DE102014209364B3

DE102014209364B3 - Bestimmung von komplexen Sensitivitätsfaktoren von HF-Empfangsspulen

Info

Publication number: DE102014209364B3
Application number: DE102014209364.3A
Authority: DE
Inventors: Radhouene Neji
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2034-05-17
Also published as: US10139463B2; US20150331077A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines komplexen Sensitivitätsfaktors einer HF-Empfangsspule (8a, 8b), welche Teil einer Anordnung aus mehreren HF-Empfangsspulen ist, die zur simultanen Akquisition von Magnetresonanz-Spektroskopiedaten ausgelegt sind, mit den Schritten: a) Akquirieren von FID-Signalen (20, 22) von einem interessierenden Volumen mit jeder der mehreren HF-Empfangsspulen (8a, 8b) simultan, wobei eine der HF-Empfangsspulen (8a) als Referenzspule und deren FID-Signal (20) als Referenzsignal bezeichnet wird; b) Ermitteln eines komplexen Sensitivitätsfaktors für die HF-Empfangsspule (8b) durch Minimieren der Differenzen zwischen mehreren Datenpunkten (25) ihres FID-Signals (22), gesichtet mit dem komplexen Sensitivitätsfaktor, und den entsprechenden Datenpunkten (24) des FID-Signals (20) der Referenzspule.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Magnetresonanz-Spektroskopiedatensatzes von einem interessierenden Volumen mit einer Magnetresonanzanlage mit zumindest zwei HF-Empfangsspulen, sowie ein Verfahren zur Ermittlung eines komplexen Sensitivitätsfaktors einer HF-Empfangsspule, welche Teil einer Anordnung aus mehreren HF-Empfangsspulen ist.
Die Erfindung ist auch auf eine Magnetresonanzanlage gerichtet, welche dazu konfiguriert ist, das Verfahren auszuführen, sowie auf ein digitales Speichermedium mit einer entsprechenden Software.
In der Magnetresonanz-Tomografie (MRT) ist es oft vorteilhaft, das MR-Signal nicht mit einer großen Hochfrequenz (HF) Empfangsspule, sondern mit einer Anordnung – auch Array oder Phased-Array genannt – aus mehreren HF-Empfangsspulen aufzufangen. Diese können oft direkt am Körper des Patienten angeordnet sein und haben daher ein hohes Signal-zu-Rausch Verhältnis (SNR). Das Zusammensetzen der von den verschiedenen Array-Spulen simultan akquirierten Signale zu einem Gesamtsignal ist jedoch nicht trivial, da dabei die verschiedenen Sensitivitätsprofile der einzelnen Spulen berücksichtigt werden müssen, um räumliche Variationen in der Intensität zu kompensieren. Insbesondere auch bei der Magnetresonanz-Spektroskopie (MRS) ist es wichtig, für jedes Voxel Beiträge der einzelnen Spulen mit dem korrekten Sensitivitätsfaktor zu gewichten, da sonst zum einen das SNR leidet, zum anderen können sonst Spektren aus verschiedenen Voxeln nicht miteinander verglichen werden und somit auch keine räumliche Variation in der Konzentration von Metaboliten festgestellt werden. Die Sensitivitätsprofile der Spulenanordnungen sollten jeweils aufs Neue vor einer Messung am Patienten berechnet werden, da diese durch die individuelle Positionierung der Spulenanordnung am Patienten stark variieren können.
Zur Berechnung der Sensitivitätsprofile der einzelnen Spulenelemente einer Anordnung aus HF-Empfangsspulen sind verschiedene Ansätze bekannt. In dem Artikel von M. A. Brown „Time Domain Combination of MR Spectroscopy Data Acquired Using Phased-Array Coils”, Magnetic Resonance in Medicine, 52: 1207–1213 (2004) wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem jeweils der erste Punkt des Free Induction Decays (FID's) der mit den verschiedenen HF-Spulen akquirierten Signalen verwendet wird und daraus die Sensitivitätsfaktoren berechnet werden. Dieses Verfahren führt jedoch zu fehlerhaften Ergebnissen, wenn die Spektren stark rauschbehaftet sind.
