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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzdatensatzes eines Zielbereichs eines Objekts mit einer Magnetresonanzeinrichtung, wobei in dem Zielbereich wenigstens ein einen die Homogenität des Grundmagnetfelds beeinflussender Suszeptibilitätsunterschied zum restlichen Zielbereich aufweisendes Störobjekt, insbesondere ein Metallobjekt und/oder ein Lufteinschluss, vorliegt. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt und wird insbesondere in der klinischen Diagnostik häufig eingesetzt. Dabei wird ein im Bildgebungsbereich möglichst homogenes Grundfeld (B0-Feld) der Magnetresonanzeinrichtung verwendet, um die Spins auszurichten. Durch eine Hochfrequenzanregung (B1-Feld) werden die Spins angeregt, und der Zerfall der Anregung wird als Magnetresonanzsignal vermessen. Um eine Ortsauflösung zu erhalten, werden üblicherweise Gradientenfelder, die von einer Gradientenspulenanordnung erzeugt werden, eingesetzt, beispielsweise Schichtselektionsgradienten beim Ausspielen der Hochfrequenzanregung, Phasenkodierungsgradienten und Auslesegradienten. Um eine möglichst hochqualitative Bildgebung zu erhalten, ist eine Homogenität des B0-Feldes sowie eine Linearität der Gradientenfelder erforderlich.
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Problematisch in diesem Zusammenhang sind Suszeptibilitätssprünge im aufzunehmenden Zielbereich, die an den Begrenzungen von Objekten im Zielbereich entstehen können, beispielsweise bei Lufteinschlüssen und/oder im Umfeld von Metall, beispielsweise bei Implantaten, Prothesen, Zahnfüllungen und dergleichen. Die Suszeptibilitätssprünge sorgen für eine Störung der Homogenität des Grundfeldes, was wiederum zu Artefakten im Magnetresonanzbild führen kann, die sich je nach der verwendeten Magnetresonanzsequenz durch Signalverlust und/oder Verzerrungen im Magnetresonanzbild bemerkbar machen.
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Zur Reduzierung solcher Artefakte in Magnetresonanzdatensätzen wurden bereits Verfahren vorgeschlagen, insbesondere im Hinblick auf die Turbo-Spin-Echo-(TSE-)basierten Magnetresonanzsequenzen. Beispielsweise sei ein Verfahren wie WARP oder SEMAC genannt. Ein weiteres Verfahren, das für die Bildgebung im Umfeld von störenden Objekten, insbesondere Metallobjekten, vorteilhaft sein kann, ist die Verwendung von Single-Point-Bildgebungsverfahren (SPI), beispielsweise in Form einer RASP- oder einer SPRITE-Magnetresonanzsequenz. Da diese Magnetresonanzsequenzen jeden k-Raumpunkt zur gleichen Zeit auslesen, sind die durch die Suszeptibilitätssprünge auftretenden Dephasierungen in jedem Punkt gleich, so dass es zu keinen Verzerrungen im Bild kommen kann.
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Verwendbare Lösungen für Gradient-Recalled-Echo-(GRE)-basierte Magnetresonanzsequenzen, die im Vergleich zu TSE-basierten Magnetresonanzsequenzen kürzere Echo- und Repetitionszeiten ermöglichen, sind bislang noch nicht bekannt. Insbesondere wurden GRE-Sequenzen aufgrund des hohen T2*-Zerfalls und des daraus resultierenden Signalverlusts als ungeeignet für die Bildgebung im Umfeld von Objekten, insbesondere von Metallobjekten, angesehen.
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In einem Artikel von Jan-Henry Seppenwoolde et al., „Passive Tracking Exploiting Local Signal Conservation: The White Marker Phenomenon”, Magnetic Resonance in Medicine 50: 784–790 (2003) wird ein neuartiger Zugang zum passiven Nachverfolgen paramagnetischer Marker während endovaskulärer Interventionen vorgeschlagen. Die dortige Idee ist es, im Umfeld von kleinen paramagnetischen Markern einen positiven Kontrast durch gezielte Dephasierung resonanter, ungestörter Spins und gleichzeitige Rephasierung magnetisch gestörter Spins zu ermöglichen. Auf diese Weise soll der paramagnetische Marker leichter lokalisierbar sein. Für die übliche klinische Bildgebung liefert das Seppenwoolde-Verfahren keine Vorteile.
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Die
US 2012/0268121 A1 beschreibt ein Verfahren zur R2* Quantifizierung im Rahmen von MR-Bildgebung, bei dem makroskopische magnetische Feldinhomogenitäten ausgeglichen werden.
