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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonstruktion eines dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes aus in Zielschichten mit einer Magnetresonanzeinrichtung aufgenommenen Magnetresonanz-Schichtdaten eines Zielgebiets mit einem das Magnetfeld im Zielgebiet verzerrenden Störobjekt, insbesondere einem Metallobjekt, wobei für jede aufzunehmende Zielschicht in mehreren Phasenkodierungsschritten in einer Zusatzkodierrichtung senkrecht zur Schichtebene neben einer in der Ausdehnung und Lage der jeweiligen Zielschicht entsprechenden Zentralpartitionsschicht mehrere der Zentralpartitionsschicht benachbarte Partitionsschichten aufgenommen werden. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung und ein Computerprogramm.
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Die Magnetresonanztomographie ist eine im Stand der Technik bereits weitgehend bekannte Bildgebungsart. Dabei ist es möglich, ein Zielgebiet, beispielsweise innerhalb eines Patienten, aufzunehmen, indem mehrere Schichten des dreidimensionalen Zielgebiets durch 2D-Bildgebung gescannt werden. Diese verschiedenen Schichten des Zielgebiets (Zielschichten) bilden üblicherweise einen sogenannten Schichtstapel, der einen dreidimensionalen Bilddatensatz bildet und/oder aus dem ein dreidimensionaler Magnetresonanzbilddatensatz abgeleitet werden kann.
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Zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines Objekts, beispielsweise eines Patienten, wird dieses üblicherweise in ein Grundmagnetfeld (BO-Feld) der Magnetresonanzeinrichtung eingebracht, dort konkret in einen Homogenitätsbereich, in dem nur äußerst geringe Abweichungen vom Nennwert des Grundmagnetfeldes erlaubt sind. Hierdurch orientieren sich die Spins in der Zielregion entlang des Grundmagnetfeldes. Um Magnetresonanzdaten aufzunehmen, werden die Spins nun durch Hochfrequenzpulse (Anregungspulse), die durch eine Hochfrequenzspulenanordnung erzeugt werden können, angeregt, und es wird der Zerfall dieser Anregung im Impulsraum (k-Raum) vermessen. Um eine Ortskodierung der Magnetresonanzdaten zu ermöglichen, werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert, insbesondere ein Schichtselektionsgradient, der die Anregung auf eine zu vermessende Schicht beschränkt, ein Phasenkodierungsgradient und/oder ein Auslesegradient, der letztlich auch die Ausleserichtung definiert. Durch eine Fourier-Transformation können die im k-Raum vorliegenden Rohdaten in den Bildraum übertragen werden, um einen Magnetresonanzbilddatensatz zu rekonstruieren.
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Problematisch werden Bildaufnahmen in der Magnetresonanzbildgebung dann, wenn das Magnetfeld, dem die Spins im Zielgebiet ausgesetzt werden, verzerrt ist. Ein Grund für eine solche Verzerrung sind Störobjekte, die das Magnetfeld verzerrend beeinflussen, insbesondere Metallobjekte, beispielsweise Implantate oder dergleichen. Störobjekte verzerren das Grundmagnetfeld lokal, so dass durch die damit einhergehende Inhomogenität des Grundmagnetfeldes sowohl die Anregung der Kernspins als auch die Aufnahme der Magnetresonanzsignale beeinflusst ist.
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Eine bei der Aufnahme verschiedener Zielschichten problematische Beeinflussung tritt bei der Anregung auf. Wie bereits erwähnt wurde, wird üblicherweise ein Schichtselektionsgradient geschaltet, der dafür sorgt, dass die bei der Anregung verwendete Magnetresonanzfrequenz nur im Bereich der anzuregenden Schicht vorliegt, nachdem durch den Schichtselektionsgradienten die Resonanzfrequenzen in den anderen Schichten derart verschoben werden, dass keine Anregung mehr erfolgt. Ist jedoch die dieser Ausgestaltung zugrunde liegende Annahme, das Grundmagnetfeld sei homogen, nicht zutreffend, wird nicht, wie üblich, eine insbesondere quaderförmige Zielschicht angeregt, sondern eine verzerrte Schicht, die sich über mehrere Zielschichten erstrecken kann. Aufgenommene Signale stammen dann nicht aus der gewollten Zielschicht, sondern gegebenenfalls aus anderen Zielschichten oder gar von außerhalb des Zielgebiets. Dies führt zu Artefakten.