In dem Artikel von T. Schäffter, P. Börnert et al. „Fast ¹H Spectroscopic Imaging Using a Multi-Element Head-Coil Array”, Magnetic Resonance in Medicine, 40: 185–193 (1998) wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Sensitivitätsprofile durch einen Satz von Kalibrationsbildern berechnet werden, welcher sowohl mit der Spulenanordnung als auch mit der als Referenz dienenden Körperspule akquiriert wird. Dies erfordert jedoch eine Vorabmessung.
C. T. Rodgers und M. D. Robson in „Receive Array Magnetic Resonance Spectroscopy: Whitened Singular Value Decomposition (WSVD) Gives Optimal Bayesian Solution”, Magnetic Resonance in Medicine, 63: 881–891 (2010) schlagen eine Singular Value Decomposition (SVD) vor, um die komplexen Sensitivitäten zu ermitteln. Dieser Ansatz ist vergleichsweise aufwändig.
Die Erfindung hat sich somit die Aufgabe gestellt, ein Verfahren für die Magnetresonanz-Spektroskopie mit Anordnungen aus mehreren HF-Empfangsspulen bereitzustellen, welches genau ist und die Untersuchungszeit nicht verlängert. Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein möglichst einfaches und schnelles Verfahren zur Ermittlung der komplexen Sensitivitätsfaktoren der einzelnen HF-Empfangsspulen innerhalb einer Anordnung bzw. eines Arrays zu ermitteln, welche für die in einer bestimmten Messung ausgewählten interessierenden Volumen gelten.
Diese Aufgaben löst die Erfindung mit den Verfahren gemäß Anspruch 1 und 12 sowie einer Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 13 und einem digitalen Speichermedium gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst FID-Signale (Free Induction Decays) mit Magnetresonanz-Spektroskopiedaten von dem interessierenden Volumen mit jeder der HF-Empfangsspulen simultan akquiriert. Davor wurde typischerweise die zu untersuchende Person in der Magnetresonanzanlage gelagert und eine Anordnung aus HF-Empfangsspulen am Körper posiotioniert. Vorzugsweise handelt es sich hierbei also nicht etwa um eine Phantommessung, sondern um eine in vivo-Messung bzw. bereits um die eigentliche, gewünschte Messung. Vorzugsweise wird eine ¹H-Spektroskopie durchgeführt, das Verfahren ist jedoch auch für andere Kerne wie ¹³C, ³¹P oder ¹⁹F möglich.
Die FID-Signale werden von zumindest einem interessierenden Volumen akquiriert, vorzugsweise werden sie also mit einer ortsselektiven MRS-Sequenz aufgenommen. Hierbei kann es sich um eine Sequenz zur Auswahl eines einzelnen interessierenden Volumens (Single Voxel Spectroscopy – SVS) handeln, wie z. B. PRESS oder STEAM. Alternativ kann es sich auch um einen Chemical-Shift-Imaging-Datensatz handeln, bei dem das Signal in zwei oder drei Raumrichtungen phasenkodiert wird, so dass einzelne Spektren aus einer Vielzahl von Voxeln bzw. interessierenden Volumen gewonnen werden. In diesem Fall wird das im Folgenden beschriebene Verfahren für jedes Voxel einzeln ausgeführt. Hierzu werden die Rohdaten zunächst in den Raumrichtungen Fourier-transformiert, so dass für jedes Voxel bzw. jedes interessierende Volumen ein FID-Signal vorhanden ist.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie mit den Signalen in der Zeit-Domaine, also den FID-Signalen, arbeitet. Dadurch entfallen die für die Analyse der Spektren notwendigen Nachbearbeitungsschritte wie Phasenkorrektur etc., welche wiederum zu Fehlern im Ergebnis führen könnten.
Das erfindungsgemäße Verfahren akquiriert also mit jeder der HF-Empfangsspulen gleichzeitig ein FID-Signal, welches aus dem gleichen Volumen stammt, und vergleicht diese miteinander, um die jeweiligen komplexen Sensitivitätsfaktoren der einzelnen HF-Empfangsspulen in Hinblick auf dieses Volumen zu ermitteln. Dabei wird zunächst eine der HF-Empfangsspulen als Referenzspule ausgewählt und deren FID-Signal als Referenzsignal bezeichnet. Bevorzugt wird eine Spule mit gutem SNR als Referenzspule ausgewählt.