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Die Schrift Franconi et al., „Susceptibility gradient quantization by MRI signal response mapping (SIRMA) to dephaser”, Med. Phys. 37 (2010), S. 877–884, offenbart ein Bildgebungsverfahren, das auf Suszeptibilitätseffekten beruht und das Suszeptibilitätsgradienten darstellt, um eine verbesserte Visualisierung zu erhalten.
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DE 10 2009 015 885 A1 offenbart ein Verfahren zur Detektion und Korrektur fehlerhafter MR-Daten im k-Raum bei einer Aufnahme von MR-Signalen eines Untersuchungsobjekts mit zumindest zwei Empfangsspulen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, den durch Suszeptibilitätsunterschiede an der Begrenzung von Störobjekten auftretenden dephasierungsbedingten Signalverlust, insbesondere bei GRE-Sequenzen, zu verringern oder zu verhindern.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zusätzlich zu einem ohne zusätzliche Dephasierung aufgenommenen ersten Rohdatensatz des Zielbereichs wenigstens ein weiterer Rohdatensatz des Zielbereichs aufgenommen wird, der einer rohdatensatzspezifischen zusätzlichen Dephasierung der Spins im Zielbereich entspricht, wobei für jeden Bildpunkt des Magnetresonanzdatensatzes das betragsmäßige Maximum der Rohdaten der entsprechenden Bildpunkte aller Rohdatensätze im Ortsraum als Magnetresonanzdatum gewählt wird.
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Dabei werden selbstverständlich bevorzugt mehrere weitere Rohdatensätze ermittelt, um mögliche Dephasierungen möglichst weitgehend abgreifen zu können. Mithin betrifft die Erfindung ein Verfahren, mit dem eine Rephasierung aller Spins in einem bestimmten Frequenzbereich, insbesondere dem durch die Hochfrequenzanregung angeregten Frequenzbereich, erreicht und damit der Signalverlust reduziert oder gänzlich vermieden werden kann. Mithin kann ein derartiges Verfahren auch als „Rephased MRI” bezeichnet werden. Es wird vorgeschlagen, wenigstens einen weiteren Rohdatensatz aufzunehmen, bei dem in zumindest einer Richtung, bevorzugt der Richtung des Auslesegradienten, zusätzlich zum herkömmlichen Rohdatensatz, also dem ersten Rohdatensatz, eine Dephasierung ungleich Null vorliegt. Es existieren also wenigstens zwei, bevorzugt mehr als zwei Rohdatensätze, die rekonstruiert und im Bildraum pixelweise verglichen werden können, um für den letztlich resultierenden Magnetresonanzdatensatz, der aus den Rohdatensätzen fusioniert wird, das Rohdatum mit dem höheren Absolutwert auszuwählen. Auf diese Weise können in den weiteren Rohdatensätzen Dephasierungen, die durch die Gradientenfelder der magnetischen Störungen, also durch die Störfelder, hervorgerufen werden, wieder ausgeglichen werden und somit Artefakte weitgehend vermieden werden.
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Mit anderen Worten werden also neben dem herkömmlichen Magnetresonanzbild, dem ersten Rohdatensatz, weitere Bilder, die weiteren Rohdatensätze, mit zusätzlicher Dephasierung in mindestens einer Raumrichtung, bevorzugt der Ausleserichtung, aufgenommen bzw. ermittelt. In jedem der weiteren Rohdatensätze werden entsprechend der zusätzlichen Dephasierung die durch die Suszeptibilitätsunterschiede erzeugten ungewollten Dephasierungen wenigstens eines Teils der Spins ausgeglichen; es wird mithin rephasiert. Während also im ersten Rohdatensatz diese Spins durch das Störfeld dephasiert sind und nur ein verringertes oder kein Signal liefern würden, gilt dies für wenigstens einen der weiteren Rohdatensätze nicht.
