DE102014203890B4

DE102014203890B4 - Leise echoplanare Bildgebung mit segmentiertem k-Raum

Info

Publication number: DE102014203890B4
Application number: DE102014203890.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Ott; David Grodzki; David Andrew Porter; Robin Heidemann
Original assignee: Siemens AG; MRB Forschungszentrum fuer Magnet Resonanz Bayem eV
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2034-03-05
Also published as: DE102014203890A1; US20150253408A1; US10185014B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt. Um eine besonders leise Magnetresonanz-Sequenz anzugeben, wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts unter Verwendung einer Magnetresonanz-Sequenz erfolgt, welche eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer Gradientenschaltung in einer Ausleserichtung einsetzt, wobei die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung eine Slew-Rate aufweist, welche geringer als eine von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebene maximale Slew-Rate ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt.
In einem Magnetresonanzgerät, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper einer Untersuchungsperson, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenschaltungen ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse, insbesondere Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Für eine bestimmte Messung ist eine bestimmte Magnetresonanz-Sequenz, auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenz-Pulsen, insbesondere Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenschaltungen entlang verschiedener Gradientenachsen längs verschiedener Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu werden Auslesefenster gesetzt, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanz-Signale erfasst werden.
Die Gradientenschaltungen einer Magnetresonanz-Sequenz sind typischerweise über ihre Gradientenamplitude, die Gradientenpulszeitdauer und über die Flankensteilheit, das heißt die erste Ableitung des Gradientenverlaufs dG/dt der Gradientenschaltungen, üblicherweise auch als Slew-Rate bezeichnet, definiert. Bei den meisten Magnetresonanz-Sequenzen müssen Polarität und Stärke der Gradientenschaltungen in extrem kurzen Zeitabständen geändert werden. Während des Umschaltvorgangs kommt es zu minimalen Verzerrungen und/oder Dehnungen der Magnetspule, wodurch laute Geräusche entstehen und einen Gehörschutz bei Patienten erforderlich machen.
Insbesondere die Gradientenschaltungen von einer Magnetresonanz-Sequenz mit einer echoplanaren Bildgebung, welche typischerweise bei Kopfuntersuchungen, aber auch im abdominalen Körperbereich, verwendet wird, weisen eine sehr hohe Slew-Rate auf, wodurch die Aufnahme der Magnetresonanz-Sequenz typischerweise sehr laut ist. Zudem kann es zu starken Vibrationen des Magnetresonanzgeräts während einer Aufnahme mit einer Magnetresonanz-Sequenz zur echoplanaren Bildgebung kommen. Die Gradientenschaltungen mit hohen Slew-Rates werden dabei insbesondere während der Auslesefenster der Magnetresonanz-Sequenz eingesetzt. Patienten mit Platzangst oder prinzipiellem Unbehagen vor dem Magnetresonanzgerät können durch laute Untersuchungen und/oder unbekannte Geräusche zusätzlich verängstigt werden, so dass eine Untersuchung nur unter Zuführung von Beruhigungsmitteln möglich ist oder ganz verweigert wird.
Aus der Schrift von M. Segbers et al., „Shaping and Timing Gradient Pulses to Reduce MRI Acoustic Noise”, Magnetic Resonance in Medicine, 64: 546–553 ist eine Methode zum Reduzieren von einem Lärm während der Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Anpassens von Gradientenschaltungen bekannt.
Aus der US 2011/0248714 A1 ist ein Einsatz von segmentierter echoplanarer Bildgebung bei der Magnetresonanz-Bildgebung bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine besonders leise Magnetresonanz-Sequenz mit einer echoplanaren Bildgebung anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts unter Verwendung einer Magnetresonanz-Sequenz, welche eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer Gradientenschaltung in einer Ausleserichtung einsetzt, wobei die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung eine Slew-Rate aufweist, welche geringer als eine von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebene maximale Slew-Rate ist, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine Segmentierung einer Aufnahme des aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung umfasst.
Insbesondere werden mittels der Magnetresonanz-Sequenz Magnetresonanz-Bilddaten eines Untersuchungsobjekts aufgenommen. Das Untersuchungsobjekt kann ein Patient, eine Trainingsperson oder ein Phantom sein. Die Magnetresonanz-Sequenz wird typischerweise von einem Magnetresonanzgerät eingesetzt.