Daraufhin wird für jede HF-Empfangsspule bis auf die Referenzspule ein komplexer Sensitivitätsfaktor ermittelt. Dieser Faktor stellt die komplexe Sensitivität der jeweiligen HF-Empfangsspule in Bezug auf die Referenzspule dar. Der Faktor ist eine komplexe Zahl, weist also Phase und Amplitude auf.
Der komplexe Sensitivitätsfaktor wird durch Minimieren der Differenzen zwischen mehreren Datenpunkten des jeweiligen FID-Signals, gewichtet mit dem (zunächst unbekannten) komplexen Sensitivitätsfaktor, und den entsprechenden Datenpunkten des Referenzsignals ermittelt. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es nicht nur einen, sondern mehrere bis alle Datenpunkte der FID-Signale verwendet und dadurch sehr genau und robust ist.
Daraufhin können die bereits akquirierten FID-Signale mit den ermittelten komplexen Sensitivitätsfaktoren gewichtet und zu einem verwendbaren Magnetresonanz-Spektroskopiedatensatz addiert werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bereits die eigentliche Messung zur Ermittlung der Sensitivitätsprofile bzw. der komplexen Sensitivitätsfaktoren der einzelnen HF-Empfangsspulen verwendet werden kann. Es ist keine zusätzliche Kalibrationsmessung notwendig.
Alternativ oder zusätzlich können die komplexen Sensitivitätsfaktoren natürlich auch zur Gewichtung von weiteren simultan von den HF-Empfangsspulen von dem interessierenden Volumen akquirierten Magnetresonanz-Spektroskopiedaten verwendet werden. Z. B. kann die ursprüngliche Messung mit einer leicht anderen Sequenz, jedoch von dem gleichen interessierenden Volumen, wiederholt werden.
Die oben genannten Schritte werden für die zu jedem interessierenden Volumen gehörigen FID-Signale wiederholt, sofern mehrere interessierende Volumen, wie z. B. in einem CSI-Datensatz, vorhanden sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die komplexen Sensitivitätsfaktoren durch Minimieren der L²-Norm zwischen dem Referenzsignal und dem FID-Signal der jeweiligen HF-Empfangsspule, gewichtet mit deren komplexem Sensitivitätsfaktor, ermittelt. Die L²-Norm wird auch als euklidische Norm bzw. euklidische Distanz bezeichnet. Betrachtet man z. B. den Abstand zwischen zwei Punkten im dreidimensionalen Raum, wobei der erste Punkt die Koordinaten (x₁, y₁, z₁) aufweist und der zweite Punkte die Koordinaten (x₂, y₂, z₂), beträgt die L²-Norm zwischen den Punkten
Diese Berechnung stelle man sich jetzt für einen N-dimensionalen Raum vor, wobei N die Anzahl Datenpunkte der FID-Signale ist, die bei der Minimierung berücksichtigt bzw. verwendet werden. Der Vorteil dieser Berechnungsart ist, dass sie einfach implementierbar und stabil ist.
Gemäß einer Ausführungsform wird der komplexe Sensitivitätsfaktor einer einzelnen HF-Empfangsspule wie folgt berechnet: f1(t) bezeichnet das (komplexe) FID-Signal der Referenzspule (also das Referenzsignal). f2(t) ist das FID-Signal der jeweiligen HF-Empfangsspule. Es soll der komplexe Sensitivitätsfaktor S für f2 gefunden werden. Gemäß einer Ausführungsform wird hierbei die L²-Norm zwischen f1(t) und Sf2(t) minimiert, also ||f1(t) – Sf2(t)||².
Durch Berechnen des Gradienten der quadratischen L²-Norm kann gezeigt werden (Zwischenschritte wurden hier ausgelassen), dass
wobei f2(t)* das komplexe Konjugat von f2(t) ist, und das Integral erfolgt über die Dauer des FID-Signals T. Diese Formel ist vergleichsweise einfach zu berechnen. T muss nicht die gesamte Dauer des FID's sein, sondern kann auch die Datenpunkte abdecken, bei welchen die FID-Signale über einem bestimmten Schwellwert liegen.