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Nichtsdestotrotz gewinnt die Magnetresonanzbildgebung an Patienten mit metallischen orthopädischen Implantaten zunehmend an Bedeutung, zum einen aufgrund der stark steigenden Population von Implantatträgern und des besseren Weichteilkontrasts der Magnetresonanzbildgebung gegenüber anderen Modalitäten, zum anderen aufgrund besserer Magnetresonanzbildgebungsverfahren, die die Bildverzerrungen in der Nähe von Störobjekten zunehmend besser unterdrücken, als dies früher der Fall war.
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Ein bekanntes Vorgehen zur Korrektur dieser Artefakte ist unter dem Namen SEMAC bekannt und wird beispielsweise in einem Artikel von Lu et al., „SEMAC: Slice encoding for metal artifact correction in MRI“, Magnetic Resonance in Medicine 62, Seite 66 - 76 (2009) und der
US 2010/0033179 A1 (dort unter der Bezeichnung „SEPI-VAT“) beschrieben. Dort sollen durch metallische Störobjekte hervorgerufene Artefakte durch eine robuste Schichtselektionskodierung jeder angeregten Schicht hinsichtlich metallinduzierter Inhomogenitäten korrigiert werden. Der allgemeine Ansatz hierzu ist es, eine zusätzliche Phasenkodierung senkrecht zur Schichtebene (also in Schichtselektionsrichtung) für jede anzuregende Zielschicht durchzuführen, um die bei verzerrter Anregung auftretenden Signale anderer Zielschichten korrekt räumlich zuordnen zu können. Die zusätzliche Phasenkodierung in der Schichtselektionsrichtung (Zusatzkodierrichtung) ermöglicht es also, das aufgrund des Störobjekts verzerrte Anregungsprofil jeder Zielschicht auflösen zu können und nicht der Zielschicht zugeordnete Schichtdaten korrekt einzusortieren, also der korrekten Zielschicht zuzuordnen. In den genannten Druckschriften wird dies auf Grundlage des VAT-Verfahrens durchgeführt. Bei dem dort beschriebenen Vorgehen werden also nicht nur - wie bereits bei VAT alleine - die „in-plane“-Verzerrungen reduziert, sondern auch Verzerrungen zwischen den Schichten („through-plane“), da die aufgenommenen Signale durch Fourier-Transformationen entlang der Schichtselektionsrichtung, also der Zusatzkodierrichtung, ihren tatsächlichen physikalischen Zielschichten zugeordnet werden können. Problematisch ist hierbei jedoch, dass die Gesamtmesszeit wegen der Vielzahl an zusätzlichen Phasenkodierschritten pro Zielschicht zur Auflösung der jeweiligen Anregungsprofile jeder Zielschicht erheblich ansteigt.
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Mithin wird die räumliche Auflösung in der Schichtselektionsrichtung (Zusatzkodierrichtung) sehr niedrig gewählt, beispielsweise im Bereich von 6 - 15 Phasenkodierungsschritten, um die Messzeit gering zu halten. Dies hat jedoch das weitere Problem zur Folge, dass die Abbildungstreue der Fourier-Transformation in den Ortsraum (Bildraum) aufgrund der niedrigen Auflösung äußerst schlecht ist. Die „point spread function“ verursacht ein Übersprechen der aufgenommenen Magnetresonanzsignale in benachbarte Zielschichten, so dass die Bildschärfe beeinträchtigt wird bzw. im Extremfall falsche Bildinformationen geliefert werden. Derartige eher subtile Einschränkungen der Bildqualität fallen im Verzerrungsbereich, wo die SEMAC-Korrektur äußerst wirksam ist, kaum auf, in der Regel überwiegen aber diejenigen Bildbereiche, die hinreichend weit von den Störungen durch das Störobjekt entfernt sind und somit keinen Verzerrungen unterliegen, wo jedoch dennoch durch unerwünschte Nebeneffekte der SEMAC-Rekonstruktion eine Reduzierung der Bildqualität auftreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, bei der Verwendung des SEMAC-Verfahrens eine Verbesserung der Bildqualität wenigstens in von Verzerrungen wenig betroffenen Bereichen zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass aufgrund eines die Schichtdaten auswertenden, die Verzerrung entlang der Zusatzkodierrichtung beschreibenden Verzerrungskriteriums ein Korrekturbereich und ein Normalrekonstruktionsbereich des Zielgebiets bestimmt werden, wobei zur Rekonstruktion im Normalrekonstruktionsbereich nur Schichtdaten der Zielschicht verwendet werden und im Korrekturbereich die Schichtdaten außerhalb der Zielschicht liegender Partitionsschichten entsprechenden Zielschichten zur Korrektur der Verzerrung zugeordnet werden.