Die Magnetresonanz-Sequenz mit der echoplanaren Bildgebung wird auch echo-planar-imaging(EPI)-Sequenz genannt. In einer solchen EPI-Sequenz werden durch Gradientenrefokussierung mehrere Echos hintereinander erzeugt. Eine solche Abfolge von Echos wird auch EPI-Echozug genannt. Zwischen den Echos wird typischerweise mittels Gradientenschaltungen in Phasenkodierrichtung eine Iteration einer Zeile eines aufzunehmenden k-Raums ausgeführt.
Die Magnetresonanz-Sequenz ist insbesondere eine diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Sequenz. Eine diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Sequenz setzt typischerweise Diffusionsgradienten zu einer Diffusionskodierung der Kernspins ein.
Typischerweise weist jedoch die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung, welche unter anderem während des Auslesefensters der Magnetresonanz-Sequenz gesetzt wird, die höchste Slew-Rate der Gradientenschaltungen der Magnetresonanz-Sequenz auf. Der Grund dafür ist, dass eine Magnetresonanz-Sequenz mit einer echoplanaren Bildgebung vorteilhafterweise eine kurze Echozeit aufweist, damit die mittels der Magnetresonanz-Sequenz aufgenommenen Magnetresonanz-Bilddaten eine hohe Bildqualität, insbesondere ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis und/oder geringe Artefakte, aufweisen. Demzufolge steht für die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung nur ein kurzes Zeitfenster zur Verfügung. Herkömmliche Magnetresonanz-Sequenzen mit einer echoplanaren Bildgebung weisen Gradientenschaltungen in Ausleserichtung mit einer Slew-Rate auf, welche einer von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebenen maximalen Slew-Rate, beispielsweise 180 mT/(m·ms), entspricht. Herkömmliche Magnetresonanz-Sequenzen reizen somit die maximale Slew-Rate des Magnetresonanzgeräts typischerweise voll aus.
Um die Geräuschreduzierung der Magnetresonanz-Sequenz zu ermöglichen, wird daher vorgeschlagen, dass die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung eine Slew-Rate aufweist, welche geringer als die von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebene maximale Slew-Rate ist. Die Systemspezifikationsparameter können dabei spezifisch für bestimmte Magnetresonanzgeräte sein. Die Systemspezifikationsparameter können in einer Datenbank hinterlegt sein. Die Slew-Rate der zumindest einen Gradientenschaltung in Ausleserichtung kann insbesondere maximal 85 Prozent, vorzugsweise maximal 60 Prozent, vorteilhafterweise maximal 50 Prozent, höchst vorteilhafterweise maximal 30 Prozent der von den Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebenen maximalen Slew-Rate betragen. So kann die Slew-Rate der zumindest einen Gradientenschaltung in Ausleserichtung insbesondere maximal 153 mT/(m·ms), vorzugsweise maximal 108 mT/(m·ms), vorteilhafterweise maximal 90 mT/(m·ms), höchst vorteilhafterweise maximal 54 mT/(m·ms) betragen.
Mit der verringerten Slew-Rate der zumindest einen Gradientenschaltung in Ausleserichtung geht vorzugsweise ein verlängerter Echoabstand der Echos der Magnetresonanz-Sequenz einher. Der Echoabstand kann insbesondere zumindest 0,4 ms, vorzugsweise zumindest 0,5 ms, vorteilhafterweise zumindest 0,7 ms, höchst vorteilhafterweise zumindest 0,9 ms betragen. Der verlängerte Echoabstand führt vorteilhafterweise zu einer verringerten Bandbreite der Magnetresonanz-Sequenz und somit zu einer Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses der Magnetresonanz-Sequenz.
Mit der verringerten Slew-Rate der zumindest einen Gradientenschaltung in Ausleserichtung geht typischerweise eine verringerte Lautstärke während einer Aufnahme von Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Magnetresonanz-Sequenz einher. Die Lautstärke kann insbesondere maximal 95 dB, vorzugsweise maximal 90 dB, vorteilhafterweise maximal 85 dB, höchst vorteilhafterweise maximal 80 dB betragen. Insbesondere kann die Magnetresonanz-Sequenz einen derartigen Echoabstand aufweisen, dass eine Aufnahme von Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Magnetresonanz-Sequenz zu einem Geräusch mit einer maximalen besagten Lautstärke führt. Dazu kann der Echoabstand der Magnetresonanz-Sequenz auch iterativ erhöht werden, bis das Geräusch die maximale besagte Lautstärke aufweist.