Berechnet man den Grenzwert von S, wenn T gegen 0 geht, so ergibt sich
Die Amplitude dieses Grenzwertes ist |f1(0)|/|f2(0)| und die Phase ist Phase(f1(0)) – Phase(f2(0)). Dies entspricht der Lösung von M. A. Brown, bei welcher nur jeweils die ersten Punkte des FID's verwendet werden. Diese Berechnung wurde lediglich als Kontrolle durchgeführt, dass die verwendete Rechenmethode korrekt ist. Gegenstand der Erfindung ist jedoch nicht die Berechnung des Grenzwertes bei T → 0, sondern die Verwertung der gesamten FID-Signale.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die komplexen Sensitivitätsfaktoren durch Minimieren der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Differenzen zwischen einzelnen Datenpunkten des Referenzsignals und den jeweils entsprechenden Datenpunkten des FID-Signals der jeweiligen HF-Empfangsspule, gewichtet mit deren komplexem Sensitivitätsfaktor, ermittelt. Diese Berechnungsmethode kann der L²-Norm entsprechen.
Vorteilhaft werden bei der Minimierung der Differenz viele oder sogar alle Datenpunkte der jeweiligen FID-Signale berechnet. Um eine sinnvolle Auswahl zu treffen, können beispielsweise alle Datenpunkte der jeweiligen FID-Signale verwendet werden, deren Wert oberhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt. Dadurch wird z. B. das FID-Signal dort abgeschnitten, wo das Signal gegen 0 geht und keine Aussagekraft mehr besitzt. Alternativ können die jeweiligen FID-Signale auch an einem vorher festgelegten Zeitpunkt T abgeschnitten werden. Alternativ können auch die gesamten Daten der FID-Signale und des Referenzsignals in die oben genannte Berechnung bzw. Minimierung eingehen.
In einer Ausführungsform sind die zumindest zwei HF-Empfangsspulen Teil einer Array-Spule bzw. Phased-Array-Spule. Dies ist jedoch nicht zwingend. Entscheidend ist, dass eine Anordnung von HF-Empfangsspulen vorhanden ist, welche an verschiedenen Positionen an das interessierende Volumen angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, simultan-MR-Daten zu akquirieren, und zwar von zumindest räumlich überlappenden sensitiven Bereichen.
Vorteilhaft wird die HF-Empfangsspule, deren FID-Signal das höchste Signal-zu-Rausch Verhältnis aufweist, als Referenzspule ausgewählt. Das hat den Vorteil, dass möglichst wenig Rauschen in die Berechnung der komplexen Sensitivitätsfaktoren eingeht. Dies kann entweder vorher festgelegt sein, es kann jedoch auch problemlos das SNR der akquirierten FID-Signale berechnet werden, z. B. indem es das Signal des ersten Punktes bzw. dessen Amplitude als Signal annimmt und den Mittelwert der letzten Punkte des FID's als Rauschen.
Wenn es sich um ¹H-Spektroskopie handelt, wird bei einer normalen spektroskopischen Untersuchung einer Wasserunterdrückung vorgenommen. Bei vielen Verfahren des Standes der Technik muss dies unterbleiben, da sonst die Signalstärke für die Ermittlung der Sensitivitätsfaktoren zu gering ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass auch die wasserunterdrückten FID-Signale ausreichend Signalstärke zur Durchführung des Verfahrens aufweisen. Dies hat damit zu tun, dass nicht nur ein Punkt, sondern viele bis alle Punkte der FID-Signale berücksichtigt werden. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird also im Rahmen der Akquisition der FID-Signale mit Magnetresonanz-Spektroskopiedaten eine Wasserunterdrückung ausgeführt. Gegebenenfalls kann es hilfreich sein, die Wasserunterdrückung zu reduzieren, also mit einer nur unvollständigen, beispielsweise 80–98%igen Wasserunterdrückung, zu arbeiten.
Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Ermittlung eines komplexen Sensitivitätsfaktors gerichtet, welches oben bereits beschrieben ist.