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Nach der Rekonstruktion der wenigstens zwei Rohdatensätze werden diese im Bildraum bildpunktweise verglichen. In ungestörten Bereichen, also außerhalb des Einflusses des Störfeldes, wird der erste Rohdatensatz die höchsten Rohdaten liefern, da die ungestörten Spins in allen anderen Rohdatensätzen durch die zusätzliche Dephasierung dephasiert sind. Je nach der Stärke des Störfeldes wird ein Bildpunkt im Bereich des Störfeldes dann das höchste Signal aufweisen, wenn die Dephasierung des weiteren Rohdatensatzes die Dephasierung aufgrund des Störfeldes optimal ausgleicht. Im bildpunktweisen Vergleich wird daher für ein weiteres, fusioniertes Bild, den Magnetresonanzdatensatz, bildpunktweise immer die Dephasierungsstufe mit dem höchsten Absolutsignal (Rohdatum) gewählt, da dann auch die größte Anzahl der Spins in Phase (rephasiert) ist. Im fusionierten Magnetresonanzdatensatz werden daher nun auch Bildbereiche in der Nähe einer Störung ein Signal liefern, die im ersten Rohdatensatz dunkel waren. Optimalerweise entsteht auf diese Weise ein Magnetresonanzdatensatz, der keine oder zumindest deutlich reduzierte dephasierungsbedingte Signalverluste mehr aufweist.
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Wie bereits erwähnt, ist es dabei am zweckmäßigsten, wenn mehrere weitere Rohdatensätze aufgenommen werden, die alle eine bestimmte zusätzliche Dephasierung aufweisen, welche beispielsweise schrittweise erhöht werden kann. Beispielsweise ist es denkbar, zwei bis zehn zusätzliche Rohdatensätze zu ermitteln; je größer die Zahl der Dephasierungsschritte, also der weiteren Rohdatensätze ist, desto wahrscheinlicher wird es, alle gestörten Spins in wenigstens einem weiteren Rohdatensatz rephasiert vorzufinden. Allerdings kann eine Erhöhung der Aufnahmezeit und/oder der Berechnungszeit mit einer zu großen Anzahl an weiteren Rohdatensätzen verbunden sein.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass Rephasierungsgradienten im Stand der Technik selbstverständlich grundsätzlich bekannt sind. Liegt beispielsweise zum Zeitpunkt der Hochfrequenzanregung ein Gradient an, kann bereits eine zusätzliche Phase für ungestörte Spins erzeugt werden, die durch einen Rephasierungsgradienten so kompensiert wird, dass die ungestörten Spins zur Echozeit wieder in Phase sind. Die Erfindung befasst sich mit zusätzlichen, durch Störfelder erzeugten Phasen und schlägt vor, eine zusätzliche Dephasierung einzuführen, die diese zusätzliche Phase wieder so ausgleicht, dass die entsprechend gestörten Spins im weiteren Rohdatensatz zur Echozeit wieder in Phase sind. Dies führt zwangsläufig dazu, dass in den weiteren Rohdatensätzen alle ungestörten Spins in einer Realisierung, in der zusätzliche Dephasierungsgradienten eingesetzt werden, zum Echozeitpunkt dephasiert sind. Daher liefern in den weiteren Rohdatensätzen vom Störfeld beeinflusste Spins einen höheren Signalbeitrag als ungestörte.
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Wie bereits erwähnt wurde, wurde das erfindungsgemäße Verfahren hauptsächlich für die Anwendung bei GRE-Sequenzen entwickelt, so dass bevorzugt als Magnetresonanzsequenz eine GRE-Sequenz verwendet wird. Jedoch ist es auch auf andere Magnetresonanzsequenzen anwendbar, beispielsweise auf TSE-Sequenzen. Zudem sei an dieser Stelle angemerkt, dass dann, wenn das Störfeld mehr als die maximale Gradientenstärke der Magnetresonanzeinrichtung beträgt, keine Rephasierung mit GRE-Methoden mehr möglich ist. Dann kann eine Invertierung der Spins durch einen Hochfrequenzpuls, wie es von der TSE-Sequenz bekannt ist, erfolgen, wobei dann keine GRE-Sequenz im eigentlichen Sinne mehr vorläge, sondern vielmehr eine SE-Sequenz. Aufgrund der langen Messzeit wird dies jedoch in der Praxis voraussichtlich selten Anwendung finden.
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Es existieren zwei grundsätzliche Varianten, die weiteren Rohdatensätze zu ermitteln. In einer ersten, weniger bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Rohdatensätze in unterschiedlichen Aufnahmevorgängen, insbesondere jeweils nach einer eigenen Hochfrequenzanregung, aufgenommen werden, wobei zur Aufnahme der weiteren Rohdatensätze jeweils unterschiedliche Dephasierungsgradienten in wenigstens einer Richtung im Zielbereich geschaltet werden, insbesondere in Ausleserichtung und/oder in Schichtselektionsrichtung. Diese Ausgestaltung der Erfindung schlägt mithin vor, die verwendete Magnetresonanzsequenz zu modifizieren, indem in wenigstens einer Richtung, meist in Ausleserichtung, ein der zusätzlichen Dephasierung entsprechender Dephasierungsgradient geschaltet wird. Dann ist es jedoch notwendig, für jeden weiteren Rohdatensatz einen eigenen Aufnahmevorgang vorzusehen, was die Gesamtaufnahmedauer verlängern kann.