Vorteilhafterweise können die mittels der Magnetresonanz-Sequenz aufgenommenen Magnetresonanz-Bilddaten trotz der verringerten Slew-Rate der zumindest einen Gradientenschaltung und dem damit einhergehenden verlängerten Echoabstand eine hohe Bildqualität aufweisen. Dafür kann die Magnetresonanz-Sequenz trotz des verlängerten Echoabstands eine möglichst geringe Echozeit aufweisen. Die Magnetresonanz-Sequenz kann eine Echozeit von insbesondere maximal 100 ms, vorzugsweise maximal 90 ms, vorteilhafterweise maximal 80 ms, höchst vorteilhafterweise maximal 70 ms aufweisen. Möglichkeiten zur Reduzierung der Echozeit der Magnetresonanz-Sequenz, beispielsweise eine Verwendung von partial-Fourier-Abtastung und/oder paralleler Bildgebung, sind in den folgenden Abschnitten beschrieben.
Die vorgeschlagene Magnetresonanz-Sequenz ermöglicht somit ein Aufnehmen von Magnetresonanz-Bilddaten mit einer reduzierten Lautstärke und reduzierten Belastungen für das Magnetresonanzgerät, wobei die Magnetresonanz-Bilddaten eine konstante Bildqualität aufweisen.
Erfindungsgemäß umfasst die Magnetresonanz-Sequenz eine Segmentierung einer Aufnahme eines aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung. Eine solche Magnetresonanz-Sequenz wird auch readout-segmented-echo-planar-imaging Sequenz (rs-EPI Sequenz) genannt. Im Gegensatz zu einer single-shot-echo-planar-imaging Sequenz (ss-EPI Sequenz), bei welcher der gesamte aufzunehmende k-Raum während einer Repetitionszeit gemessen wird, wird bei einer rs-EPI Sequenz ein in Ausleserichtung segmentierter aufzunehmender k-Raum gemessen. Damit wird bei einer rs-EPI Sequenz der aufzunehmende k-Raum typischerweise in mehreren Auslesezügen aufgenommen. Während jedes Auslesezugs wird typischerweise die gesamte aufzunehmende k-Raumbreite in Phasenkodierrichtung, allerdings nur ein Teil der gesamten aufzunehmenden k-Raumbreite in Ausleserichtung aufgenommen. Während jedes Auslesezugs wird dann ein anderer Teil der gesamten aufzunehmenden k-Raumbreite in Ausleserichtung aufgenommen. Der Einsatz der geringeren Slew-Rates und des verlängerten Echoabstands ist bei einer Magnetresonanz-Sequenz mit der Segmentierung der Aufnahme des aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung besonders vorteilhaft, da eine solche rs-EPI Sequenz kürzere Echozeiten ermöglicht und somit zu Magnetresonanz-Bilddaten mit einer hohen Bildqualität führen kann. Die Segmentierung des aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung kann besonders vorteilhaft auch mit einer im folgenden Abschnitt beschriebenen partial-Fourier-Abtastung des aufzunehmenden k-Raums kombiniert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Magnetresonanz-Sequenz eine partial-Fourier-Abtastung eines aufzunehmenden k-Raums einsetzt. Dies bedeutet insbesondere, dass nicht der gesamte aufzunehmende k-Raum abgetastet wird. Insbesondere wird ein rechteckiger k-Raum abgetastet. Vorteilhafterweise wird nur ein Teil des aufzunehmenden k-Raums in Phasenkodierrichtung, beispielsweise 7/8 der Breite des aufzunehmenden k-Raums, abgetastet. Erfindungsgemäß wird die partial-Fourier-Abtastung mit der Segmentierung des aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung kombiniert wird. Dann wird insbesondere der Beginn jedes Auslesezugs bei der Abtastung ausgelassen. Es wird somit vorteilhafterweise in Phasenkodierrichtung ein Teil des aufzunehmenden k-Raums, welcher vor dem Echo akquiriert werden würde, ausgelassen. Somit kann die Echozeit der Magnetresonanz-Sequenz besonders vorteilhaft verkürzt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Magnetresonanz-Sequenz eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer konstanten Gradientenschaltung in einer Phasenkodierrichtung einsetzt. Insbesondere wird die konstante Gradientenschaltung in Phasenkodierrichtung anstelle von sogenannten diskreten Gradientenschaltungen in Phasenkodierrichtung, sogenannte Phasenkodierblips, eingesetzt. Vorteilhafterweise erfolgt somit, insbesondere während eines Auslesezugs, eine konstante Inkrementierung der k-Raum Zeilen in