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Die Erfindung schlägt mithin vor, die SEMAC-Rekonstruktion auf solche Bildbereiche zu beschränken, nämlich die Korrekturbereiche, in denen Verzerrungen des Schichtprofils auch tatsächlich vorliegen, wo also die SEMAC-Korrektur gewinnbringend Artefakte aufgrund des Störobjekts, insbesondere Metallartefakte, reduzieren kann. Andere Bereiche, die Normalrekonstruktionsbereiche, werden hingegen konventionell rekonstruiert, das bedeutet, nur basierend auf dem Anteil der Schichtdaten, die sich auf die zentrale Partition, also die eigentliche Zielschicht, beziehen. Bei der üblichen Rekonstruktion kann wenigstens auf die SEMAC-Verzerrungskorrektur, also die räumliche Korrektur und die Aufaddition der Signale aus den einzelnen Partitionsschichten, verzichtet werden.
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Es werden also zunächst aufgrund des Verzerrungskriteriums Bildbereiche detektiert, in denen Verzerrungen des Schichtprofils vorliegen, die von einer SEMAC-Rekonstruktion profitieren, woraus sich die Aufteilung in Korrekturbereiche und Normalrekonstruktionsbereiche unmittelbar ergibt. Letztlich ist also festzustellen, ob außerhalb der Zentralpartitionsschicht, also der eigentlichen Zielschicht, überhaupt Signal vorliegt; ist dies nicht der Fall, ist üblicherweise auch keine Verzerrung gegeben, denn Signal außerhalb der Zentralpartitionsschicht tritt normalerweise nur dann auf, wenn auch Verzerrungen vorhanden sind.
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Anstelle der üblichen SEMAC-Rekonstruktion, wo der gesamte Bildinhalt des Magnetresonanzbilddatensatzes einheitlich rekonstruiert wird, werden im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verschiedene Bildbereiche, nämlich der Korrekturbereich und der Normalrekonstruktionsbereich, mit unterschiedlichen, für die jeweilige Bildqualität optimalen Verfahren rekonstruiert. Der Vorteil besteht darin, dass negative Effekte auf die Bildqualität zumindest in Teilen des Magnetresonanzbilddatensatzes vermieden werden können. Derartige negative Effekte können, wie bereits eingangs beschrieben, der SEMAC-Kodierung bzw. SEMAC-Verzerrungskorrektur entstammen, wie z. B. die durch die niedrig aufgelöste Fourier-Transformation entstehenden Probleme, die zu einer effektiven Verschlechterung des Schichtprofils führen, denn die in der SEMAC-Dimension (Schichtselektionsrichtung = Zusatzkodierrichtung) sehr niedrige Auflösung (aufgrund der langen Messzeit sind hohe Auflösungen nicht praktikabel) führt zum Übersprechen von Signal in benachbarte Schichtpositionen, was im Bild als Kontraständerung, Unschärfe, Geisterbilder und dergleichen wahrgenommen werden kann. Derartiges lässt sich vermeiden, wenn die Bereiche, in denen Derartiges auffällt, als Normalrekonstruktionsbereiche identifiziert werden, in denen die SEMAC-Rekonstruktion nicht angewendet wird.