Ferner ist eine Magnetresonanzanlage Teil der Erfindung, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Von der Hardware her kann es sich hierbei um eine übliche Magnetresonanzanlage handeln, welche wenigstens eine Gradientenspule zur Erzeugung eines Gradientenfeldes und zumindest zwei über je einen eigenen Empfangskanal verfügende HF-Empfangsspule zur Akquisition von Magnetresonanz-Spektroskopiedaten aufweist. Weitere Komponenten, wie Hauptmagnet, HF-Sendespule, ADC's, Prozessoren, sind ebenfalls vorhanden, wie dem Fachmann bekannt. Die HF-Empfangsspulen können gleichzeitig auch Sendespulen sein, also auch Anregungspulse senden. Typischerweise wird jedoch eine Körperspule als HF-Sendespule verwendet. Die Steuerungseinrichtung schaltet z. B. die Gradientenspulen und steuert die Datenakquisition. Die Steuerungseinrichtung ist beispielsweise Teil einer Konsole, eines Computers, eines PCs, Laptops, Tablet-Computers oder sogar eines mobilen Gerätes, z. B. Smartphones.
Die Steuerungseinrichtung ist zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert. Insbesondere ist sie dazu in der Lage, die Magnetresonanzanlage derart zu steuern, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Die Magnetresonanzanlage kann ein Hauptmagnetfeld von 1,5 T, 2 T oder auch 3 T aufweisen. Die Magnetresonanzanlage kann beispielsweise eine Anlage der Siemens Magnetom-Serie sein.
Darüber hinaus ist die Erfindung auch auf ein digitales Speichermedium gerichtet, welches ein Softwareprogramm mit Programmcodeabschnitten aufweist, welche eine Magnetresonanzanlage dazu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Softwareprogramm auf der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird. Genau genommen wird das Softwareprogramm auf der Steuerungseinrichtung ausgeführt, welche die Magnetresonanzanlage ansteuert. Die Erfindung ist auch auf ein entsprechendes Softwareprogramm gerichtet.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Magnetresonanzanlage, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann;
2 einen Längsschnitt durch die Magnetresonanzanlage der 1;
3 ein beispielhaftes FID-Signal einer Referenzspule;
4 ein beispielhaftes FID-Signal einer anderen HF-Empfangsspule;
5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Mit Bezug auf 1 weist eine erfindungsgemäß ausgestaltete Magnetresonanzanlage 1 in der dargestellten Ausführungsform einen Hauptmagneten 4 mit einem Innenraum 9 auf. Ein Patient 3 ist auf eine Patientenliege 2 gebettet, welche entlang der Geräteachse 20' in den Innenraum 9 gefahren werden kann.
Im dargestellten Beispiel befindet sich der Kopf des Patienten 3 in einer Kopfspule 8, welche in diesem Fall aus zwei separaten HF-Empfangsspulen 8a und 8b zusammengesetzt ist, welche je einen eigenen Empfangskanal aufweisen. Dies ist lediglich eine von vielen denkbaren Ausführungsbeispielen. Es können auch mehr als zwei HF-Empfangsspulen vorgesehen sein. Ferner kann die Anordnung aus HF-Empfangsspulen auch eine Körperspule bilden, beispielsweise eine Phased-Array-Spule. Es sind auch Kopfspulen denkbar, welche aus vier jeweils konzentrisch um eine Achse angeordneten HF-Empfangsspulen bestehen.
Die Kopfspule 8 ist durch den Kabelstrang 16 an den Anschluss 17 angeschlossen und wird, wie auch alle anderen Komponenten der Magnetresonanzanlage, durch die Steuerungseinheit 6 gesteuert. Diese ist typischerweise in eine Bedienkonsole 10 integriert. Die Steuerungseinrichtung 6 ist typischerweise Teil eines Computers, beispielsweise die zentrale Recheneinheit, wie eine CPU. Ferner können auch Speicherbausteine, zum Beispiel eine Harddisc oder ein RAM oder andere Datenspeicher zur Speicherung von vorbestimmten Werten, Pulsprofilen etc., Teil der Steuerungseinheit 6 sein. Die Bedienkonsole 10 weist darüber hinaus einen Bildschirm 5 sowie gegebenenfalls Eingabemittel wie Tastatur und Maus (nicht dargestellt) auf, welche einem Anwender die Eingabe von Daten erlauben. Ein Softwareprogramm, welches Programmcodeabschnitte Prg zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, kann auf einem digitalen Speichermedium 15, beispielsweise einem digitalen, optischen oder magnetischen Datenspeicher, zum Beispiel einer CD-ROM gespeichert sein und kann dadurch in die Steuerungseinheit 6 hochgeladen werden.