Phasenkodierrichtung. Somit wird der aufzunehmende k-Raum in Form einer Zick-Zack-Abtastung abgetastet. Die konstante Gradientenschaltung in Phasenkodierrichtung führt vorteilhafterweise zu einer besonders geringen Lautstärke der Magnetresonanz-Sequenz. Das sprunghafte und besonders laute Anschalten und Ausschalten der Phasenkodierblips kann entfallen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung sinusförmig ist. Da somit eine sprunghafte Gradientenschaltung in Ausleserichtung vermieden wird, führt die zumindest eine sinusförmige Gradientenschaltung in Ausleserichtung vorteilhafterweise zu einer besonders geringen Lautstärke der Magnetresonanz-Sequenz.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Magnetresonanz-Sequenz eine Aufnahme von mehreren Teilbereichen eines aufzunehmenden k-Raums vorsieht, wobei die mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums zu einem fusionierten k-Raum zusammengeführt werden und der fusionierte k-Raum zu Magnetresonanz-Bilddaten transformiert wird. Die mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums werden vorteilhafterweise mittels einer gewichteten Addition zu dem fusionierten k-Raum zusammengeführt. Dabei können tatsächlich gemessene k-Raumlinien höher gewichtet werden als berechnete k-Raumlinien. Vorteilhafterweise kann zunächst jeweils aus jedem einzelnen der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums ein Einzelbild rekonstruiert werden, wobei mehrere Einzelbilder entstehen und die mehreren Einzelbilder wieder zu mehreren k-Räumen rücktransformiert werden, welche schließlich fusioniert werden. Bei der Rekonstruktion der mehreren Einzelbilder können nötige Phasenkorrekturen für jedes Einzelbild einzeln durchgeführt werden. Die Aufnahme der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums kann vorteilhafterweise mit einem verlängerten Echoabstand und geringeren Slew-Rates erfolgen. Somit führt die Aufnahme der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums vorteilhafterweise zu einer geringen Lautstärke der Magnetresonanz-Sequenz.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Magnetresonanz-Sequenz eine parallele Bildgebung mittels mehrerer Spulenkanäle einsetzt, wobei für die Aufnahme der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums unterschiedliche Spulenkanäle eingesetzt werden. Somit kann eine parallele Bildgebung besonders vorteilhaft mit der Aufnahme der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums kombiniert werden. Insbesondere kann ein Beschleunigungsfaktor der parallelen Bildgebung an die Anzahl der Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums angepasst werden. Je mehr Teilbereiche aufgenommen werden, desto höher kann der Beschleunigungsfaktor eingestellt werden. Die Einzelbilder, welche zunächst separat aus jedem Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rekonstruiert werden, weisen dann typischerweise zunächst aufgrund der parallelen Bildgebung eine reduzierte Bildqualität, insbesondere ein reduziertes Signal-zu-Rauschverhältnis, auf. Weiterhin kann die Bildqualität um einen g-Faktor, welcher von der Spulengeometrie der Spulenkanäle abhängt, reduziert sein. Die Fusionierung der Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums stellt sicher, dass die Bildqualität der mittels der Magnetresonanz-Sequenz aufgenommenen Magnetresonanz-Bilddaten erhalten bleibt. Der Einsatz der parallelen Bildgebung kann begünstigen, dass die Magnetresonanz-Sequenz vorteilhafterweise einen verlängerten Echoabstand, verringerte Slew-Rates und somit eine geringere Lautstärke aufweisen kann.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass in den mehreren Teilbereichen des aufzunehmenden k-Raums jeweils wechselseitig unterschiedliche Phasenlinien aufgenommen werden. Somit sind die mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums insbesondere disjunkt. Somit ergänzen sich die mehreren Teilbereiche besonders vorteilhaft bei der Fusionierung der mehreren Teilbereiche, so dass die Magnetresonanz-Bilddaten eine besonders hohe Bildqualität aufweisen.
Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Recheneinheit und einer Bilddatenaufnahmeeinheit, wobei die Recheneinheit und die Bilddatenaufnahmeeinheit dazu ausgebildet sind, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Das Magnetresonanzgerät ist somit dazu ausgebildet, ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts unter Verwendung einer Magnetresonanz-Sequenz auszuführen, welche eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer Gradientenschaltung in einer Ausleserichtung einsetzt, wobei die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung eine Slew-Rate aufweist, welche geringer als eine von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebene maximale Slew-Rate ist.
Ausführungsformen des Magnetresonanzgeräts sind gemäß den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Die Recheneinheit kann weitere Steuerungskomponenten aufweisen, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nötig und/oder vorteilhaft sind. Auch kann die Recheneinheit dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale an das Magnetresonanzgerät zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Auf einer Speichereinheit der Recheneinheit können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer ein Prozessor der Recheneinheit einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt. Die Recheneinheit kann in das Magnetresonanzgerät integriert sein. Die Recheneinheit kann auch separat von dem Magnetresonanzgerät installiert sein. Die Recheneinheit kann mit dem Magnetresonanzgerät verbunden sein.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuerungsvorrichtung eines Magnetresonanzgeräts ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerungsvorrichtung des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Steuerungsvorrichtung die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Steuerungsvorrichtung muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Steuerungsvorrichtung und/oder Recheneinheit geladen werden kann, der mit dem Magnetresonanzgerät direkt verbunden oder als Teil des Magnetresonanzgeräts ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuerungsvorrichtung eines Magnetresonanzgeräts ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Steuerungsvorrichtung eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts und des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, 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 auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren 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 schematisch ein an sich bekanntes Magnetresonanzgerät zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Sequenzdiagramm einer Magnetresonanz-Sequenz gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Aufnahme eines aufzunehmenden k-Raums gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 ein Ablaufdiagramm einer Aufnahme von mehreren Teilbereichen eines aufzunehmenden k-Raums gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 stellt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 schematisch dar. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zum Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Untersuchungsobjekts 15, insbesondere eines Patienten 15, auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Ziegentisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist. Die Magneteinheit 13 ist mittels einer Gehäuseverkleidung 31 des Magnetresonanzgeräts nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zur Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanz-Sequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere aus dem Patienten 15, ausgebildet.
Zur Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Recheneinheit 24 auf. Die Recheneinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanz-Bilder können auf einer Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können.
Die Magneteinheit 13, die Gradientensteuereinheit 28 und die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 bilden eine Bilddatenaufnahmeeinheit 27 des Magnetresonanzgeräts. Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Recheneinheit 24 und der Bilddatenaufnahmeeinheit 27 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
Insbesondere weist das Magnetresonanzgerät 11 Systemspezifikationsparameter auf, welche eine maximale Slew-Rate vorgeben. Die maximale Slew-Rate kann beispielsweise von der Gradientenspuleneinheit 19 abhängen und höher sein, wenn die Gradientenspulen der Gradientenspuleneinheit 19 schneller geschaltet werden können.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Die allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
2 zeigt ein Sequenzdiagramm einer Magnetresonanz-Sequenz gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die gezeigte Magnetresonanz setzt eine echoplanare Bildgebung mit einer Gradientenschaltung 44 in Ausleserichtung ein. Im gezeigten Fall ist die Magnetresonanz-Sequenz eine diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Sequenz. Es sind auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende, Arten von Magnetresonanz-Sequenzen mit einer echoplanaren Bildgebung denkbar. Die gezeigte Magnetresonanz-Sequenz kann zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts 11 eingesetzt werden. Dazu weist die gezeigte Magnetresonanz-Sequenz eine zeitliche Abfolge von Hochfrequenz-Pulsen und Gradientenschaltungen auf. Anhand dieser steuern die Gradientensteuereinheit 28 und die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 die Gradientenspuleneinheit 19 und Hochfrequenzantenneneinheit 20 an.