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Dabei gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, die der jeweiligen Zielschicht zugeordneten Schichtdaten aus den gesamten Schichtdaten für die Rekonstruktion im Normalrekonstruktionsbereich auszuwählen. So ist es zum einen denkbar, dass die Auswahl der Schichtdaten der Zielschicht im Normalrekonstruktionsbereich im k-Raum anhand des entsprechenden Phasenkodierungsschritts vor einer Fourier-Transformation erfolgt. In diesem Fall erfolgt die Auswahl also im k-Raum, nachdem aufgrund des Phasenkodierungsschrittes ja bekannt ist, welche Schichtdaten aus der Zentralpartitionsschicht und somit der Zielschicht stammen. In dieser Ausgestaltung werden somit die Daten der benachbarten Partitionsschichten, die aufgenommen wurden, gänzlich verworfen. Dies führt aber dazu, dass nicht mehr alle Schichtdaten bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden und es somit zu einem Abfall des Signal-zu-Rauschverhältnisses kommen kann.
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Mithin sieht eine alternative, bevorzugte Variante der vorliegenden Erfindung vor, dass die Auswahl der Schichtdaten der Zielschicht im Normalrekonstruktionsbereich nach einer alle Schichtdaten im k-Raum berücksichtigenden Fourier-Transformation im Bildraum erfolgt. Auf diese Weise werden alle Schichtdaten weiterhin berücksichtigt, was vorteilhaft für das Signal-zu-Rauschverhältnis ist. Zwar ist dann doch eine Fourier-Transformation in der Zusatzkodierrichtung (Schichtselektionsrichtung) erforderlich, jedoch ist das Übersprechen (Ringing) dann nicht wesentlich, da es im Bildraum, also im Ortsraum, ohnehin weggeschnitten wird, da nur die Schichtdaten der Zielschicht im Normalrekonstruktionsbereich weiter berücksichtigt werden. Allerdings ist es in einer solchen Ausgestaltung zweckmäßig, zu überprüfen, ob eine grundsätzliche Verschiebung der Lamorfrequenz im Normalrekonstruktionsbereich der gerade betrachteten Zielschicht vorliegt, die dann in einer entsprechenden Korrektur Berücksichtigung finden kann.
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Die Bereiche, also der Normalrekonstruktionsbereich und der Korrekturbereich, können zweckmäßigerweise schichtweise bestimmt werden. Das bedeutet, die Zielschichten werden einzeln betrachtet und in Korrekturbereiche und Normalrekonstruktionsbereiche aufgeteilt, aus denen sich in Zusammenschau der Normalrekonstruktionsbereich und der Korrekturbereich des gesamten Zielgebiets, also des Rekonstruktionsbereichs des Magnetresonanzbilddatensatzes, ergeben.
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Wie bereits erwähnt, dient das Verzerrungskriterium letztlich der Überprüfung, ob zumindest der wesentliche Teil des Signals im aktuell betrachteten Kandidatenbereich in der Zentralpartitionsschicht zu finden ist, was dafür spricht, dass in diesem Kandidatenbereich keine Verzerrung vorliegt. Hierzu wird also eine Analyse der Schichtdaten durchgeführt, wobei insbesondere Profile und/oder Histogramme entlang der Zusatzkodierrichtung analysiert werden können. Hierzu ist es aber wiederum zweckmäßig, zwischen Signalanteilen und Rauschanteilen der Schichtdaten zu unterscheiden, um tatsächlich eine Beurteilung bezüglich des Signalanteils der Schichtdaten, im Folgenden der Signaldaten, treffen zu können.