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Mithin schlägt eine vorteilhafte, bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung vor, dass die Rohdatensätze wenigstens teilweise in einem einzigen Aufnahmevorgang aufgenommen werden, wobei ein gegenüber der Aufnahme eines einzigen Rohdatensatzes vergrößerter k-Raum abgetastet wird und die Rohdatensätze aus verschiedenen Bereichen des k-Raums mit jeweils in wenigstens eine Richtung, in der der k-Raum vergrößert ist, verschobenen k-Raumzentrum ermittelt werden. Dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die für die weiteren Rohdatensätze vorzusehene Dephasierung im k-Raum einer Verschiebung des k-Raums entspricht. Das bedeutet, dass im Einflussbereich einer Störung die zusätzliche Störphase zu einer Verschiebung des k-Raumzentrums führt. Dabei wird aus der bekannten Formel für den k-Raum (ohne Störung):
mit dem Störungsgradientenfeld G
Stör:
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung lässt sich dieser Zusammenhang ausnutzen, indem der zu vermessende k-Raum in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in Ausleserichtung, ausgedehnt wird. In Ausleserichtung lässt sich dies leicht dadurch erreichen, dass die Auslesezeile im k-Raum durch Verlängerung des Messzeitraums mit dem Auslesegradienten verlängert wird und mithin auch früher begonnen wird, so dass das Zentrum des k-Raums für den ersten Rohdatensatz zur gewünschten Echozeit vermessen wird. Es kann mithin vorgesehen sein, dass die Vergrößerung des k-Raums in Ausleserichtung geschieht, insbesondere durch Verlängerung des Auslesezeitraums bei angelegtem Auslesegradienten. Anteile dieses bevorzugt symmetrisch erweiterten vermessenen k-Raums, die in einem einzigen Aufnahmevorgang aufgenommen wurden, können dann jeweils zur Rekonstruktion eines Rohdatensatzes verwendet werden, ohne dass es zu einer nennenswerten Verlängerung der Messzeit kommt, nachdem ohnehin etwas „Freiraum” um das Auslesezeitfenster herum besteht. Der erste Rohdatensatz wird dabei selbstverständlich so gebildet, dass der (die Größe des normalerweise aufzunehmenden k-Raums ohne die Erweiterung aufweisende) Anteil des k-Raums um das tatsächliche k-Raumzentrum verwendet wird. Eine Verschiebung des k-Raumzentrums in Ausleserichtung verschiebt mithin auch diesen gesamten Anteil, wobei jede Verschiebung einer bestimmten Dephasierung entspricht, und auf diese Weise, indem der Anteil wie eine Maske über den erweiterten vermessenen k-Raum verschoben wird, können weitere Rohdatensätze mit bestimmten Dephasierungen ermittelt werden. So können in einem einzigen Aufnahmevorgang viele verschiedene Dephasierungsstufen vermessen werden.
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Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass eine Störfeldkarte ermittelt wird, indem für jeden Bildpunkt aus dem Dephasierungswert, für den das betragsmäßig höchste Rohdatum vorliegt, ein Störfeldwert bestimmt wird. Die ermittelten Rohdaten können mithin auch zur Erstellung einer Feldgradientenkarte des Störfeldes, der Störfeldkarte, verwendet werden. Dazu werden die Dephasierungsstufen, zu denen Rohdatensätze vorliegen, in Gradientenstärken umgerechnet, denen sie als Dephasierung entsprechen. Im bildpunktweisen Vergleich wird dann jedem Bildpunkt die Gradientenstärke bzw. Dephasierungsstufe zugeordnet, in der der Bildpunkt das betragsmäßig höchste Rohdatum aufweist. Dabei steigt selbstverständlich auch vorliegend die spektrale Auflösung der Störfeldkarte mit der Anzahl vorliegender Rohdatensätze, so dass auch für diesen Zweck eine höhere Anzahl von Rohdatensätzen vorteilhaft ist. Zur Ermittlung des Störfelds bzw. des Störfeldgradienten ist dafür selbstverständlich die Echozeit notwendig, so dass der bekannte Zusammenhang eingesetzt werden kann.
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Eine derart ermittelte Störfeldkarte kann in verschiedener Hinsicht weiterverwendet werden. So kann vorgesehen sein, dass die Störfeldkarte zur Vorbereitung einer nachfolgenden Vermessung des Zielbereichs mit der Magnetresonanzeinrichtung eingesetzt wird. Beispielsweise kann mithin die Aufnahme des Magnetresonanzdatensatzes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Art Scout-Scan darstellen, der zur Vorbereitung einer weiteren Messung mit der Magnetresonanzeinrichtung dient, bei der dann die Störfeldkarte verwendet werden kann, beispielsweise um ein aktives Shimmen im Zielbereich zu ermöglichen. Denkbar ist es ferner, dass die Störfeldkarte im Rahmen einer Signaltrennungstechnik für in unterschiedlichen Verbindungen gebundene Protonen verwendet wird. Beispielsweise dann, wenn eine Dixon-Technik auf den Magnetresonanzdatensatz angewendet werden soll, können in Wasser und in Fett gebundene Protonen anhand der Störfeldkarte besser unterschieden werden. Selbstverständlich sind auch andere Anwendungen der Störfeldkarte denkbar.
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Auf die bislang beschriebene Art und Weise können selbstverständlich nur die Magnetresonanzsignale der Spins durch Rephasierung wieder hergestellt werden, die auch tatsächlich angeregt worden sind. Werden durch das Störfeld mithin einige Spins überhaupt nicht erst angeregt, bliebe der Signalverlust erhalten. Mithin sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass wenigstens ein weiterer Rohdatensatz mit einer veränderten Anregungsfrequenz einer Hochfrequenzanregung aufgenommen wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn ohnehin nicht schichtselektiv angeregt wird, mithin kein Schichtselektionsgradient vorliegt. Es ist jedoch auch denkbar, beispielsweise die Verschiebung der Anregungsfrequenz (Mittenfrequenz des angeregten Frequenzbandes) so stark zu gestalten, dass bei einer Anregung in verschiedenen Schichten die durch die geänderte Anregungsfrequenz angeregte Schicht weit außerhalb des eigentlich zu vermessenden Schichtstapels liegt, so dass Zuordnungsprobleme weitgehend vermieden werden. Würden auch benachbarte Schichten angeregt, müsste ein Verfahren eingesetzt werden, das die der eigentlich zu vermessenden Schicht zugeordneten Signale/Rohdaten extrahiert.
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Wird über den gesamten Zielbereich das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt, wobei immer die höchste Signalwert aller Rohdatensätze für jeden Bildpunkt im Bildraum herangezogen wird, so kann eine Verstärkung des Rauschens in Bereichen außerhalb des aufzunehmenden Objekts oder solchen, die bereits grundsätzlich nur wenig Signal liefern, auftreten, beispielsweise in luftgefüllten Bereichen, da dann ja immer der höchste Signalwert herangezogen wird, mithin das Rauschen betont wird. Mithin sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass dem Objekt zugehörige Bereiche in den Rohdatensätzen segmentiert werden und für außerhalb des Objekts liegende Bereiche immer das Rohdatum des ersten Rohdatensatzes gewählt wird. Segmentierungstechniken sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt, so dass es leicht möglich ist, eine Maske zu definieren, innerhalb derer immer das betragsmäßig höchste Rohdatum für jeden Bildpunkt gewählt wird. Außerhalb der Maske werden die Rohdaten des ersten Rohdatensatzes als Magnetresonanzdatensatz verwendet, so dass die Betonung des Rauschens vermieden wird.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher auch die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können. Insbesondere weist die Steuereinrichtung mithin eine Sequenzereinheit auf, über die die sonstigen Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere also die Gradientenspulen und die Hochfrequenzspulen, zur Realisierung einer Magnetresonanzsequenz und zur Aufnahme von Daten angesteuert werden können. Ferner kann eine Rekonstruktionseinheit zur Ermittlung des Magnetresonanzdatensatzes aus den Rohdatensätzen vorgesehen werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Skizze zur Erläuterung der Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine mögliche Struktur eines Störfelds,
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3 einen ersten Rohdatensatz beim Störfeld gemäß 2,
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4 einen weiteren Rohdatensatz bei einem Störfeld gemäß 2,
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5 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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6 einen erweiterten k-Raum und Rekonstruktionsbereiche für Rohdatensätze,
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7 einen ersten Rohdatensatz,
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8 einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren resultierenden Magnetresonanzdatensatz eines Bereichs, der dem der 7 entspricht, und
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9 schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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Die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung ist es, letztlich einen weiteren Freiheitsgrad bei der Aufnahme von Magnetresonanzdaten abzutasten, nämlich die Dephasierung. Diese ermöglicht es, Spins, die einem bestimmten Störfeld bzw. Störfeldgradienten unterliegen, der wiederum eine Dephasierung bewirkt, dennoch darzustellen, was am einfachen, auf die allgemeine Magnetresonanzbildgebung allerdings nicht anwendbaren Beispiel des eingangs erwähnten Artikels von Seppenwoolde et al. näher erläutert sei. Dort wird versucht, die Dephasierung im Umfeld eines magnetischen Markers, der eine Störung des B0-Felds hervorruft, heller das umgebende, ungestörte Gewebe darzustellen. In einer herkömmlichen Messung mit einer GRE-Sequenz würde das Magnetresonanzsignal im Bereich der Störung dunkler als das ungestörte Gewebe erscheinen, da es durch das Störfeld ΔB(x, y, z) eine zusätzliche Phase, sprich eine Dephasierung, erfährt. Die zusätzliche Phase lässt sich ermitteln zu ΦStör = γΔB(x, y, z)TE.