Im in 2 gezeigten, stark vereinfachten Sequenzdiagramm sind in üblicher Weise auf verschiedenen, übereinanderliegenden Zeitachsen jeweils das Auslesefenster, die auszusendenden Hochfrequenz-Pulse, sowie die Gradientenschaltungen in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Auf der obersten Hochfrequenz-Puls-Zeitachse RF sind die Amplituden der mittels der Hochfrequenzantenneneinheit 20 auszusendenden Hochfrequenz-Pulse dargestellt. Auf der darunterliegenden Diffusions-Gradientenachse G_D sind die mittels der Gradientenspuleneinheit 19 auszusendenden Diffusions-Gradientenschaltungen dargestellt. Auf der darunterliegenden Schichtselektions-Gradientenachse G_S sind die mittels der Gradientenspuleneinheit 19 auszusendenden Gradientenschaltungen in Schichtselektionsrichtung dargestellt. Auf der darunterliegenden Auslese-Gradientenachse G_R sind die mittels der Gradientenspuleneinheit 19 auszusendenden Gradientenschaltungen in Ausleserichtung dargestellt. Auf der darunterliegenden Phasenkodier-Gradientenachse G_P sind die mittels der Gradientenspuleneinheit 19 auszusendenden Gradientenschaltungen in Phasenkodierrichtung dargestellt. Auf der untersten Auslese-Zeitachse ADC ist ein Auslesefenster dargestellt, bei welchem die Hochfrequenzantenneneinheit 20 auf Empfang geschaltet wird. Auf allen Achsen des Sequenzdiagramms erfolgt zur Vereinfachung die Skalierung in Zeitrichtung und in Amplitudenrichtung nur in willkürlichen Einheiten.
Die Magnetresonanz-Sequenz beginnt im gezeigten Fall mit einem Anregungspuls 40, welcher exemplarisch einen Flipwinkel von 90 Grad aufweist. Während diesem wird eine erste Schichtselektionsgradientenschaltung 43a ausgespielt, damit der Anregungspuls 40 schichtselektiv wirkt. Darauf folgt eine erste Diffusionsgradientenschaltung 42a. Auf diese folgt ein Refokussierungspuls 41, welcher exemplarisch einen Flipwinkel von 180 Grad aufweist. Während diesem wird eine zweite Schichtselektionsgradientenschaltung 43b ausgespielt, damit der Refokussierungspuls 41 schichtselektiv wirkt. Darauf folgt im gezeigten Fall ein Auslesezug 47 einer echoplanaren Bildgebung, ein sogenannter EPI-Auslesezug 47.
Der EPI-Auslesezug 47 umfasst eine Auslesegradientenschaltung 44 in Ausleserichtung, eine Phasenkodiergradientenschaltung 45 in Phasenkodierrichtung und ein geschaltetes Auslesefenster 46. Die Auslesegradientenschaltung 44, die Phasenkodiergradientenschaltung 45 und das Auslesefenster 46 erfolgen dabei gleichzeitig. Die Auslesegradientenschaltung 44 ist dabei insbesondere sinusförmig ausgebildet. Weiterhin weist die Auslesegradientenschaltung 44 eine Slew-Rate auf, welche geringer als die von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts 11 vorgegebene maximale Slew-Rate (siehe Beschreibung zu 1) ist. Die Phasenkodiergradientenschaltung 45 ist insbesondere konstant ausgebildet. Somit sind die Auslesegradientenschaltung 44 und die Phasenkodiergradientenschaltung 45 besonders leise ausgebildet.
3 zeigt eine Aufnahme eines aufzunehmenden k-Raums 50 gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Der aufzunehmende k-Raum 50 wird gemäß der Magnetresonanz-Sequenz, welche in dem Sequenzdiagramm von 2 dargestellt ist, aufgenommen. Der aufzunehmende k-Raum 50 weist Zeilen auf, welche entlang einer Phasenkodierrichtung 51 angeordnet sind. Der aufzunehmende k-Raum weist Spalten auf, welche entlang einer Ausleserichtung 52 angeordnet sind.
Die dargestellte Magnetresonanz-Sequenz sieht eine Segmentierung einer Aufnahme des aufzunehmenden k-Raums 50 in Ausleserichtung 52 vor. Somit wird der aufzunehmende k-Raum 50 in mehreren Auslesezügen (Shots) 55a, 55b, 55c, 55d, 55e aufgenommen. Im gezeigten Fall wird der aufzunehmende k-Raum 50 exemplarisch entlang der Ausleserichtung 52 in fünf Segmente 53a, 53b, 53c, 53d, 53e segmentiert. Somit wird der aufzunehmende k-Raum 50 im gezeigten Fall in fünf Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e aufgenommen, wobei während jedes Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e ein Segment 53a, 53b, 53c, 53d, 53e des aufzunehmenden k-Raums 50 in Ausleserichtung 52 aufgenommen wird. Selbstverständlich ist auch denkbar, dass eine abweichende Anzahl von Segmenten 53a, 53b, 53c, 53d, 53e vorliegt. Denkbar ist auch eine nicht dargestellte Magnetresonanz-Sequenz, welche den gesamten aufzunehmenden k-Raum 50 in einem Aufnahmezug aufnimmt.