2 zeigt wiederum im Längsschnitt die Liege 2 mit dem darauf gebetteten Patienten 3. Der Kopf des Patienten liegt in der Kopfspule 8, welche aus zwei unabhängigen HF-Empfangsspulen 8a und 8b aufgebaut ist. Über das Kabel 16 ist die Kopfspule 8 mit der Steuerungseinrichtung 6 verbunden. Über die Leitungen 7 steuert die Steuerungseinrichtung 6 auch die übrigen Komponenten der Magnetresonanzanlage 1. Dabei handelt es sich u. a. um den Hauptmagneten 4. Dieser beinhaltet u. a. die Spule 12, welche das Hauptmagnetfeld generiert und in der Regel aus supraleitendem Material besteht. Ferner ist ein Gradientensystem 13 vorhanden, welche wenigstens eine Gradientenspule zur Erzeugung eines Gradientenfeldes umfasst. Shim-Spulen 11 sind ebenfalls schematisch dargestellt. Eine HF-Ganzkörperspule, welche typischerweise als Sendespule fungiert, ist mit dem Bezugszeichen 14 versehen. Die Darstellung in 2 ist rein schematisch, und die räumliche Anordnung dieser Komponenten kann anders sein als dargestellt. Weitere Komponenten der Magnetresonanzanlage, wie z. B. ADC's, Frequenzgeneratoren, Verstärker, Filter und andere Wandler, sind in dieser Figur nicht dargestellt.
Durch den Hauptmagneten 4 wird ein starkes Hauptmagnetfeld erzeugt, welches insbesondere innerhalb des Bereichs 18 ausreichend homogen für die Akquisition von Magnetresonanzdaten ist.
Wurde der Patient 3 auf die Liege 2 gebettet und die HF-Sendespulen 8a, 8b an seinem Kopf positioniert, wird er in den homogenen Bereich 18 im Innenraum 9 der Magnetresonanzanlage gefahren, und die Messung kann beginnen. Typischerweise werden zunächst schnelle Lokalizer-Bilder aufgenommen, auf denen dann Spektroskopie-Volumina positioniert werden können. Beispielsweise kann eine Schicht für chemical-shift-imaging (CSI) ausgewählt werden. Alternativ kann auch ein SVS-Verfahren genutzt werden, bei dem ein einzelnes interessierendes Volumen beispielsweise im Gehirn des Patienten positioniert wird. Daraufhin wird die entsprechende Sequenz für die Akquisition von Magnetresonanz-Spektroskopiedaten ausgeführt und entsprechend FID-Signale akquiriert. 3 zeigt beispielhaft das mit einer der HF-Empfangsspulen, der Referenzspule, empfangene FID-Signal. Im Falle von CSI ist dies das FID-Signal, welches einem bestimmten Voxel zuzuordnen ist. Im Vergleich hierzu zeigt 4 ein simultan von einer anderen HF-Empfangsspule aufgenommenes FID-Signal 22. Dieses hat insgesamt geringere Intensität, d. h. die Sensitivität dieser HF-Empfangsspule ist voraussichtlich für dieses interessierende Volumen geringer. Bei beiden FID-Signalen handelt es sich um komplexe Signale, d. h. die Zeichnungen deuten lediglich den Real- oder Imaginärteil an.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nun jeweils die miteinander korrespondierenden Datenpunkte auf den beiden FID-Signalen 20, 22 miteinander in Beziehung gesetzt, um einen komplexen Sensitivitätsfaktor S zu berechnen. Mit diesem sollen dann alle Datenpunkte des FID-Signals 22 multipliziert werden, um ein Signal zu erhalten, welches möglichst ähnlich ist zu dem Referenzsignal 20. Zur Verdeutlichung sind zwei miteinander korrespondierende Datenpunkte eingezeichnet, nämlich Punkt 24 auf dem Referenzsignal 20 und Punkt 25 auf dem FID-Signal 22.