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Dies sei schematisch anhand von 1 für die Schichtselektion näher gezeigt. Dabei ist dort der Gradient gegen die Zeit aufgetragen. Zur Zeit t = 0 erfolgt die Hochfrequenzanregung. Dabei erhalten Spins durch den Schichtselektionsgradienten bzw. dessen Gradientenmoment G+t+ eine zusätzliche Phase, die durch das Gradientenmoment G–t– rephasiert werden soll. Zusätzlich entsteht jedoch durch das vom Zeitpunkt t = 0 der Hochfrequenzanregung bis hin zur Echozeit anliegende Störfeld 1 eine Zusatzphase, die zur Dephasierung der Spins führt.
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Bei Seppenwoolde et al. wird nun durch zusätzliche Gradienten (Momente) versucht, diese Dephasierung wieder auszugleichen, so dass die gestörten Spins zur Echozeit TE wieder in Phase sind. Das führt zwangsläufig dazu, dass alle ungestörten Spins durch das zusätzliche Gradientenmoment zum Echozeitpunkt TE dephasiert sind. Daher liefern in dem Verfahren von Seppenwoolde gestörte Spins einen höheren Signalbeitrag als ungestörte. Da die magnetischen Marker zumeist deutlich kleiner als die Bildauflösung sind, wirkt das Störfeld nur im Umfeld eines oder weniger Bildpunkte. Es ist daher für diese Anwendung möglich, eine immer gleiche, vorher getestete Dephasierungsstufe durch einen zusätzlich anzulegenden Dephasierungsgradienten zu wählen.
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Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch, einen Magnetresonanzdatensatz zu generieren, in dem die Dephasierung, die durch eine magnetische Störung entsteht, ausgeglichen wird, so dass idealerweise das Magnetresonanzdatum jedes Bildpunkts rephasiert und mit der Amplitude dargestellt wird, die ohne Störung vorliegen würde. Praktisch auftretende Störfelder, die insbesondere durch Metallobjekte oder Lufteinschlüsse ausgelöst werden, haben eine deutlich größere Ausdehnung als die bei Seppenwoolde et al. verwendeten Marker/Tracer und weisen auch eine komplexere Struktur auf. Daher wird vorgeschlagen, neben der herkömmlichen Magnetresonanzaufnahme, dem ersten Rohdatensatz, bei dem keine zusätzliche Dephasierung verwendet wird, weitere Rohdatensätze, insbesondere wenigstens drei weitere Rohdatensätze, desselben Zielbereichs mit verschiedenen Dephasierungsstufen aufzunehmen bzw. zu ermitteln. Je nach Dephasierungsstufe werden auf diese Weise die Bildpunkte im Rohdatensatz wieder rephasiert, die durch die Störung die negativ gleiche Dephasierung erfahren haben. Mathematisch bedeutet dies, dass die Phase der Dephasierung ΦDephase = –ΦStör sein muss.
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Die 2 bis 4 erläutern dies näher. 2 zeigt schematisch eine Karte des magnetischen Störfeldes 2, wie es von einer Metallkugel 3 als Störobjekt mit starkem Suszeptibilitätsunterschied zum restlichen Zielbereich, beispielsweise Gewebe, erzeugt wird. Dieses Störfeld 2 hat nun zur Folge, vgl. 3, dass bei einer Aufnahme eines Magnetresonanzbildes ohne zusätzliche Dephasierung in einem Bereich 4 um die gestrichelt angedeutete Metallkugel 3 eine Signalauslöschung aufgrund der Dephasierung der Spins auftritt, während außerhalb des Bereichs 4 in einem ungestörten Bereich 5 die dort ungestörten Spins ihr übliches Magnetresonanzsignal liefern. Das in 3 schematisch dargestellte Magnetresonanzbild entspricht also letztlich einem Beispiel für einen ersten Rohdatensatz, da hier keine zusätzliche Dephasierung vorliegt. Dabei bildet im Übrigen die äußere Begrenzung 6 des Bereichs 5 auch die äußere Begrenzung eines Objekts, in das im vorliegend bespielhaft betrachteten Modell die Metallkugel 3 eingebettet ist.
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4 zeigt nun schematisch, was bei Einführung einer zusätzlichen Dephasierung an Veränderungen gegenüber dem Magnetresonanzbild der 3 auftritt. Ersichtlich existieren auch in einem solchen Magnetresonanzbild, welches einem weiteren Rohdatensatz entspricht, Bereiche 5, in denen eine Signalauslöschung vorliegt, nachdem ungestörte Spins zu stark dephasiert werden. Ferner existieren Bereiche 7 mit einem schwachen Magnetresonanzsignal. Es ist jedoch deutlich zu erkennen, dass in einem Bereich 8, in dem vorher kein Magnetresonanzsignal empfangen wurde, nun betragsmäßig höhere Rohdaten vorliegen; das bedeutet, die gestörten Spins in diesem Bereich wurden durch die zusätzliche Dephasierung zur Echozeit wieder in Phase gebracht, so dass sie vermessen werden können.
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Werden nun zusätzlich zu dem in 4 gezeigten weiteren Rohdatensatz weitere Rohdatensätze bei anderen Dephasierungsstufen aufgenommen, ist es denkbar, einen guten Teil der Daten aus dem Auslöschungsbereich 4 für einen fusionierten Magnetresonanzdatensatz zu erhalten, in dem immer für jeden Bildpunkt der betragsmäßig größte Rohdatenwert verwendet wird. Es ist davon auszugehen, dass in der Dephasierungsstufe mit dem betragsmäßig höchsten Rohdatum die Störung am besten ausgeglichen werden konnte und das erhaltene Magnetresonanzsignal mithin dem Rohdatum, das ohne Störung bestehen würde, am nächsten kommt.
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5 zeigt nun einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dort werden zunächst in einem Schritt S1 die Rohdatensätze aufgenommen. Dies geschieht vorliegend, indem alle Dephasierungsstufen in einem einzigen Aufnahmevorgang aufgenommen werden. Dabei macht man sich zu Nutze, dass die Dephasierung einer Verschiebung im k-Raum entspricht, wie durch die oben genannten Formeln bereits näher ausgedrückt wurde. Dies sei im Hinblick auf 6 nun näher erläutert. Diese zeigt den gesamten im Schritt S1 abgetasteten k-Raum 9, der offensichtlich gegenüber dem üblichen, schraffiert gezeigten k-Raum 10, der für eine Aufnahme ohne zusätzliche Dephasierung gewählt würde, in Ausleserichtung 11 erweitert ist. Es sei angemerkt, dass dabei vorliegend für den Magnetresonanzdatensatz als einem gewünschten Absolutwert-Magnetresonanzdatensatz ausgegangen wird, für den sich Phaseneffekte in der Phasenkodierrichtung ohne weitere Artefakte aufheben. Geht es um Phasenbilder oder wird eine andere Gradientenstruktur bei der Aufnahme verwendet, so kann selbstverständlich auch eine Dephasierung und Erweiterung des k-Raums in anderen Richtungen als der Ausleserichtung 11 grundsätzlich denkbar sein.
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Das Zentrum 12 des erweiterten, abgetasteten k-Raums 9 entspricht auch dem Zentrum des k-Raums 10, der mithin einen zentralen Anteil bildet, aus dem der erste Rohdatensatz rekonstruiert wird. Um den erweiterten k-Raum 9 abzutasten, wird mithin das Auslesezeitfenster symmetrisch erweitert.
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Wird nun das Zentrum 12 des k-Raums 9, beispielsweise gemäß dem Pfeil 13, an eine neue Position 14 verschoben und der durch den k-Raum 10 beschriebene Anteil mit verschoben, ergibt sich eine neue Rekonstruktionsbasis für einen weiteren Rohdatensatz, dessen Begrenzungen 15 ebenso in 6 gezeigt sind. Das bedeutet, die Begrenzungen 15 definieren den Anteil um die Position 14 als Zentrum dieses Anteils, aus dem ein weiterer Rohdatensatz ermittelt wird. Dies entspricht aufgrund der Verschiebung gemäß dem Pfeil 13 in Ausleserichtung 11 einer Dephasierung in Ausleserichtung, vgl. hierzu wiederum die bereits genannten Formeln.
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Wie aus 6 deutlich hervorgeht, lassen sich so innerhalb des erweiterten k-Raums 9 eine Vielzahl von Anteilen definieren, die, selbstverständlich auch bei Verschiebung in die dem Pfeil 13 entgegengesetzte Richtung, jeweils bestimmten zusätzlichen Dephasierungen in Ausleserichtung 11, also Dephasierungsstufen, entsprechen. So können viele, bevorzugt alle, Rohdatensätze in Schritt S1 aufgrund eines einzigen Aufnahmevorgangs nach einer einzigen Anregung erfolgen.
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Die Vermessung des erweiterten k-Raums selbst erfolgt vorliegend mit einer als GRE-Sequenz ausgebildeten Magnetresonanzsequenz.
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In einem Schritt S2, vgl. wiederum 5, kann nun optional zunächst durch Segmentierung eine Maske ermittelt werden, die außerhalb des aufzunehmenden Objekts liegende Bereiche der weiteren Betrachtung entzieht; für diese Bildpunkte werden die Rohdaten des ersten Rohdatensatzes als Magnetresonanzdaten verwendet, um eine Veränderung des Rauschanteils dort möglichst weitgehend zu vermeiden. Für die als dem Objekt zugeordnet maskierten Bildpunkte werden nun im Schritt S2 die Rohdaten betragsmäßig verglichen. Das betragsmäßig größte Rohdatum wird als Magnetresonanzdatum in dem Magnetresonanzdatensatz 16, der ein Ergebnis des Verfahrens darstellt, verwendet. Allerdings wird auch die Dephasierungsstufe, also letztlich der Rohdatensatz, aus dem dieses betragsmäßig maximale Rohdatum entnommen wurde, gespeichert.
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Denn unter Kenntnis der Echozeit lässt sich mit der oben angegebenen Beziehung mit der Dephasierung ein Wert für das Störfeld berechnen, der in einer Störfeldkarte 17 eingesetzt werden kann. Die Störfeldkarte 17 kann auf verschiedene Arten weiterverwendet werden, beispielsweise im Schritt S3 zur Verbesserung von Shimmaßnahmen für eine nachfolgende Bildaufnahme oder in Schritt S4 zur Verbesserung einer Trennungstechnik für in unterschiedlichen Materialien gebundene Protonen, beispielsweise eine Dixon-Technik zur Trennung von in Fett und in Wasser gebundenen Protonen.
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7 und 8 zeigen schematisch nochmals die Verbesserungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten werden können. Dabei zeigt 7 einen ersten Rohdatensatz 18, der letztlich einem herkömmlich aufgenommenen Magnetresonanzdatensatz entspricht. Ersichtlich existiert innerhalb des Objekts 19 wiederum der Auslöschungsbereich 4, in dem aufgrund der Dephasierung keinerlei Signal erhalten wird.
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8 zeigt schematisch einen Magnetresonanzdatensatz 16 desselben Zielbereichs, der mit dem Verfahren gemäß 5 erhalten wurde. Es liegen nun Magnetresonanzdaten, also Bildsignale, im gesamten Objekt 19 vor, wobei sogar das das Störfeld auslösende Störobjekt 20 zu erkennen ist.
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9 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 21. Diese umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Grundmagneteinheit 22, die eine Patientenaufnahme 23 definiert; diese umgebend können, hier der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt, eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordnung vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch Lokalspulen im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 21 und ihre Komponenten wird durch eine Steuereinrichtung 24 gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 24 eine Sequenzereinheit umfassen, die die Aufnahme von Magnetresonanzdaten bzw. Rohdaten steuert und ferner eine Rekonstruktionseinheit, um aus verschiedenen Rohdatensätzen den Magnetresonanzdatensatz gemäß dem erfindungsgemäß Verfahren zu errechnen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.