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Diesbezüglich sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass zur Auswertung des Verzerrungskriteriums, insbesondere bildpunktweise für Bildpunkte der Zielschicht in Zusatzkodierrichtung, Schichtdaten in Signaldaten und Rauschdaten segmentiert werden. Eine solche Segmentierung kann zweckmäßigerweise schwellwertbasiert erfolgen, insbesondere nach einer Fourier-Transformation wenigstens in Zusatzkodierrichtung. Mithin kann beispielsweise eine Fourier-Transformation in wenigstens der Zusatzkodierrichtung durchgeführt werden, so dass die Schichtdaten auch über den Phasenkodierschritt hinaus räumlich zugeordnet werden können, was insbesondere dann zweckmäßig ist, wenn Zielschichten nicht als Ganzes betrachtet werden sollen, um sie insgesamt dem Normalrekonstruktionsbereich oder dem Korrekturbereich zuzuordnen. Sollen, was bevorzugt ist, Zielschichten auch teilweise zum Normalrekonstruktionsbereich und teilweise zum Korrekturbereich gehörig festgestellt werden können, ist eine entsprechende Ortszuordnung der Schichtdaten notwendig, welche durch die Fourier-Transformation erreicht wird. Ein Schwellwert kann genutzt werden, um Signalanteile und Rauschanteile voneinander zu trennen und somit Signaldaten und Rauschdaten zu unterscheiden. Dabei sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung vor, dass der Schwellwert aus den Schichtdaten der Zielschicht ermittelt wird, insbesondere als ein prozentualer Anteil. Dabei wird mithin von der Annahme ausgegangen, dass im nicht verzerrten Fall das Signal tatsächlich räumlich auch in der Zielschicht vorliegt, so dass diese als Referenz herangezogen wird, um den Schwellwert zu definieren. Beispielsweise können als Schwellwert 10 - 20 % vom Wert des Schichtdatums in der Zielschicht verwendet werden, wobei darauf hingewiesen wird, dass eine derartige Grobabschätzung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausreichend ist, da letztlich gröbere Bildqualitätsartefakte, die durch die SEMAC-Korrektur entstehen können, vermieden werden sollen.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass bei der Ermittlung eines Schwellwerts aus Schichtdaten der Zielschicht eine statistische Betrachtung einer Umgebung eines betrachteten Bildpunkts durchgeführt wird. Liegt, beispielsweise nach einer Fourier-Transformation, innerhalb der Zielschicht für einen Bildpunkt auch nur ein einziges Schichtdatum vor, ist es zweckmäßig, um Rauscheffekte hier bereits zu vermeiden, auch eine Umgebung zu betrachten, beispielsweise acht oder fünfzehn benachbarte Bildpunkte in der Zielschicht. Dann kann beispielsweise der Mittelwert, gegebenenfalls gewichtet, betrachtet und zur Definition des Schwellwerts herangezogen werden.
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Besonders zweckmäßig dann, wenn bereits eine Aufteilung der Schichtdaten in Rauschdaten und Signaldaten vorgenommen wurde, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass zur Auswertung des Verzerrungskriteriums eine Histogrammanalyse und/oder eine Analyse eines Schichtdatenverlaufs der insbesondere auf durch Segmentierung ermittelte Signaldaten beschränkten Schichtdaten in Zusatzkodierrichtung durchgeführt wird, wobei eine Zuordnung zu dem Normalrekonstruktionsbereich erfolgt, wenn ein einen Grenzwert überschreitender Anteil der Schichtdaten, insbesondere der Signaldaten, in der Zentralpartitionsschicht liegt. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass bei einem unverzerrten Schichtprofil ohne Betrachtung des Rauschens das Signal nach Art einer Rechteckfunktion komplett innerhalb der Zielschicht liegen sollte. Ist die Schicht jedoch verzerrt, werden auch (oder auch ausschließlich) Signaldaten in Bereichen entlang der Zusatzkodierrichtung vorliegen, die gerade nicht der Zielschicht entsprechen. Diese Unterscheidung wird durch das Verzerrungskriterium ausgedrückt: Liegt das Signal hauptsächlich, beispielsweise zu mehr als 90 % oder mehr als 95 %, innerhalb der Zielschicht, ist vom nicht verzerrten Fall auszugehen und der betrachtete Kandidatenbereich, beispielsweise ein Bildpunkt, ist dem Normalrekonstruktionsbereich zuzuordnen. Wenn nicht, liegen Verzerrungen vor und der betrachtete Kandidatenbereich, insbesondere ein Bildpunkt, ist dem Korrekturbereich zuzuordnen. So erfolgt eine Sortierung, deren Ergebnis der Korrekturbereich, der durch die SEMAC-Korrektur wie üblich korrigiert werden soll, und der Normalrekonstruktionsbereich, in dem die Rekonstruktion allein auf den Schichtdaten der Zielschicht, also der Zentralpartitionsschicht, basiert, sind.
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Die Rekonstruktion aus dem Normalrekonstruktionsbereich und die Rekonstruktion aus dem Korrekturbereich werden dann kombiniert, wobei vorgesehen sein kann, dass aus dem Normalrekonstruktionsbereich und aus dem Korrekturbereich rekonstruierte Bilddaten durch Addition, insbesondere Quadratsummenbildung, zu dem Magnetresonanzbilddatensatz zusammengeführt werden. Eine Quadratsummenbildung ist dabei bevorzugt, da so eine verbesserte Rauschunterdrückung erhalten werden kann.
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Neben dem Verfahren betrifft die 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 mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können, insbesondere hochqualitative Magnetresonanzbilddatensätze von ein Störobjekt enthaltenden oder von einem Störobjekt beeinflussten Zielgebieten erhalten werden können. Dabei kann die Steuereinrichtung bevorzugt eine Aufteilungseinheit zur Aufteilung in einen Korrekturbereich und einen Normalrekonstruktionsbereich, insbesondere für jede Zielschicht, enthalten. Ferner können in der Steuereinrichtung eine Normalrekonstruktionseinheit und eine SEMAC-Rekonstruktionseinheit vorgesehen sein, die die entsprechenden Rekonstruktionsschritte durchführen, wobei die so erhaltenen Bilddaten dann einer Zusammenführungseinheit der Steuereinrichtung zugeführt werden können.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Computerprogramm, welches die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung, beispielsweise der Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung, durchgeführt wird. Das Computerprogramm, für das selbstverständlich ebenso die bisherigen Ausführungen fortgelten, kann dabei auf einem nicht transientem Datenträger, beispielsweise einer CD-ROM, abgespeichert sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 eine Skizze zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems,
- 2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
- 4 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 erläutert das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem am Beispiel einer keine Verzerrungen aufweisenden Zielschicht 1 genauer. Betrachtet man das Idealprofil 2 der Magnetresonanzsignale, also Schichtdaten, in Schichtselektionsrichtung 3, die hier bei Anwendung des SEMAC-Verfahrens auch der Zusatzkodierrichtung entspricht, entsteht idealisiert eine Rechteckfunktion, da das gesamte Signal aus dieser Zielschicht 1 stammt. Unter Anwendung des SEMAC-Verfahrens wird jedoch nicht nur die Zielschicht 1 als Zentralpartitionsschicht abgetastet, sondern in weiteren Phasenkodierungsschritten entlang der Schichtselektionsrichtung 3 als Zusatzkodierrichtung werden vorliegend vierzehn benachbarte Partitionsschichten 4 ebenso abgetastet, das bedeutet, es werden vorliegend fünfzehn Phasenkodierrschritte verwendet.
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Um die SEMAC-Korrektur durchzuführen, werden die im k-Raum vorliegenden Schichtdaten der Zielschicht 1 sowie der benachharten Partitionsschichten 4 durch Fourier-Transformation aus dem k-Raum 6 in den Bildraum 7 übertragen, wie durch den Pfeil 5 angedeutet ist.
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In der Zusatzkodierrichtung 3 liegen nur fünfzehn Phasenkodierschritte vor, das bedeutet, die Auflösung ist recht schlecht, so dass es zu einem Übersprechen von Signalanteilen in benachbarte Partitionsschichten (die ebenso Zielschichten entsprechen können) kommt („Ringing“), was durch die Strichlierung bzw. Punktierung der der Zielschicht 1 unmittelbar benachbarten Partitionsschicht 4 und das Profil 8 in Schichtselektionsrichtung 3 dargestellt ist. Diese auf benachbarte Partitionsschichten 4 übergesprungenen Signalanteile werden beim SEMAC-Korrekturverfahren nun den entsprechenden anderen Zielschichten zugeordnet und können dort für eine reduzierte Bildqualität sorgen, insbesondere, wenn diese nicht durch dominierende zu verschiebende tatsächliche Signalanteile aufgrund einer Verzerrung überdeckt werden.
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Eine Lösung hierfür bietet das erfindungsgemäße Verfahren an, welches die SEMAC-Korrektur nur in bestimmten Bereichen, nämlich den Korrekturbereichen, anwendet, wo sie aufgrund der dort vorliegenden Verzerrungen auch benötigt wird.
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Ein Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 dargestellt.