Weiterhin sieht die Magnetresonanz-Sequenz im gezeigten Fall eine partial-Fourier-Abtastung des aufzunehmenden k-Raums 50 vor. Der aufzunehmende k-Raum 50 wird entlang der Phasenkodierrichtung 51 in einen ersten Teilbereich 54a und einen zweiten Teilbereich 54b aufgeteilt. Der zweite Teilbereich 54b umfasst dabei exemplarisch zumindest 1/8 der Länge des aufzunehmenden k-Raums in Phasenkodierrichtung 51. Der erste Teilbereich 54a wird während des Auslesens der Magnetresonanz-Signale abgetastet, während der zweite Teilbereich 54b nicht abgetastet wird.
Während jedes Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e wird demnach ein Segment des aufzunehmenden k-Raums 50 aufgenommen, welches in Phasenkodierrichtung 51 durch die Grenzen des ersten Teilbereichs 54a und in Ausleserichtung 52 durch die Grenzen des jeweiligen Segments 53a, 53b, 53c, 53d, 53e des aufzunehmenden k-Raums 50 begrenzt ist. Aufgrund der exemplarischen konstanten Phasenkodiergradientenschaltung 45 folgen die Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e einer Zick-Zack-Bewegung durch das jeweilige Segment 53a, 53b, 53c, 53d, 53e des aufzunehmenden k-Raums 50. Die Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e durchlaufen dabei den aufzunehmenden k-Raum 50 entlang der angedeuteten Pfeilrichtung. Damit wird deutlich, dass durch die partial-fourier Abtastung des aufzunehmenden k-Raums 50 im gezeigten Fall jeweils der Beginn der Shots 55a, 55b, 55c, 55d, 55e nicht abgetastet wird, da dieser im zweiten Teilbereich 54b liegt. Dies ist ein besonders vorteilhaftes Vorgehen, da somit die Echozeit der Magnetresonanz-Sequenz weiter verkürzt werden kann.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Aufnahme von mehreren Teilbereichen eines aufzunehmenden k-Raums gemäß einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das im Folgenden vorgestellte Vorgehen ist dabei optional und kann zu einer zusätzlichen Geräuschreduktion während der Aufnahme der Magnetresonanz-Bilddaten führen. Insbesondere kann das im Folgenden vorgestellte Vorgehen mit beliebigen anderen, bereits dargestellten Elementen, beispielsweise einer partial-Fourier-Abtastung des aufzunehmenden k-Raums kombiniert werden.
In einem ersten Verfahrensschritt 60a, 60b erfolgt eine Aufnahme von zwei Teilbereichen eines aufzunehmenden k-Raums. Dabei wird in einem ersten Teilschritt 60a der erste Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums aufgenommen und in einem zweiten Teilschritt 60b der zweite Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums aufgenommen. Bei der Aufnahme der Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums setzt die Magnetresonanz-Sequenz eine parallele Bildgebung mittels zweier Spulenkanäle ein, wobei für die Aufnahme der zwei Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums unterschiedliche Spulenkanäle eingesetzt werden.
Im gezeigten Fall werden der Übersichtlichkeit halber zwei Teilbereiche aufgenommen. Selbstverständlich kann auch eine abweichende Anzahl von Teilbereichen aufgenommen werden. Das Vorgehen wird lediglich exemplarisch anhand von zwei Teilbereichen vorgestellt. Weiterhin werden exemplarisch zwei Spulenkanäle eingesetzt. Selbstverständlich kann auch eine abweichende Anzahl von Spulenkanälen eingesetzt werden. Dabei sollte mindestens ein Spulenkanal zur Aufnahme eines Teilbereichs eingesetzt werden. Weiterhin werden vorteilhafterweise in den zwei Teilbereichen des aufzunehmenden k-Raums jeweils wechselseitig unterschiedliche Phasenlinien aufgenommen.