Gemäß einer Ausführungsform wird der komplexe Sensitivitätsfaktor gemäß der oben genannten Formel 1 berechnet. Die jeweiligen Integrale können z. B. bis zum eingezeichneten Wert T durchgeführt werden, zu diesem Zeitpunkt ist der exponentielle Verfall der FID-Signale bereits so weit fortgeschritten, dass danach im Wesentlichen Rauschen zu verzeichnen ist.
Der Gesamtablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nun noch anhand der 5 dargestellt werden. Zunächst wird eine Anordnung aus HF-Empfangsspulen einer Magnetresonanzanlage auf einer zu untersuchenden Person positioniert. Daraufhin wird in einem Schritt S1 eine Sequenz zur Akquisition von MRS-Daten durchlaufen, wie oben bereits beschrieben. Die – in diesem Fall vier – HF-Empfangsspulen empfangen in Schritt S2a–S2d somit simultan Magnetresonanz-Spektroskopiedaten von dem interessierenden Volumen als FID-Signale. In Schritt S3a–S3d wird von jedem FID-Signal das SNR berechnet, beispielsweise durch Ermittlung eines durchschnittlichen Wertes der ersten Datenpunkte sowie der letzten Datenpunkte und Division derselben. Die HF-Empfangsspule mit dem höchsten SNR wird als Referenzspule ausgewählt, hier ist es die Spule a. Daraufhin werden in Schritt S4b–S4d die FID-Signale der HF-Empfangsspulen b, c und d jeweils mit dem Referenzsignal, also dem FID-Signal der Spule a, verrechnet und die euklidische Distanz der Daten, mit Gewichtung durch einen komplexen Sensitivitätsfaktor, minimiert, zum Beispiel unter Verwendung von Formel 2. Die so berechneten komplexen Sensitivitätsfaktoren werden in Schritt S5 zwischengespeichert. Für die Referenzspule a gilt automatisch der Sensitivitätsfaktor 1. In Schritt S6 werden dann die in S2a–S2d aufgezeichneten FID-Signale, gewichtet mit den jeweiligen komplexen Sensitivitätsfaktoren, zu einem Magnetresonanz-Spektroskopiedatensatz aufaddiert. Dieser kann dann optional in Schritt S7 noch weiter bearbeitet werden, insbesondere gefiltert, Fourier-transformiert, phasenkorrigiert und gegebenenfalls noch weiter bearbeitet. Ferner ist eine Analyse des Spektrums möglich, beispielsweise durch Berechnung der Integrale unter einzelnen Peaks.
Typischerweise beinhaltet die Sequenz, mit der die Magnetresonanz-Spektroskopiedaten akquiriert werden, also eine CSI-Sequenz oder SVS-Sequenz, eine Wasserunterdrückung. Dies kann z. B. ein für den chemical shift des Wassersignals spezifischer Anregungspuls, gefolgt von Spoiler-Gradienten, sein. Jedoch sind auch andere Verfahren bekannt, um das Signal von Wasser in einem ¹H-Magnetresonanzspektrum zu verringern bzw. zu unterdrücken.
Bezugszeichenliste

1: Magnetresonanzanlage
2: Liege
3: Patient
4: Hauptmagnet
5: Bildschirm
6: Steuerungseinrichtung
7: Leitung
8: Kopfspule
8a, 8b: HF-Empfangsspulen
9: Innenraum
10: Konsole
11: Shim-Spulen
12: Supraleitende Spulen
13: Gradientenspulen
14: HF-Körperspulen
15: CD-ROM
16: Kabel
17: Anschluss
18: homogenen Bereich
20: Referenzsignal
20': Geräteachse
22: FID-Signal
24, 25: Datenpunkte
S1–S7: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Magnetresonanz-Spektroskopiedatensatzes von einem interessierenden Volumen mit einer Magnetresonanzanlage (1) umfassend zumindest zwei HF-Empfangsspulen (8a, 8b), mit den Schritten: a) Akquirieren von FID-Signalen (20, 22) mit Magnetresonanz-Spektroskopiedaten von dem interessierenden Volumen mit jeder der HF-Empfangsspulen simultan (8a, 8b); b) Auswählen von einer der HF-Empfangsspulen (8a) als Referenzspule, wobei deren FID-Signal (20) als Referenzsignal bezeichnet wird; c) Für jede HF-Empfangsspule (8b) bis auf die Referenzspule, Ermitteln (S4b, S4c, S4d) eines komplexen Sensitivitätsfaktors durch Minimieren der Differenzen zwischen mehreren Datenpunkten (25) ihres FID-Signals (22), gewichtet mit dem komplexen Sensitivitätsfaktor, und den entsprechenden Datenpunkten (24) des FID-Signals der Referenzspule (20); d) Addieren von simultan von den HF-Empfangsspulen (8a, 8b) von dem interessierenden Volumen akquirierten Magnetresonanz-Spektroskopiedaten (20, 22), wobei die Spektroskopiedaten der HF-Empfangsspulen (8a, 8b) jeweils mit deren komplexen Sensitivitätsfaktoren gewichtet werden, zu einem Magnetresonanz-Spektroskopiedatensatz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die komplexen Sensitivitätsfaktoren durch Minimieren der L²-Norm zwischen dem Referenzsignal (20) und dem FID-Signal (22) der jeweiligen HF-Empfangsspule, gewichtet mit deren komplexen Sensitivitätsfaktor, ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die komplexen Sensitivitätsfaktoren durch Minimieren der Quadratwurzel der Summe der Quadrate der Differenzen zwischen einzelnen Datenpunkten (24) des Referenzsignals (20) und den jeweils entsprechenden Datenpunkten (25) des FID-Signals (22) der jeweiligen HF-Empfangsspule (8b), gewichtet mit deren komplexen Sensitivitätsfaktor, ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Minimierung die Differenzen von vielen oder allen Datenpunkten (25) der jeweiligen FID-Signale berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–3, wobei bei der Minimierung die Differenzen von allen Datenpunkten (25) der jeweiligen FID-Signale berücksichtigt werden, deren Wert oberhalb eines bestimmten Schwellwerts liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zumindest zwei HF-Empfangsspulen (8a, 8b) Teil einer Arrayspule sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren für mehrere interessierende Volumen ausgeführt wird, insbesondere für alle Voxel eines Chemical-Shift-Imaging-Datensatzes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1–6, wobei die FID-Signale (20, 22) mit einer Sequenz zur Auswahl eines einzelnen interessierenden Volumens akquiriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die HF-Empfangsspule (8a), deren FID-Signal (20) das höchste Signal-zu-Rausch Verhältnis aufweist, als Referenzspule ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetresonanz-Spektroskopiedaten ¹H-Daten sind und bei der Akquisition der FID-Signale (20, 22) eine Wasserunterdrückung angewendet wird.
Verfahren zur Ermittlung eines komplexen Sensitivitätsfaktors einer HF-Empfangsspule (8a, 8b) in einer Magnetresonanzanlage (1), wobei die HF-Empfangsspule (8a, 8b) Teil einer Anordnung aus mehreren HF-Empfangsspulen ist, welche zur simultanen Akquisition von Magnetresonanz-Daten ausgelegt sind, mit den Schritten: a) Akquirieren von FID-Signalen (20, 22) von einem interessierenden Volumen mit jeder der mehreren HF-Empfangsspulen (8a, 8b) simultan, wobei eine der HF-Empfangsspulen (8a) als Referenzspule und deren FID-Signal (20) als Referenzsignal bezeichnet wird; b) Ermitteln eines komplexen Sensitivitätsfaktors für die HF-Empfangsspule (8b) durch Minimieren der Differenzen zwischen mehreren Datenpunkten (25) ihres FID-Signals (22), gesichtet mit dem komplexen Sensitivitätsfaktor, und den entsprechenden Datenpunkten (24) des FID-Signals (20) der Referenzspule.
Verfahren nach Anspruch 11, ausgestaltet nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Magnetresonanzanlage (1), umfassend wenigstens eine Gradientenspule (13) zur Erzeugung eines Gradientenfeldes, zumindest zwei über je einen Empfangskanal verfügende HF-Empfangspulen (8a, 8b) zur Akquisition von Magnetresonanz-Spektroskopiedaten, sowie eine Steuerungseinrichtung (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (7) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 konfiguriert ist.
Digitales Speichermedium, umfassend ein Softwareprogramm mit Programmcodeabschnitten (Prg), welche eine Magnetresonanzanlage (1) gemäß Anspruch 13 dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen, wenn das Softwareprogramm auf der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.