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Darin werden zunächst im Schritt S1 mit einer Magnetresonanzeinrichtung durch zweidimensionale Bildgebung Schichtdaten für verschiedene Zielschichten aufgenommen, die ein Zielgebiet abdecken. Die Zielschichten folgen, wie grundsätzlich bekannt, in Schichtselektionsrichtung aufeinander und sind quaderförmig, sie bilden also insgesamt einen Schichtstapel im dreidimensionalen Raum. Nachdem aber bekannt ist, dass sich in der Zielregion, vorliegend der Hüftbereich eines Patienten, ein Metallobjekt als Störobjekt befindet, werden für jede Zielschicht nicht nur einfach ohne weitere Unterscheidung die Magnetresonanzsignale nach einer Hochfrequenzanregung aufgenommen, sondern es existiert eine zusätzliche Phasenkodierung in Schichtselektionsrichtung, also einer Zusatzkodierrichtung, so dass für jede Zielschicht Schichtdaten nicht nur für eine der Zielschicht entsprechende zentrale Partitionsschicht aufgenommen werden, sondern auch für benachbarte Partitionsschichten, die durch die Phasenkodierschritte definiert werden. Auf diese Weise wird eine Auflösung in der Zusatzkodierrichtung gewonnen, um bei einer verzerrten Schicht feststellen zu können, welchen anderen Zielschichten die Daten eigentlich zuzuordnen sind.
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Dies sei im Hinblick auf 3 bereits an dieser Stelle näher erläutert. Gestrichelt gezeigt ist wiederum der Querschnitt durch die quaderförmige Zielschicht 1. Aufgrund des schematisch angedeuteten Metallobjekts 9 wird bei der Anregung jedoch nicht die Zielschicht 1 angeregt, sondern eine verzerrte Schicht 10, wobei wiederum die Zusatzkodierrichtung 3, hier die Schichtselektionsrichtung, erläuternd dargestellt ist. Entsprechend werden, wie diesbezüglich zu 1 schon beschrieben wurde, in dem Schritt S1 durch fünfzehn Phasenkodierschritte neben der der Zielschicht 1 entsprechenden zentralen Partitionsschicht dieser benachbarten Partitionsschichten 4 abgetastet. Die aufgenommenen Magnetresonanzsignale aller dieser Partitionsschichten, also der Zielschicht 1 und der benachbarten Partitionsschichten 4, bilden die aufgenommenen Schichtdaten 11. Aufgrund der Verzerrung (verzerrte Schicht 10) wird zumindest im Bereich der Verzerrung auch außerhalb der zentralen Zielschicht 1 in benachbarten Partitionsschichten 4 Signal gemessen werden.
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Allerdings ist 3 auch zu entnehmen, dass die Verzerrung, also die Abweichung von der gewollten physikalischen Zielschicht 1, nicht überall auftritt; vorliegend bezogen auf die Zielschicht 1 nur in einem in 3 unteren Bereich, der im Folgenden als Korrekturbereich 12 bezeichnet werden soll. Im restlichen Bereich, der im Folgenden als Normalrekonstruktionsbereich 13 bezeichnet werden soll, entspricht die Form der verzerrten Schicht 10 im Wesentlichen dem Verlauf der Zielschicht 1. Das bedeutet aber, dass im Normalrekonstruktionsbereich 13 gar keine SEMAC-Rekonstruktion mit dem in 1 beschriebenen Artefaktrisiko notwendig wäre, so dass hier die Rekonstruktion auf die aus der Zielschicht 1 stammenden Schichtdaten 11 beschränkt werden kann. Diese Erkenntnis nutzt das erfindungsgemäße Verfahren aus und bestimmt in einem Schritt S2 den Normalrekonstruktionsbereich 13 und den Korrekturbereich 12 für das gesamte Zielgebiet, in dem ein dreidimensionaler Magnetresonanzdatensatz rekonstruiert werden soll, insbesondere also für alle Zielschichten 1. Hierzu werden vorliegend zunächst durch ein Segmentierungsverfahren die Schichtdaten 11, vorliegend im Ortsraum, in Signaldaten und Rauschdaten aufgeteilt. Der Schwellwert definiert sich dabei in Abhängigkeit von den Schichtdaten in der Zielschicht 1, also der zentralen Partitionsschicht. Wird für jede Zielschicht 1 bildpunktweise vorgegangen, werden, um Rauscheffekte möglichst zu vermeiden, immer Nachbarschaften des Bildpunkts betrachtet, falls im Bildraum 7 gearbeitet wird. Alle Schichtdaten 11, deren Wert kleiner als 20 % des Signals in der Zielschicht ist, werden zu den Rauschdaten gezählt. So entsteht also eine Segmentierung in Signaldaten und Rauschdaten, die selbstverständlich auch auf andere Art und Weise vorgenommen werden kann.
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Im Bildraum 7 ergeben sich dann Verläufe der Signaldaten in Zusatzkodierrichtung 3, die beschreiben, ob eine Verzerrung vorliegt. Als Beispiel sind in 3 ein Verlauf 14 für den Normalrekonstruktionsbereich 13, in dem im Wesentlichen keine Verzerrung vorliegt, und ein beispielhafter Verlauf 15 für den Korrekturbereich 12 gezeigt. Ersichtlich lässt sich diesen Verläufen 14, 15 leicht entnehmen, ob eine Verzerrung vorliegt, ob also ein zu großer Anteil der Signaldaten außerhalb der Zielschicht 1 liegt. Dies wird vorliegend im Schritt S2 durch ein Verzerrungskriterium entschieden, welches beispielsweise derart arbeiten kann, dass wenigstens 90 % der Signaldaten innerhalb der Zielschicht 1 liegen müssen.
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Ist auf diese Weise für alle Zielschichten 1 bestimmt, welche Anteile zum Korrekturbereich 12 und welche Anteile zum Normalrekonstruktionsbereich 13 zählen, werden in den Schritten S3a und S3b für beide Bereiche 12, 13 unterschiedliche Rekonstruktionsarten angewendet, wie durch die Pfeile 16, 17 und die Schraffierungen im mittleren Bild der 3 dargelegt werden soll. Im Korrekturbereich 12, Schritt S3a, werden alle Schichtdaten 11 verwendet und wird die übliche SEMAC-Korrektur durchgeführt, das bedeutet, außerhalb der Zielschicht 1 liegende Signale werden den entsprechenden benachbarten Zielschichten 1 (die benachbarten Partitionsschichten 4 entsprechen) zugeordnet, wie durch die Schraffur von Nachbarschichten der Zielschicht 1 im rechten Teilbild der 3 angedeutet wird.
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Für den Normalrekonstruktionsbereich 13, Schritt S3b, werden jedoch nur die Schichtdaten 11 der Zielschicht 1 benutzt, welche entweder im k-Raum aufgrund des entsprechenden Phasenkodierschrittes ausgewählt werden können oder aber, was bevorzugt ist, nach einer Fourier-Transformation im Bildraum 7, so dass auch weiterhin alle Schichtdaten 11, die im k-Raum 6 aufgenommen wurden, Verwendung finden und so das Signal-zu-Rausch-Verhältnis verbessert wird. Ersichtlich ist entsprechend im Normalrekonstruktionsbereich 13 nur die Zielschicht 1 hervorgehoben dargestellt.
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Die so erhaltenen rekonstruierten Bilddaten werden dann in einem Schritt S4, vergleiche wiederum 2, zusammengeführt, hier durch Addition, indem Quadratsummen gebildet werden.
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Als dreidimensionaler Bilddatensatz wird so ein Schichstapel von zweidimensionalen Schichten erhalten, es ist jedoch auch möglich, aus dem Schichtstapel einen komplett dreidimensionalen Bilddatensatz abzuleiten.
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Die Schritte S2, S3a, S3b und S4 werden dabei automatisiert und durch ein Computerprogramm realisiert auf einer Recheneinrichtung durchgeführt, vorliegend auf einer Steuereinrichtung der verwendeten Magnetresonanzeinrichtung.
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Eine derartige erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung 18 ist in 4 schematisch dargestellt. Sie weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 19 auf, die eine Patientenaufnahme 20 definiert, die umgebend, hier der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt, eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordndung vorgesehen sein können. Über eine Patientenliege kann ein Patient in die Patientenaufnahme 20 eingefahren werden.
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Die Magnetresonanzeinrichtung 18 weist ferner eine Steuereinrichtung 21 auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Vorliegend weist die Steuereinrichtung 21 hierzu eine Aufteilungseinheit zur Durchführung eines Schrittes S2, Rekonstruktionseinheiten zur Durchführung der Schritte S3a und S3b, und eine Zusammenführungseinheit zur Durchführung des Schrittes S4 auf.