Die parallele Bildgebung weist dabei einen Beschleunigungsfaktor auf, welcher doppelt so hoch ist wie der Standard-Beschleunigungsfaktor gemäß dem klinischen Protokoll der Magnetresonanz-Sequenz. Beispielsweise wird vorgeschlagen, einen Beschleunigungsfaktor von Vier einzusetzen. Wird eine abweichende Anzahl von Teilbereichen aufgenommen, dann ist der Beschleunigungsfaktor vorteilhafterweise ein Vielfaches des Standard-Beschleunigungsfaktors gemäß dem klinischen Protokoll der Magnetresonanz-Sequenz, wobei das Vielfache der Anzahl der Teilbereiche entspricht.
In einem weiteren Verfahrensschritt 61a, 61b wird jeweils aus einem Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums ein Einzelbild rekonstruiert. Dabei wird in einem ersten Teilschritt 61a ein erstes Einzelbild aus dem ersten Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rekonstruiert und in einem zweiten Teilschritt 61b ein zweites Einzelbild aus dem zweiten Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rekonstruiert. Bei der Rekonstruktion der Einzelbilder werden Korrekturen, insbesondere Phasenkorrekturen, angewandt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 62a, 62b wird jedes Einzelbild zu einem rücktransformierten Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rücktransformiert. Dabei wird in einem ersten Teilschritt 62a das erste Einzelbild zu einem ersten rücktransformierten Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rücktransformiert und in einem zweiten Teilschritt 62b das zweite Einzelbild zu einem zweiten rücktransformierten Teilbereich des aufzunehmenden k-Raums rücktransformiert. Die rücktransformierten Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums sind nun, insbesondere bezüglich Phasenkorrekturen, korrigiert.
In einem weiteren Verfahrensschritt 63 werden die rücktransformierten Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums zu einem fusionierten k-Raum, insbesondere mittels einer gewichteten Addition, zusammengeführt.
In einem weiteren Verfahrensschritt 64 werden aus dem fusionierten k-Raum Magnetresonanz-Bilddaten rekonstruiert.
Die in 2 gezeigte Aufnahmesequenz, die in 3 gezeigte Aufnahme des aufzunehmenden k-Raums und das in 4 gezeigte Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vom Magnetresonanzgerät 11 ausgeführt. Hierzu umfasst das Magnetresonanzgerät 11 erforderliche Software und/oder Computerprogramme, die in einer Speichereinheit des Magnetresonanzgeräts 11 gespeichert sind. Die Software und/oder Computerprogramme umfassen Programmmittel, die dazu ausgelegt sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm und/oder die Software im Magnetresonanzgerät 11 mittels der Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11 ausgeführt wird.
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.

Claims

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts unter Verwendung einer Magnetresonanz-Sequenz, welche eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer Gradientenschaltung in einer Ausleserichtung einsetzt, wobei die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung eine Slew-Rate aufweist, welche geringer als die von Systemspezifikationsparametern des Magnetresonanzgeräts vorgegebene maximale Slew-Rate ist, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine Segmentierung einer Aufnahme des aufzunehmenden k-Raums in Ausleserichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine partial-Fourier-Abtastung des aufzunehmenden k-Raums einsetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine echoplanare Bildgebung mit zumindest einer konstanten Gradientenschaltung in einer Phasenkodierrichtung einsetzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Gradientenschaltung in Ausleserichtung sinusförmig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine Aufnahme von mehreren Teilbereichen des aufzunehmenden k-Raums vorsieht, wobei die mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums zu einem fusionierten k-Raum zusammengeführt werden und der fusionierte k-Raum zu Magnetresonanz-Bilddaten transformiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Magnetresonanz-Sequenz eine parallele Bildgebung mittels mehrerer Spulenkanäle einsetzt, wobei für die Aufnahme der mehreren Teilbereiche des aufzunehmenden k-Raums unterschiedliche Spulenkanäle eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–6, wobei in den mehreren Teilbereichen des aufzunehmenden k-Raums jeweils wechselseitig unterschiedliche Phasenlinien aufgenommen werden.
Magnetresonanzgerät mit einer Recheneinheit und einer Bilddatenaufnahmeeinheit, wobei die Recheneinheit und die Bilddatenaufnahmeeinheit dazu ausgebildet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird.