DE102014212943A1

DE102014212943A1 - Magnetresonanz-Bildgebung unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Frequenzkodiermustern

Info

Publication number: DE102014212943A1
Application number: DE102014212943.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Popescu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-07-03
Filing date: 2014-07-03
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-07-04
Also published as: US10338183B2; US20160003929A1; DE102014212943B4

Abstract

Es wird ein Verfahren (300, 800) zur Magnetresonanz-Bildgebung beschrieben. Bei dem Verfahren werden Magnetresonanz-Rohdaten (RD) aus einem Bereich eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Anzahl von Magnetresonanz-Empfangsantennen eines Magnetresonanzsystems erfasst. Es werden zudem Kalibrierungs-Werte (Cl(r, ω), wl(k)) ermittelt, welche die Sensitivität zumindest einer der Magnetresonanz-Empfangsantennen repräsentieren. Schließlich wird eine Bildrekonstruktion auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten (RD) und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte (Cl(r, ω), wl(k)) durchgeführt, wobei die Ermittlung der Kalibrierungs-Werte (Cl(r, ω), wl(k)) frequenzabhängig erfolgt. Es wird auch eine Steuereinrichtung (13) zur Magnetresonanzbildgebung beschrieben. Weiterhin wird auch eine Magnetresonanzanlage (1) mit der genannten Steuereinrichtung (13) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung sowie eine Steuereinrichtung zur Magnetresonanz-Bildgebung.
In einem Magnetresonanzsystem wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundfeldmagnetsystems einem relativ hohen Grundfeldmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 Tesla, 3 Tesla oder 7 Tesla ausgesetzt. Nach Anlegen des Grundfeldes richten sich Kerne im Untersuchungsobjekt mit einem nicht verschwindenden nuklearen magnetischen Dipolmoment, häufig auch Spin genannt, entlang des Feldes aus. Dieses kollektive Verhalten des Spin-Systems wird mit der makroskopischen „Magnetisierung“ beschrieben. Die makroskopische Magnetisierung ist die Vektorsumme aller mikroskopischen magnetischen Momente im Objekt an einem bestimmten Ort. Zusätzlich zu dem Grundfeld wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt, durch den die Magnetresonanzfrequenz (Larmor-Frequenz) am jeweiligen Ort bestimmt wird. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Pulse) ausgesendet, was dazu führen soll, dass die makroskopische „Magnetisierung“ um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt wird. Wirkt ein solcher HF-Puls auf Spins, die schon angeregt sind, so kann diese in eine andere Winkelstellung umgekippt oder sogar in einen Ausgangszustand parallel zum Grundmagnetfeld zurückgeklappt werden. Bei der Relaxation der angeregten Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, resonant abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen (auch Magnetresonanzspulen oder Empfangsspulen genannt) empfangen, anschließend demoduliert und digitalisiert werden und dann als sogenannte „Rohdaten“ weiterverarbeitet werden. Die Akquisition der Magnetresonanzsignale erfolgt im Ortsfrequenzraum, dem sogenannten „k-Raum“, wobei während einer Messung z. B. einer Schicht der k-Raum entlang einer durch die Schaltung der Gradientenpulse definierten „Gradiententrajektorie“ (auch „k-Raum-Trajektorie“ genannt) zeitlich durchlaufen wird. Außerdem müssen zeitlich passend koordiniert die HF-Pulse ausgesandt werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können nach weiteren Verarbeitungsschritten, die in der Regel auch vom Akquisitionsverfahren abhängen, schließlich mittels einer zweidimensionalen Fourier-Transformation die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Alternativ können inzwischen auch dreidimensionale Volumen definiert angeregt und ausgelesen werden, wobei die Rohdaten wiederum nach weiteren Verarbeitungsschritten in einen dreidimensionalen k-Raum einsortiert werden. Es kann dann entsprechend eine Rekonstruktion eines dreidimensionalen Bilddatenvolumens mittels einer dreidimensionalen Fourier-Transformation erfolgen.
Üblicherweise werden zur Ansteuerung eines Magnetresonanztomographiesystems bei der Messung bestimmte vorgegebene Pulssequenzen, d. h. Abfolgen von definierten HF-Pulsen sowie von Gradientenpulsen in verschiedenen Richtungen und von Auslesefenstern, währenddessen die Empfangsantennen auf Empfang geschaltet sind und die Magnetresonanzsignale empfangen und verarbeitet werden, verwendet. Mit Hilfe eines sogenannten Messprotokolls werden diese Sequenzen für eine gewünschte Untersuchung, zum Beispiel einen bestimmten Kontrast der berechneten Bilder, vorab parametrisiert. Das Messprotokoll kann auch weitere Steuerdaten für die Messung enthalten. Dabei gibt es eine Vielzahl von Magnetresonanz-Sequenztechniken, nach denen Pulssequenzen aufgebaut sein können. Eine der großen Herausforderungen an die zukünftige Entwicklung in der Magnetresonanzbildgebung (MR-Bildgebung) ist eine Beschleunigung von Magnetresonanz-Sequenztechniken ohne weitgehende Kompromisse bezüglich Auflösung, Kontrast und Artefaktanfälligkeit.
Die momentane klinische MR-Bildgebung beruht fast ausschließlich auf der sogenannten kartesischen (engl. „Cartesian“) Bildgebung, bei der die k-Raum-Punkte (d.h. die Abtastpunkte im k-Raum, an denen Rohdaten erfasst werden) auf den Gitterpunkten eines kartesischen Gitters bzw. Rasters liegen und zeilen- oder spaltenweise abgetastet werden. Dabei ist es mit sogenannten parallelen Bildgebungsmethoden PAT (PAT = Parallel Acquisition Technique) gelungen, die klinische MR-Bildgebung signifikant zu beschleunigen. Bei der parallelen MR-Bildgebung wird die Datenakquisition verkürzt, indem ein Teil der zur Rekonstruktion eines einfaltungsfreien Bildes eigentlich notwendigen Zeilen des Rasters im k-Raum nicht akquiriert werden. Diese fehlenden Zeilen werden später während der Bildrekonstruktion im k-Raum ergänzt (beispielsweise bei GRAPPA = Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition Imaging) oder es werden die aus der Unterabtastung resultierenden Einfaltungsartefakte im Bildraum entfernt (beispielsweise SENSE = Sensitivity Encoding). Eine Voraussetzung, um die parallelen Bildgebungsmethoden einsetzen zu können, ist der Empfang der Hochfrequenzsignale mit mehreren Empfangsspulen (Antennen), wobei die räumliche Empfindlichkeit der einzelnen Empfangsspulen bekannt sein muss. Die räumliche Empfindlichkeit der Empfangsspulen, im Folgenden auch Spulensensitivität genannt, wird mit Hilfe von sogenannten Spulenkalibrierungsmessdaten berechnet. Die Spulenkalibrierungsmessdaten müssen in der Regel hinreichend abgetastet sein. Da die Empfindlichkeiten in der Regel räumlich langsam variieren, genügt es normalerweise, wenn die Spulenkalibrierungsmessdaten räumlich niedrig aufgelöst sind. Im Allgemeinen müssen die Spulenkalibrierungsmessdaten für jeden Patienten neu gemessen werden.
Es gibt im Wesentlichen zwei klinisch angewandte PAT-Bildgebungsverfahren, das SENSE-Verfahren und das GRAPPA-Verfahren. Bei beiden Verfahren ist, wie bereits beschrieben, eine Voraussetzung für eine korrekte Bildrekonstruktion die Durchführung einer Kalibrierungsmessung. Bei der Kalibrierungsmessung erhält man einen zweiten Datensatz, den sogenannten „Spulenkalibrierungsdatensatz“. Dieser Spulenkalibrierungsdatensatz wird vollständig (also hinreichend nach Nyquist) abgetastet bzw. gemessen. Die dabei erhaltenen Emfpangssignale bzw. Magnetresonanzsignale S_l(t) werden durch Demodulation und Digitalisierung in Rohdaten gewandelt, die dazu genutzt werden, bei einer späteren Bildrekonstruktion die bei der eigentlichen Datenakquisition fehlenden Zeilen im k-Raum zu ersetzen.
Das Empfangssignal S_l(t) ergibt sich für die l-te Empfangsspule aus der folgenden Signalgleichung:
Dabei stellt s(r, t) die zeitabhängige Magnitude des MR-Signals von dem Ort r in dem Untersuchungsbereich dar. Ф(r, t) repräsentiert die zeitabhängige Phase des MR-Signals von dem Ort r. Diese Phase hängt von der Signalgeschichte, z.B. von den Phasenkodierschritten, und von der Signalfrequenz, welche zum Beispiel durch lokale Gradientenfelder beeinflusst wird, ab. C_l(r) beschreibt ein komplexes ortsabhängiges Sensitivitätenprofil der l-ten Empfangsantennenspule.
Bei dem SENSE-Verfahren werden aus den Kalibrierungsmessdaten S_l(t) direkt die Sensitivitäten C_l(r) der Empfangs-Antennenspulen mit dem Fachmann bekannten Verfahren berechnet. Dabei findet die Kalibration in der Bild-Domäne statt.
Mit Hilfe der berechneten Sensitivitäten C_l(r) werden die aus der Unterabtastung resultierenden Einfaltungsartefakte bei der Bildrekonstruktion im Bildraum entfernt.
Bei dem GRAPPA-Verfahren werden die Spulensensitivitäten C_l(r) der l-ten Spule nicht direkt berechnet, sondern nur implizit berücksichtigt. Aus den bei der Kalibrierungsmessung erfassten Kalibriermessdaten S_l(t) werden Interpolationsgewichte w_l(k_x, k_y) berechnet. Die Interpolationsgewichte w_l(k_x, k_y) hängen implizit von den Spulensensitivitäten C_l(r) ab. Die bei der unterabgetasteten Aufnahme fehlenden Zeilen im k-Raum werden später mit Hilfe der Interpolationsgewichte während der Bildrekonstruktion im k-Raum ergänzt.
Zur Bestimmung der Interpolationsgewichte w_l(k_x, k_y) wird ein Gleichungssystem auf Basis der bei der Kalibrationsmessung erhaltenen Daten aufgestellt. In der Regel werden so viele Abtastpunkte gemessen, dass das Gleichungssystem überbestimmt ist. Dieses Gleichungssystem wird dann im Sinne der kleinsten quadratischen Abweichung mit Standardmethoden gelöst.
Mit Hilfe der GRAPPA-Gewichte lassen sich die fehlenden Rohdaten im k-Raum rekonstruieren, bevor daraus mit der Transformation in den Bildraum die Bilddaten rekonstruiert werden.
Bei dem GRAPPA-Verfahren werden die Spulensensitivitäten also implizit berücksichtigt, indem bei der Bildaufnahme Hilfsdaten (supplementary data) um das k-Raumzentrum herum aufgenommen werden und diese Daten dafür verwendet werden, um einen einheitlichen Interpolationskern zu kalibrieren, mit dem die fehlenden Daten im k-Raum berechnet werden können.
Allerdings wird bei der herkömmlichen Anwendung der genannten PAT-Verfahren nur eine örtliche Abhängigkeit der Spulensensitivitäten C_l(r) berücksichtigt. Bisher wurde die zusätzliche Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitäten von der lokalen Frequenz ω(r) des MR-Signals dagegen nicht berücksichtigt. Die Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitäten ist in den 1 und 2 im Detail veranschaulicht.
PAT-Verfahren wie SENSE und GRAPPA haben Eingang in die klinische MR-Bildgebung gefunden und liefern Bilder mit guter Bildqualität für kartesische Trajektorien. Beide Verfahren funktionieren jedoch nicht robust für nicht-kartesische Trajektorien, wie zum Beispiel radiale oder spiralförmige Trajektorien. Bisher wurde vermutet, dass diese Probleme aufgrund von unbekannten Fehlern der Gradienten-Trajektorien auftreten. Es wurde versucht, die Gradienten-Trajektorien unter Verwendung von dynamischen Feldkameras zur Messung von Magnetfeldern vorab zu kalibrieren und Fehlerkorrekturen der Gradienten vorzunehmen. Allerdings wurde auch dadurch das Problem nicht zufriedenstellend gelöst.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem die beschriebenen Abbildungsfehler bei nicht-kartesischen Gradienten-Trajektorien vermieden oder zumindest gemildert werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1, durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 13 und durch eine Magnetresonanzanlage gemäß Patentanspruch 14 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung werden Magnetresonanz-Rohdaten aus einem Bereich eines Untersuchungsobjekts mittels einer Anzahl von Magnetresonanz-Empfangsantennen eines Magnetresonanzsystems erfasst. Dabei können für die Erfassung eine oder mehrere Magnetresonanz-Empfangsantennen verwendet werden. Es werden zusätzlich Kalibrierungs-Werte ermittelt, welche die Sensitivität zumindest einer der Magnetresonanz-Empfangsantennen repräsentieren. Als Kalibrierungswerte werden zum Beispiel bei der Kalibrierung ermittelte Größen wie die spulen- und ortsabhängige Sensitivität C_l(r, ω) oder die bei dem GRAPPA-Verfahren ermittelten GRAPPA-Gewichte w_l(k_x, k_y, ω) angesehen (ω repräsentiert hierbei die Frequenzabhängigkeit). Dabei kann der Kalibrierschritt in beliebiger Reihenfolge zu der Aufnahme der Rohdaten oder gleichzeitig damit durchgeführt werden. Schließlich wird eine Bildrekonstruktion auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte durchgeführt. Entscheidend ist, dass die Ermittlung der Kalibrierungs-Werte frequenzabhängig erfolgt. Anders ausgedrückt, wird bei der Ermittlung der Kalibrierungswerte die frequenzabhängige Sensitivität der Magnetresonanz-Empfangsantennen berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung der Frequenzabhängigkeit der Sensitivität der Magnetresonanz-Empfangsantennen werden bei der Verwendung von Empfangstrajektorien, die nicht kartesisch sind, Fehler bei der Bildrekonstruktion reduziert. Dies ist insbesondere bei dem Einsatz von mehreren Magnetresonanz-Empfangsantennen von großer Bedeutung, da sich die Fehler aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung der Magnetresonanz-Empfangsantennen besonders stark auswirken. Grundsätzlich lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren aber auch bei einzelnen Magnetresonanz-Empfangsantennen einsetzen, um Abbildungsfehler bei der Bildgebung mit nicht-kartesischen Empfangstrajektorien zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Magnetresonanzmessung weist eine Empfangseinheit auf, welche dazu eingerichtet ist, Magnetresonanz-Rohdaten aus einem Bereich eines Untersuchungsobjekts mittels einer Anzahl von Magnetresonanz-Empfangsantennen eines Magnetresonanzsystems zu erfassen. Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung eine Ermittlungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, Kalibrierungs-Werte, die die Sensitivität zumindest einer der Magnetresonanz-Empfangsantennen repräsentieren, frequenzabhängig zu ermitteln. Die Steuereinrichtung weist zudem eine Bildrekonstruktionseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte eine Bildrekonstruktion durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung.
Ein Großteil der zuvor genannten Komponenten der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung, insbesondere die Ermittlungseinheit und die Rekonstruktionseinheit können ganz oder teilweise in Form von Softwaremodulen realisiert werden. Dies ist insoweit vorteilhaft, da durch eine Softwareinstallation auch bereits vorhandene Hardwareeinrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachgerüstet werden können. Die Erfindung umfasst daher auch ein Computerprogramm, welches direkt in einen Prozessor einer programmierbaren Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der programmierbaren Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Als Steuerungseinrichtung kann auch ein Computerterminal betrachtet werden, mit dem ein Benutzer Eingaben zur Steuerung einer Magnetresonanzanlage tätigen kann.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Dabei kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung bzw. die erfindungsgemäße medizintechnische bildgebende Anlage auch analog zu den abhängigen Verfahrensansprüchen weitergebildet sein.
Die Frequenzabhängigkeit der Kalibrierungswerte kann dadurch berücksichtigt werden, dass frequenzabhängig mehrere Sätze von Kalibrierungs-Werten ermittelt werden, welche jeweils verschiedenen Frequenzkodierungsmustern zugeordnet sind, die bei der Erfassung der Rohdaten verwendet werden. Da die Spulensensitivitäten, d.h. die Sensitivitätswerte der Magnetresonanz-Empfangsantennen bei verschiedenen Frequenzkodierungsmustern verschiedene Werte annehmen können, wird für die unterschiedlichen Frequenzkodiermuster jeweils ein separater Satz von Kalibrierungswerten ermittelt. Bei der Bildrekonstruktion auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte werden für verschiedene Abschnitte der Empfangstrajektorie unterschiedliche Kalibrierungswerte verwendet. Da die Kalibrierung mit einer relativ niedrigen Auflösung durchgeführt werden kann, erhöht sich die Gesamtmesszeit durch das Messen zusätzlicher Kalibrierungsmessdaten nicht beträchtlich.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für das Durchführen der Bildrekonstruktion bei dem Ermitteln der Kalibrierungs-Werte mehrere Sätze von Kalibrierungsmessdaten für verschiedene Frequenzkodierungsmuster erfasst und es werden aus den erfassten Kalibrierungsmessdaten die Kalibrierungs-Werte ermittelt. Die Kalibrierungs-Werte können beispielsweise auf Basis der erfassten Kalibrierungsmessdaten, für bei der Erfassung der Rohdaten verwendete Frequenzkodiermuster berechnet werden. Durch die Erfassung von mehreren Sätzen von Kalibrierungsmessdaten am zu untersuchenden Objekt lassen sich die physikalischen Parameter, die die Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitätswerte beeinflussen, berücksichtigen. Die Kalibrierungsmessdaten können zum Beispiel frequenzabhängige Signaldaten bzw. Rohdaten im k-Raum sein.
Als Kalibrierungs-Werte werden bei dem SENSE-Verfahren Spulensensitivitätswerte im Bildraum ermittelt und bei dem GRAPPA-Verfahren Interpolationsgewichte im k-Raum ermittelt bzw. berechnet. Während mit den Spulensensitivitätswerten bei der Bildrekonstruktion eine Korrektur von Bilddaten im Bildraum erfolgt, werden die Interpolationsgewichte bereits bei der Rohdatenbearbeitung im k-Raum genutzt, um einen vollständigen Rohdatensatz zu erhalten. Vollständig soll in diesem Fall bedeuten, dass die Dichte der Rohdaten im k-Raum dem Nyquist-Abtasttheorem genügt.
Anstatt der Erfassung von Spulensensitivitätsdaten kann das Ermitteln von mehreren Sätzen von Kalibrierungswerten auch auf Basis einer Sende- und/oder Empfangsprofilmessung erfolgen, beispielsweise mit einem B1⁺-field mapping und/oder B1^–-field mapping. In diesem Fall basiert die Kalibrierung nicht auf Magnetresonanz-Signaldaten, sondern es werden für den zu untersuchenden Bereich eines Untersuchungsobjekts als Kalibrierungsmessdaten Werte des B1⁺-Magnetfeldes und/oder des B1^–-Magnetfeldes gemessen. Anschließend werden ortsabhängige Leitfähigkeitswerte, d.h. die elektrische Leitfähigkeit σ und die Permittivität ε auf Basis der erfassten Kalibrierungsmessdaten berechnet. Auf Basis der genannten ermittelten physikalischen Größen wird eine Kartierung der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Permittivität ε vorgenommen. Diese alternative Herangehensweise des Sammelns von Kalibrierungsmessdaten ist vorteilhaft bei MR-Bildgebungsverfahren mit sich kontinuierlich ändernden Frequenzkodiermustern. Diese treten zum Beispiel bei der MR-Bildaufnahme mit spiralförmigen Empfangs-Trajektorien oder anderen nichtlinearen Empfangs-Trajektorien auf. Auf Basis der ermittelten Kartierungen werden für einige Frequenzkodiermuster Kalibrierungswerte berechnet. Die für die Bildrekonstruktion benötigten Kalibrierungs-Werte werden durch Interpolieren zwischen den für die einzelnen Frequenzkodiermuster ermittelten Kalibrierungs-Werten berechnet.
In einer besonders praktikablen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Frequenzkodiermuster eine kartesische k-Raumtrajektorie verwendet, bei der benachbarte Zeilen im k-Raum in umgekehrter Richtung abgetastet werden und für beide Abtastrichtungen unterschiedliche Kalibrierungswerte ermittelt werden. In diesem Fall sind nur für zwei verschiedene Frequenzkodiermuster Kalibriermessdatensätze zu erfassen, was die Kalibrierung besonders einfach gestaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet auch Anwendung bei der MR-Bildgebung mit radialen Abtastmustern im k-Raum. Bei dieser Ausgestaltung umfasst eine Empfangstrajektorie bei dem Ermitteln der Kalibrierungsmessdaten mindestens zwei in einem Winkel zueinander orientierte Abtastrichtungen im k-Raum. Anders ausgedrückt, werden für die verschiedenen Sätze von Kalibrierungsmessdaten Frequenzkodierungsmuster verwendet, deren k-Raum-Trajektorien in einem Winkel zueinander orientiert sind.
Alternativ kann die Empfangstrajektorie bei dem Ermitteln der Kalibrierungsmessdaten auch drei um 45° zueinander orientierte Abtastrichtungen im k-Raum umfassen. Um die restlichen Spulenkalibrierungs-Werte ermitteln zu können, die von den abgetasteten Frequenzkodierungsmustern nicht erfasst sind, kann zusätzlich eine Interpolation zwischen den aus der Kalibrierungsmessung resultierenden Kalibrierungs-Werten durchgeführt werden. Auf diese Weise hält sich der Zeitaufwand für die Kalibrierungsmessungen in Grenzen, wobei aufgrund der üblicherweise nur relativ langsamen Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitätswerte die Genauigkeit der Interpolation hinreichend ist.
Bei der MR-Bildaufnahme mit radialen Empfangstrajektorien kann für das Ermitteln der Spulenkalibrierungs-Werte auch ein BLADE- oder PROPELLER-Verfahren verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für nichtlineare Gradientenprofile wie zum Beispiel Gz², Gxy, Gx²-x², bzw. O-Space, Patloc oder 4D-Rio eingesetzt werden. Bei diesen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es in der Regel sinnvoll, eine Kalibrierung auf Basis einer Sende- und/oder Empfangsprofilmessung, beispielsweise eines B1⁺-field mappings und/oder B1^–-field mappings, durchzuführen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
1 schematisch die Aufnahme von Rohdaten mit unterschiedlichen Frequenzkodiermustern,
2 schematisch die Aufnahme von Rohdaten mit einer radialen Gradienten-Trajektorie,
3 ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
4 eine Abbildung, welche das Abtasten mit einem ZIG-ZAG-EPI-Verfahren veranschaulicht,
5 eine Abbildung, welche das Abtasten mit einer radialen Gradienten-Trajektorie im Bildraum veranschaulicht,
6 eine zu der Abbildung in 5 korrespondierende Darstellung eines Frequenzkodierungsmusters im k-Raum für die Kalibrierung einer MR-Bildaufnahme mit einer radialen Gradienten-Trajektorie,
7 ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
8 ein Schaubild, welches das Abtasten mit einer spiralförmigen Gradienten-Trajektorie veranschaulicht,
9 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt in zwei Teilzeichnungen die Aufnahme von Rohdaten mit zwei unterschiedlichen Frequenzkodierungsmustern jeweils basierend auf kartesischen Trajektorien, denen aber Gradientenfelder mit umgekehrtem Vorzeichen zugrunde liegen. In der linken Teilzeichnung erhöht sich die Frequenz der MR-Signale bei der Erfassung der Rohdaten von links nach rechts, entsprechend ist die Frequenzkodierungsrichtung fed von links nach rechts gerichtet, und in der rechten Teilzeichnung erhöht sich die Frequenz umgekehrt von rechts nach links, so dass die Frequenzkodierungsrichtung rfed in dem rechten Bild von rechts nach links. Bei den in 1 verwendeten kartesischen Trajektorien erzeugen alle Bildvoxel in einer Spalte Signale mit derselben Frequenz. Die bei den beiden Teilzeichnungen verwendeten Frequenzkodierungsmuster mit umgekehrten Vorzeichen führen dazu, dass der Bereich um den Punkt r₁ und der Bereich um den Punkt r₂ in den beiden Teilzeichnungen mit unterschiedlichen Frequenzen aufgenommen wird und bei frequenzabhängiger Sensitivität C₃(r, ω) auch unterschiedlich starke Signale S₃(t) in den Spulen empfangen werden. Anders ausgedrückt ist die Abschwächung des Signals s(r, t) von einem Voxel i zu der Empfangsspule j von der Signalfrequenz und zusätzlich von der internen Verteilung elektrischer Parameter, wie zum Beispiel der elektrischen Leitfähigkeit und der Permittivität abhängig. Dabei sind die elektrische Leitfähigkeit und die Permittivität ortsabhängige und frequenzabhängige Größen, die zu einer frequenzabhängigen Abschwächung des Signals von einem Punkt r führen. Wird bei der Aufnahme der Rohdaten die Abhängigkeit der Sensitivität C₃(r,ω) von dem Frequenzkodierungsmuster nicht berücksichtigt, kommt es zu Fehlabbildungen, wenn sich das Frequenzkodierungsmuster von Auslesevorgang zu Auslesevorgang ändert.
Die Frequenzabhängigkeit der Sensitivität der Spulen hängt von der räumlichen Verteilung der Permittivität und der elektrischen Leitfähigkeit des zu untersuchenden Bereichs des Untersuchungsobjekts sowie der Bauart der Spulen selbst und der Position der Spulen relativ zum Untersuchungsobjekt ab.
In 2 ist die Aufnahme von Rohdaten mit einem Frequenzkodierungsmuster für eine radiale Empfangs-Trajektorie veranschaulicht. In der linken Teilzeichnung ist die Empfangs-Trajektorie im k-Raum gezeigt. In der rechten Teilzeichnung die bei der Aufnahme der Rohdaten ablaufenden Vorgänge im Ortsraum. Wird beispielsweise im k-Raum entlang einer Speiche mit dem Winkel k_θ abgetastet, erzeugen die Voxel, welche im Ortsraum auf einer mit dem Winkel θ zur x-Achse orientierten Projektionslinie liegen, ein Signal mit derselben Frequenz, das von der Spule C_j detektiert wird. Mit jedem Schritt, mit dem im k-Raum auf einer Speiche nach außen hin vorangeschritten wird, werden im Ortsraum Voxel auf einer in Frequenzkodierungsrichtung fed benachbarten Projektionslinie ausgelesen. Wenn im k-Raum auf eine Speiche mit einem um ∆k_θ anderen Winkel gewechselt wird, so dreht sich auch die Projektionsrichtung im Ortsraum um den Winkel θ, so dass sich auch das Frequenzkodierungsmuster entsprechend mitdreht. Je nach Frequenzkodierungsmuster, also je nach dem, auf welcher Speiche der Abtastvorgang im k-Raum gerade lokalisiert ist, verändert sich auch die Frequenz eines Signals, das im Ortraum von einem Voxel an der Stelle r_i ausgesandt wird. Die Abschwächung, mit der das Signal von der Position r_i in der rechten Teilzeichnung von 2 erfasst wird, hängt schließlich von der Verteilung der elektrischen Parameter, wie der elektrischen Leitfähigkeit und der Permittivität der im Untersuchungsbereich vorhandenen Materialien ab. Die genannten Größen zeigen, wie bereits erwähnt, auch eine Frequenzabhängigkeit, die sich auf die Abschwächung des an der Stelle r_i ausgesandten und von der Spule C_j empfangenen Signals auswirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung soll genau die veranschaulichte, von dem Frequenzkodiermuster abhängige Frequenzabhängigkeit bei dem Auslesen der Magnetresonanzsignale berücksichtigt werden.
Das Problem der Frequenzabhängigkeit der Signale macht sich aufgrund der Spulenkreuzkopplung besonders bei der parallelen Bildaufnahme mit mehreren Spulen (PAT) bemerkbar. Erfindungsgemäß wird nun angenommen, dass die ortsabhängigen Spulensensitivitäten auch eine Frequenzabhängigkeit haben, dass also die Spulensensitivitäten sowohl von der Position des Bereichs, von dem ein Signal ausgeht, das von den Spulen empfangen wird, als auch von der Frequenz des Signals abhängt, welche sich aus den der jeweiligen Position zugeordneten lokalen Werten des Auslesegradienten ergibt.
Um die Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitäten zu berücksichtigen, werden im Folgenden diese Frequenzabhängigkeit berücksichtigende Kalibrierungsverfahren beschrieben.
Dafür wird Gleichung (1) leicht modifiziert, um die Frequenzabhängigkeit der Sensitivität der Empfangsspulen zu berücksichtigen:
In der Gleichung (2) ist die Frequenz ω die Frequenz des MR-Signals an der Stelle r.
In 3 ist ein Verfahren 300 zur MR-Bildgebung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Bei dem Verfahren 300 wird bei dem Schritt 3.I die Frequenzabhängigkeit der Kalibrierungswerte C_l(r, ω) bzw. w_l(k, ω) derart berücksichtigt, dass bei der Kalibriermessung unterschiedliche Sätze von Kalibriermessdaten mit unterschiedlichen Frequenzkodiermustern aufgenommen werden. Aus unterschiedlichen Sätzen von Kalibriermessdaten wird bei dem Schritt 3.II für jedes Frequenzkodiermuster ein separater Satz von Kalibrierungswerten C_l(r, ω) bzw. w_l(k, ω) berechnet.
Die Berechnung der Kalibrierungswerte erfolgt auf Basis der in Gleichung (5) auftretenden Signalamplituden S_l(t).
Bei dem SENSE-Verfahren sind die berechneten Kalibrierungswerte die Spulensensitivitäten C_l(r, ω) aus der Gleichung (5).
Bei dem GRAPPA-Verfahren sind die Kalibrierungswerte Interpolationsgewichte w_l(k, ω) die analog zu den Gleichungen (2) bis (4) aus den bei den Kalibrierungsmessungen erhaltenen Kalibrierungsmessdaten berechnet werden.
Allerdings wird die Kalibrierung, wie bereits erwähnt, nun nicht nur für ein einziges Frequenzkodiermuster durchgeführt, sondern für mehrere unterschiedliche Frequenzkodiermuster, so dass jetzt auch für jedes einzelne Frequenzkodiermuster ein Satz von Kalibrierungsmessdaten gemessen wird, aus denen für jedes der unterschiedlichen Frequenzkodiermuster ein Satz von Interpolationsgewichten w_l(k, ω) berechnet wird.
Nach dem Kalibrieren erfolgt sowohl bei dem SENSE-Verfahren als auch bei dem GRAPPA-Verfahren bei dem Schritt 3.III eine parallele Bildrekonstruktion unter Berücksichtigung der Kalibrierwerte C_l bzw. w_l(k, ω). Bei dem SENSE-Verfahren werden die von den einzelnen Spulen l ermittelten Bilddaten unter Verwendung der Sensitivitätswerte C_l im Bildraum korrigiert bzw. aneinander angepasst.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die parallele Rekonstruktion bei dem GRAPPA-Verfahren durch Rekonstruktion der fehlenden Rohdaten im k-Raum.
In 4 ist ein Beispiel einer MR-Messung mit einer kartesischen ZIG-ZAG-Trajektorie veranschaulicht. Aufgrund der Abtastung des k-Raums in zwei entgegengesetzten Richtungen weisen Signale von einem bestimmten Punkt im Ortsraum je nach Abtastrichtung eine unterschiedliche Frequenz auf. Dieses Phänomen wurde bereits in den 1 und 2 veranschaulicht. In der linken Teilzeichnung ist eine für eine ZIG-ZAG-Trajektorie geeignete Pulssequenz aufgezeichnet. In dem Zeitintervall 1 findet eine Anregung einer Schicht z mit einer bestimmten mit einem von einer Sendeantenne ausgestrahlten RF-Puls mit dem Flip-Winkel α⁰ statt. Dazu wird ein Gradientenfeld in z-Richtung geschaltet. In dem Zeitintervall 2 findet eine Dephasierung von transversalen Magnetisierungen statt, welche durch in alle Richtungen geschaltete Gradientenfelder erreicht wird. In dem Zeitintervall 3 wird das Auslesen durchgeführt. Dabei wird in x-Richtung ein Frequenzkodierungs-Gradientenfeld angelegt, was in dem in der rechten Teilzeichnung gezeigten Schaubild einem Abfahren einer Zeile im k-Raum entspricht. Zwischen den Auslesevorgängen wird jeweils eine Phasenkodierung in y-Richtung durch Anlegen eines Phasenkodierungs-Gradientenfelds in y-Richtung erzeugt, was in dem in der rechten Teilzeichnung gezeigten Schaubild einem Vorrücken in die nächsthöhere Zeile der k-Raum-Trajektorie, also in y-Richtung entspricht. Gleichzeitig ändert der Gradient in x-Richtung sein Vorzeichen, d.h. das Frequenzkodierungsmuster invertiert sich. Um die Frequenzabhängigkeit der Spulensensitivitäten C_l(r, ω) zu berücksichtigen, werden bei dem der gezeigten Trajektorie zugeordneten Kalibrierverfahren Kalibiermessdaten S_l(t) mit zwei verschiedenen Frequenzkodiermustern entsprechend den beiden unterschiedlichen Richtungen der k-Raum-Trajektorie erfasst. Aus den erfassten Kalibriermessdaten werden den jeweiligen Frequenzkodiermustern zugeordnete Sätze von Kalibrierungswerten berechnet. Je nach Verfahrensart können das Spulensensitivitäten C_l(r, ω) oder Interpolationswerte w_l(k) sein. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Sätze von Kalibrierungswerten erfolgt schließlich die Bildrekonstruktion, wobei im Fall des SENSE-Verfahrens eine Korrektur bzw. Anpassung der ermittelten Bilddaten unter Verwendung der Sensitivitätswerte C_l im Bildraum durchgeführt wird. Im Fall des GRAPPA-Verfahrens werden die fehlenden Rohdaten mit Hilfe der berechneten Interpolationswerte w_l(k) im k-Raum substituiert. Auf Basis der ergänzten Rohdaten erfolgt anschließend die eigentliche Bildrekonstruktion im Bildraum.
In den 5 und 6 ist ein weiteres Beispiel einer PAT-Messung mit einer radialen Empfangs-Trajektorie veranschaulicht. In der 5 sind im Ortsraum bzw. Bildraum Projektionen Rf(θ, s) eines Objekts O mit der Funktion f(x, y) für verschiedene Winkel θ₁ und θ₂ eingezeichnet. Bei dem Auslesen mit einer radialen Empfangs-Trajektorie wird für jede Radiallinie im k-Raum im Ortsraum eine Projektion Rf(θ, s) mit einem separaten Frequenzkodiermuster durchgeführt. Die Radiallinien im k-Raum sind zueinander um einen Winkel ∆k_θ gedreht, während die den einzelnen Radiallinien entsprechenden Projektionen im Bildraum um einen Winkel ∆θ zueinander verdreht sind. Da nun aufgrund der Drehung der Projektionen um den Winkel ∆θ im Bildraum für jede Projektion andere Frequenzabhängigkeiten der Spulensensitivitäten auftreten, werden bei der Kalibrierung für mehrere Richtungen im k-Raum Kalibrierungsmessdaten aufgenommen.
Dies ist in der 6 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel werden Kalibriermessdaten bei Winkelinkrementen ∆k_θ = 45° im k-Raum aufgenommen. D.h. konkret werden 4 Sätze von Kalibriermessdaten für 4 verschiedene Frequenzkodiermuster aufgenommen. Daraus werden die gesuchten Sätze von Kalibrierwerten bzw. Spulensensitivitäten C_l(r, ω) berechnet. Einige der Linien der radialen Trajektorie im k-Raum liegen eventuell zwischen den bei der Kalibrierungsmessung berücksichtigten Linien im k-Raum. Die diesen Linien entsprechenden Frequenzkodiermuster können durch Interpolation der durch die Kalibrierung ermittelten Kalibrierwerte, d.h. zum Beispiel Spulensensitivitätswerte, berücksichtigt werden.
Bei der Kalibriermessung können bekannte Verfahren wie zum Beispiel BLADE oder PROPELLER eingesetzt werden. Dafür werden für jeden Projektionsrichtung bzw. ein Teil davon, zueinander parallele Linien in der entsprechenden Richtung der zugeordneten k-Raumspeiche um das k-Raum-Zentrum abgetastet. Die zu berechnenden Kalibrierwerte, d.h. Spulensensitivitäten oder Interpolationsgewichte, ergeben sich anschließend aus der Gleichung (2) oder einem entsprechenden Gleichungssystem bei dem GRAPPA-Verfahren.
In 7 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel mit einer spiralförmigen Empfangstrajektorie gezeigt. In diesem Fall ändert sich das Frequenzkodiermuster kontinuierlich. Wie in 7 zu sehen ist, ist der Gestalt der Gradienten in x- und y-Richtung sinusförmig mit zunehmender Amplitude. Bei diesem speziellen Frequenzkodiermuster wird eine alternative Vorgehensweise für das erfindungsgemäße Verfahren gewählt, welche in der 8 veranschaulicht ist.
Bei dem in 8 gezeigten Verfahren 800 wird eine Kalibrierung nicht durch Messen von Signalen in verschiedenen Projektionsrichtungen durchgeführt, sondern es wird bei dem Schritt 8.I eine Sendeprofilmessung des B1⁺-Feldes in dem abzubildenden Bereich des Untersuchungsobjekts durchgeführt. Alternativ oder zusätzlich könnte auch eine Empfangsprofilmessung, d.h. B1^—-Feld-Messung erfolgen. Auf Basis der dabei gewonnenen Magnetfeldwerte werden bei dem Schritt 8.II für den abzubildenden Bereich des Untersuchungsobjekts Werte für die physikalischen Größen elektrischer Leitwert und Permittivität berechnet. Aus den errechneten Werten der physikalischen Größen werden bei dem Schritt 8.III für einige wenige Frequenzkodiermuster Kalibrierungs-Werte, z.B. Spulensensitivitäten oder GRAPPA-Gewichte, berechnet. Die Bild-Rekonstruktion erfolgt anschließend bei dem Schritt 8.IV auf Basis von Kalibrierungs-Werten, die durch Interpolation zwischen den berechneten Kalibrierungs-Werten gewonnen werden, durchgeführt.
Eine ähnliche Vorgehensweise ist auch bei Kodierverfahren wie zum Beispiel O-Space, Patloc, 4D-Rio oder ähnlichen Verfahren möglich, bei denen nichtlineare Gradienten zur Signalkodierung verwendet werden.
In 9 ist abschließend grob schematisch ein erfindungsgemäßes Magnetresonanztomographiesystem 1 (im Folgenden auch kurz „MR-Anlage“ genannt) dargestellt, welches zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die MR-Anlage umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem Untersuchungsraum 3 bzw. Patiententunnel, in den auf einer Liege 8 ein Untersuchungsobjekt O, bzw. hier ein Patient oder Proband, in dessen Körper sich das Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein bestimmtes Organ, befindet, eingefahren werden kann.
Der Magnetresonanzscanner 2 ist in üblicher Weise mit einem Grundfeldmagnetsystem 4, einem Gradientensystem 6 sowie einem HF-Sendeantennensystem 5 und einem HF-Empfangsantennensystem 7 ausgestattet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem HF-Sendeantennensystem 5 um eine im Magnetresonanzscanner 2 fest eingebaute Ganzkörperspule, wogegen das HF-Empfangsantennensystem 7 am Patienten bzw. Probanden anzuordnende Lokalspulen mit Empfangsspulen C1, C2, C3 umfasst (in 9 ist dies durch drei Empfangsspulen C1, C2, C3 symbolisiert, in der Regel handelt es sich um mehrere Empfangsspulen). Die Empfangsspulen C1, C2, C3 sind meist in Einheiten mit einem gemeinsamen Gehäuse gruppiert, die oft als Lokalspulen bezeichnet werden. Grundsätzlich kann aber auch die Ganzkörperspule als HF-Empfangsantennensystem genutzt werden und die Lokalspulen als HF-Sendeantennensystem, sofern diese Spulen jeweils in unterschiedliche Betriebsweisen umschaltbar sind. Bei den effektivsten Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens stehen zur parallelen Messung mehrere Empfangsspulen zur Verfügung.
Das Grundfeldmagnetsystem 4 ist hier in üblicher Weise so ausgebildet, dass es ein Grundmagnetfeld in Längsrichtung des Patienten, d. h. entlang der in z-Richtung verlaufenden Längsachse des Magnetresonanzscanners 2, erzeugt. Das Gradientensystem 6 umfasst in üblicher Weise einzeln ansteuerbare Gradientenspulen, um unabhängig voneinander Gradienten in x-, y- oder z-Richtung schalten zu können.
Bei der in 8 dargestellten MR-Anlage 1 handelt es sich um eine Ganzkörperanlage mit einem Patiententunnel, in den ein Patient komplett eingebracht werden kann. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch an anderen MR-Anlagen, z. B. mit seitlich offenem, C-förmigen Gehäuse, insbesondere aber auch mit kleineren Magnetresonanzscannern, in welche beispielsweise nur ein Körperteil positioniert werden kann, verwendet werden.
Die MR-Anlage 1 weist weiterhin eine zentrale Steuereinrichtung 13 auf, die zur Steuerung der MR-Anlage 1 verwendet wird. Diese zentrale Steuereinrichtung 13 umfasst eine Sequenzsteuereinheit 14 zur Messsequenzsteuerung. Mit dieser wird die Abfolge von Hochfrequenz-Pulsen (HF-Pulsen) und von Gradientenpulsen in Abhängigkeit von einer gewählten Pulssequenz PS bzw. einer Abfolge von mehreren Pulssequenzen zur Aufnahme mehrerer Schichten oder Volumina in einem interessierenden Volumenbereich des Untersuchungsobjekts innerhalb einer Messsitzung gesteuert. Eine solche Pulssequenz PS kann beispielsweise innerhalb eines Mess- oder Steuerprotokolls PR vorgegeben und parametrisiert sein. Üblicherweise sind verschiedene Steuerprotokolle PR für unterschiedliche Messungen bzw. Messsitzungen in einem Speicher 19 hinterlegt und können von einem Bediener ausgewählt (und bei Bedarf gegebenenfalls geändert) und dann zur Durchführung der Messung genutzt werden. Im vorliegenden Fall wird eine Pulssequenz so gewählt, dass parallel mit mehreren Empfangsspulen Rohdaten in dem gewünschten Raster unterabgetastet akquiriert werden.
Vor der bildgebenden Messsequenz wird von der Sequenzsteuereinheit 14 eine Kalibriersequenz KS ausgegeben, mit der Kalibriermessdaten S_l(t) für verschiedene Frequenzkodiermuster aufgenommen werden.
Zur Ausgabe der einzelnen HF-Pulse einer Pulssequenz PS weist die zentrale Steuereinrichtung 13 eine Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 auf, die die HF-Pulse erzeugt, verstärkt und über eine geeignete Schnittstelle (nicht im Detail dargestellt) in das HF-Sendeantennensystem 5 einspeist. Zur Steuerung der Gradientenspulen des Gradientensystems 6, um entsprechend der vorgegebenen Pulssequenz die Gradientenpulse passend zu schalten, weist die Steuereinrichtung 13 eine Gradientensystemschnittstelle 16 auf. Die Sequenzsteuereinheit 14 kommuniziert in geeigneter Weise, z. B. durch Aussendung von Sequenzsteuerdaten SD, mit der Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 und der Gradientensystemschnittstelle 16 zur Ausführung der Pulssequenzen. Die Steuereinrichtung 13 weist außerdem eine (ebenfalls in geeigneter Weise mit der Sequenzsteuereinheit 14 kommunizierende) Hochfrequenzempfangseinrichtung 17 auf, um innerhalb der durch die Pulssequenz PS und die Kalibriersequenz KS vorgegebenen Auslesefenster koordiniert mittels des HF-Empfangsantennensystems 7 Magnetresonanz-Signale zu empfangen und so nach Demodulation und Digitalisierung die Rohdaten RD zu akquirieren.
Eine Rekonstruktionseinrichtung 20 übernimmt hier an einer Rohdatenschnittstelle 21 auch Empfangseinheit genannt, die akquirierten Rohdaten RD und rekonstruiert daraus Bilddaten BD für das gewünschte Gesichtsfeld. Auch diese Rekonstruktion erfolgt in der Regel auf Basis von Parametern, die in dem jeweiligen Messprotokoll vorgegeben sind.
Im vorliegenden Fall ist die Rekonstruktionseinrichtung 20 so ausgebildet, dass sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeiten kann.
Hierzu weist sie zusätzlich zu der Empfangseinheit 21 eine Ermittlungseinheit 22 auf. Die Ermittlungseinheit 22 dient der Berechnung von Kalibrierungs-Werten C_l(r, ω) bzw. w_l(k, ω). Die Rekonstruktionseinrichtung 20 weist zusätzlich eine Bildrekonstruktionseinheit 23 auf, von der auf Basis der erfassten Rohdaten RD sowie der ermittelten Kalibrierungs-Werte C_l(r, ω) bzw. w_l(k, ω) eine Bildrekonstruktion frequenzabhängig durchgeführt wird.
Die Bildrekonstruktionseinheit 23 korrigiert im Fall des SENSE-Verfahrens die aufgrund der Unterabtastung und der unterschiedlichen Sensitivitäten der Spulen resultierenden Einfaltungsartefakte im Bildraum. Im Fall des GRAPPA-Verfahrens vervollständigt die Bildrekonstruktionseinheit 23 die Rohdaten RD mit Hilfe der ermittelten Gewichte w_l(k, ω) und rekonstruiert auf die oben genannte Weise Bilddaten BD auf Basis der vervollständigten Rohdaten RD. Diese Bilddaten können dann beispielsweise in einem Speicher 19 hinterlegt, auf einem geeigneten Display angezeigt und/oder über ein Netzwerk versendet werden.
Eine Bedienung der zentralen Steuereinrichtung 13 kann über ein Terminal mit einer Eingabeeinheit 10 und einer Anzeigeeinheit 9 erfolgen, über das somit auch die gesamte MR-Anlage 1 durch eine Bedienperson bedient werden kann. Auf der Anzeigeeinheit 9 können auch MR-Bilder angezeigt werden, und mittels der Eingabeeinheit 10, gegebenenfalls in Kombination mit der Anzeigeeinheit 9, können Messungen geplant und gestartet und insbesondere Steuerprotokolle PR mit geeigneten Pulssequenzen KS, PS wie oben erläutert ausgewählt und gegebenenfalls modifiziert werden.
Die erfindungsgemäße MR-Anlage 1 und insbesondere die Steuereinrichtung 13 können darüber hinaus noch eine Vielzahl von weiteren, hier nicht im Einzelnen dargestellten, aber üblicherweise an solchen Anlagen vorhandenen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Netzwerkschnittstelle, um die gesamte Anlage mit einem Netzwerk zu verbinden und Rohdaten und/oder Bilddaten bzw. Parameterkarten, aber auch weitere Daten, wie beispielsweise patientenrelevante Daten oder Steuerprotokolle, austauschen zu können.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Vorrichtungen um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So könnte beispielsweise die Rekonstruktionseinrichtung 20 anstatt in der Steuereinrichtung 13 auch auf dem Terminal realisiert sein oder auf einem separaten Rechensystem, welches beispielsweise über das Netzwerk NW mit der Magnetresonanzanlage 1 verbunden ist. Auch können die Richtungen im Raum beliebig liegen, d. h. die x- und y-Richtung könnten beispielsweise vertauscht sein. Ebenso kann das Verfahren in analoger Weise auch im dreidimensionalen k-Raum bzw. Hybrid- und Bildraum angewendet werden. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren (300, 800) zur Magnetresonanz-Bildgebung mit folgenden Schritten: – Erfassen von Magnetresonanz-Rohdaten (RD) aus einem Bereich eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Anzahl von Magnetresonanz-Empfangsantennen (C1, C2, C3) eines Magnetresonanzsystems, – Ermitteln von Kalibrierungs-Werten (C_l(r, ω), w_l(k, ω)), welche die Sensitivität zumindest einer der Magnetresonanz-Empfangsantennen (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) repräsentieren, – Durchführen einer Bildrekonstruktion auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten (RD) und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)), wobei die Ermittlung der Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) frequenzabhängig erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mehrere Sätze von Kalibrierungs-Werten (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) ermittelt werden, welche jeweils verschiedenen Frequenzkodiermustern zugeordnet sind, die bei der Erfassung der Rohdaten (RD) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Ermitteln der Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) mehrere Sätze von Kalibrierungsmessdaten (S_l(t)) für verschiedene Frequenzkodiermuster erfasst werden und aus den erfassten Kalibrierungsmessdaten (S_l(t)) die Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ermittelten Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) Kalibrierungswerte (C_l(r, ω)) im Bildraum oder Interpolationsgewichte (w_l(k, ω)) im k-Raum umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ermitteln von mehreren Sätzen von Kalibrierungswerten (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) auf Basis einer Sende- und/oder Empfangsprofilmessung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Durchführens einer Bildrekonstruktion auf Basis von zwischen den ermittelten Kalibrierungs-Werten (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) interpolierten Werten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Frequenzkodiermuster eine kartesische k-Raumtrajektorie verwendet wird, bei der benachbarte Zeilen im k-Raum in umgekehrter Richtung abgetastet werden und für beide Abtastrichtungen unterschiedliche Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei als Frequenzkodiermuster ein radiales Abtastmuster im k-Raum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Empfangstrajektorie bei dem Ermitteln der Kalibrierungsmessdaten (S_l(t)) mindestens zwei in einem Winkel (k_θ) zueinander orientierte Abtastrichtungen im k-Raum umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Empfangstrajektorie bei dem Ermitteln der Kalibrierungsmessdaten (S_l(t)) vier um 45° zueinander orientierte Abtastrichtungen im k-Raum umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei für das Ermitteln der Kalibrierungsmessdaten (S_l(ω)) ein BLADE- oder PROPELLER-Verfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei zur Erzeugung des Frequenzkodiermusters ein nichtlineares Gradientenprofil (Gz², Gxy, Gx² – x²) verwendet wird.
Steuereinrichtung (13) für eine Magnetresonanzmessung, aufweisend – eine Empfangseinheit (21), welche dazu eingerichtet ist, Magnetresonanz-Rohdaten (RD) aus einem Bereich eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Anzahl von Magnetresonanz-Empfangsantennen (C1, C2, C3) eines Magnetresonanzsystems zu erfassen, – eine Ermittlungseinheit (22), welche dazu eingerichtet ist, Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)), welche die Sensitivität zumindest einer der Magnetresonanz-Empfangsantennen repräsentieren, frequenzabhängig zu ermitteln, – eine Bildrekonstruktionseinheit (23), die dazu eingerichtet ist, auf Basis der Magnetresonanz-Rohdaten (RD) und unter Berücksichtigung der ermittelten Kalibrierungs-Werte (C_l(r, ω), w_l(k, ω)) eine Bildrekonstruktion durchzuführen.
Magnetresonanzanlage (1) mit einer Steuereinrichtung (13) nach Anspruch 13.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.