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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, das die Ausführung eines derartigen Verfahrens ermöglicht, einen elektronisch lesbaren Datenträger sowie ein Magnetresonanzgerät hierfür.
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Die Magnetresonanztomographie (MRT) ist ein bildgebendes Verfahren, das die hochauflösende Erzeugung von Schnittbildern von lebenden Organismen, wie dem Menschen, ermöglicht. Der Patient wird in einem homogenen Magnetfeld B0 gelagert. Mit Gradientenspulen wird das äußere Magnetfeld im FOV (field of view) so modifiziert, dass zum einen eine Körperschicht selektiert wird und zum anderen eine Ortskodierung der erzeugten Magnetresonanz(MR)-Signale erfolgt. Bei der nachfolgenden Rekonstruktion der MR-Signale beispielsweise durch Fouriertransformation entsteht ein Bild der selektierten Schicht, das für die medizinische Diagnostik verwendet wird. Erzeugung und Detektion der MR-Signale geschehen mit einem Hochfre- quenzsystem, das eine Sendeantenne, die Hochfrequenz(HF)-Anregungs-
pulse in den Patienten einstrahlt, und eine Empfangsantenne umfasst, die die emittierten HF-Resonanzsignale detektiert und zur Bildrekonstruktion weiterleitet. Durch die Wahl einer geeigneten Pulssequenz, wie einer Spinechosequenz oder einer Gradientenechosequenz, und der dazu gehörenden Sequenzparameter kann der Kontrast der MR-Bilder je nach diagnostischer Aufgabenstellung vielfältig variiert werden. Die MRT bildet Körperstrukturen ab und stellt dementsprechend ein strukturelles Bildgebungsverfahren dar.
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Bewegungen während einer MR-Aufnahme, wie z.B. Atembewegungen eines Patienten, der mittels MR untersucht werden soll, können in der Magnetresonanzbildgebung vor allem bei einer Untersuchung der Organe des Thorax und des Abdomen, insbesondere von durch die Atembewegung des Patienten beeinflussten Untersuchungsbereichen, zu Artefakten, wie beispielsweise sogenannten Geistern (oder ghosting), zu Unschärfe (oder blurring) und/oder zu Intensitätsverlust in den erzeugten Bildern sowie zu Registrierungsfehlern zwischen erzeugten Bildern führen. Diese Artefakte können eine Befundung auf Basis dieser Bilder z.B. durch einen Arzt erschweren und können dazu führen, dass z.B. Läsionen übersehen werden.
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In der
DE 10 2012 213 551 A1 wird ein Verfahren zur bewegungsgemittelten Schwächungskorrektur von PET-Daten und eine Magnetresonanzanlage offenbart, bei welchem mehrere MRT-Daten jeweils bei unterschiedlichen Phasen eines Atemzyklus` aufgenommen werden und für jede der mehreren MRT-Daten ein Wert eines Schwächungsparameters ermittelt wird, welcher wiederum dann für eine Schwächungskorrektur von PET-Daten genutzt wird.
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Eine Bewegungskorrektur von PET-Daten wird beispielsweise in dem Artikel von King et al., „Thoracic respiratory motion e-stimation from MRI using a statistical model and a 2-D image navigator“, Medical Image Analysis, Vol. 16, 2011, S. 252-264 offenbart, bei welcher eine Atembewegung aus Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines statistischen Modells und eines zweidimensionalen Bildnavigators abgeschätzt wird.
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Zahlreiche Techniken existieren im Stand der Technik, um Artefakte in Folge von beispielsweise einer Atembewegung zu reduzieren. Eine dieser Techniken ist eine Auslösung eines Triggersignals zum Erfassen von Magnetresonanzbilddaten in Abhängigkeit einer Atembewegung oder allgemein das sogenannte Atemgating. Atemgating ist eine Technik, bei der während der MR-Messung die Atmung des Patienten erfasst und den akquirierten Messdaten zugeordnet wird. Beim Atemgating werden die Messdaten nur dann zur Rekonstruktion herangezogen, wenn die erfasste Atembewegung bestimmte vorgebbare Kriterien erfüllt.
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Die Atmung des Patienten kann hierbei mit externen Sensoren, z.B. einem pneumatischen Kissen, oder mit MR-Signalen, sogenannten Navigatoren, detektiert werden. Ein Navigator ist in der Regel eine kurze Sequenz, die MR-Signale z.B. vom Diaphragma oder einer anderen Signalquelle in dem Untersuchungsobjekt, dessen Bewegung mit der Atmung des Patienten korreliert ist, akquiriert. Über die Position des Diaphragma oder der anderen Signalquelle kann die Atembewegung nachvollzogen werden.
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Beim Atemgating mit Navigatoren wird die Navigatorsequenz beispielsweise mit der bildgebenden Sequenz verschachtelt und eine mit einem Navigator gemessene Diaphragmaposition wird anschließend den unmittelbar danach oder davor akquirierten bildgebenden Daten zugeordnet.
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Man unterscheidet zwischen retrospektivem und prospektivem Atemgating.
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Beim retrospektiven Atemgating wird die Atembewegung während der MR-Messung erfasst und aufgezeichnet, aber nicht ausgewertet. Vielmehr wird der zu erfassende k-Raum mehrmals gemessen. Zur Rekonstruktion wird nur ein Teil der gemessenen Daten herangezogen, bevorzugt solche, bei denen das Atemsignal in einem bestimmten Fenster um eine ausgezeichnete Atemposition liegt. Wurde ein bestimmter, zur Bildrekonstruktion notwendiger k-Raum-Datenpunkt mehrmals innerhalb des ausgezeichneten Fensters gemessen, können die Daten gemittelt werden. Wurde ein Datenpunkten dagegen immer außerhalb des Fensters gemessen, so kann derjenige Datenpunkt zur Rekonstruktion verwendet werden, dessen Abweichung von der ausgezeichneten Position am geringsten ist.
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Beim prospektiven Atemgating wird das mit Hilfe eines Atemsensors gemessene, physiologische Atemsignal (z.B. die mit einer Navigatorsequenz gemessene Diaphragmaposition) während der Messung ausgewertet und die MR-Messung basierend auf dem erfassten physiologischen Signal gesteuert. In der einfachsten Ausführungsform, dem sogenannten Acceptance/Rejection-Algorithmus (ARA), wird die Messung eines bildgebenden Datenpaketes (und gegebenenfalls die zugeordnete Navigatorsequenz) solange wiederholt, bis das physiologische Signal in ein zuvor definiertes Akzeptanzfenster fällt. Ein Beispiel eines prospektiven Verfahrens ist in der
DE 10 2012 206 555 A1 offenbart, in der ein Verfahren zur Akquisition eines Messdatensatzes eines atmenden Untersuchungsobjekts mittels Magnetresonanztechnik beschrieben wird, bei dem die Atemphase mittels einer Zustandsmaschine bestimmt wird, die eine aktuelle gemessene Atemposition und mindestens eine zuvor gemessene Atemposition verarbeitet und der aktuellen Atemposition eine aktuelle Atemphase zuweist.
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Eine weitere Möglichkeit zur Artefaktreduktion besteht in einer bewegungskompensierten Rekonstruktion. Dabei werden die Bilddaten nach einer Detektion eines Atemvorgangs in Zustände verschiedener Atemstadien segmentiert. Nach einer Rekonstruktion der Bilder zu den entsprechenden Atemstadien wird mittels einer Registrierung ein Bewegungsmodell geschätzt mithilfe dessen wiederum ein bewegungsfreies Bildvolumen rekonstruiert wird.
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Die verschiedenen Methoden weisen auch verschiedene Signal-Rausch-Verhältnisse auf. A priori ist es nicht klar, welche Methode die besten Ergebnisse liefert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, das die Bestimmung einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch ein Magnetresonanzgerät nach Anspruch 7, ein Computerprogramm nach Anspruch 8, sowie durch ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Dabei wird ein Verfahren zur Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- - Bestimmen mindestens einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst
- - Vergleichen der mindestens einen ersten Kenngröße mit mindestens einer zweiten Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank und
- - Bestimmen einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung nach Maßgabe des durchgeführten Vergleichs.
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Dabei ist unter einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst beispielsweise ein statistischer Wert und/oder ein Merkmal zu verstehen, das Informationen über einen zugrundeliegenden Atemprozess des Untersuchungsobjekts erhält.
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Eine zweite Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank umfasst ebenfalls beispielsweise einen statistischen Wert und/oder ein Merkmal, mit dem die erste Kenngröße verglichen werden kann.
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Durch einen Vergleich dieser beiden Kenngrößen ist es nun möglich, eine Vorhersage über eine Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung zu treffen, die ein optimiertes Signal-Rausch-Verhältnis und somit eine optimierte Bildqualität liefert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden die mindestens eine erste Kenngröße und/oder die mindestens eine zweite Kenngröße aus einem Histogramm respiratorischer Phasen abgeleitet. Durch eine derartige zielgerichtete Merkmalsgewinnung kann auf einfache Art und Weise zwischen verschiedenen Arten der Atmung unterschieden werden, sodass ein Rückschluss auf eine bevorzugte Art der Rekonstruktion von Bilddaten möglich ist.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform umfassen die mindestens eine erste Kenngröße und/oder die mindestens eine zweite Kenngröße mindestens einen Regressionskoeffizienten. Dadurch kann der Einfluss mehrere Systemgrößen berücksichtigt werden und es ist ebenfalls möglich zwischen verschiedenen Arten der Atmung zu unterscheiden und einen Rückschluss auf eine bevorzugte Art der Rekonstruktion von Bilddaten zu gewinnen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung ein Atemgating. Da diese Art der Bildrekonstruktion nur einen Teil der aufgenommenen Bilddaten verwendet, ist sie an Geschwindigkeit anderen Methoden überlegenen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst die Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung eine bewegungskompensierte Rekonstruktion. Da diese Art der Bildrekonstruktion meist alle aufgenommenen Bilddaten verwendet, ist sie an Genauigkeit anderen Methoden überlegenen.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform umfasst die vorgehaltene Datenbank ein selbstlernendes System. Dadurch kann eine Genauigkeit der Bestimmung der Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung nach Maßgabe des durchgeführten Vergleichs erhöht werden, die mit einer Anzahl zur Verfügung stehender Lerndatensätze steigt.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Magnetresonanzgerät zur Bestimmung einer Art einer Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt.
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Dabei umfasst das Magnetresonanzgerät eine Rekonstruktionseinheit und eine Verarbeitungseinheit und ist zur Durchführung folgender Schritte ausgestaltet:
- - Bestimmen mindestens einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst mittels der Verarbeitungseinheit
- - Vergleichen der mindestens einen ersten Kenngröße mit mindestens einer zweiten Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank mittels der Verarbeitungseinheit und
- - Bestimmen einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung nach Maßgabe des durchgeführten Vergleichs mittels der Verarbeitungseinheit.
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Die eigentliche Bildrekonstruktion erfolgt mittels der Rekonstruktionseinheit.
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Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches in einer Speichereinheit einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar ist. Mit diesem Computerprogramm können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm in der Steuerung oder Steuereinrichtung des Magnetresonanzgeräts läuft. Dabei benötigt das Computerprogramm eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogramm gerichteten Anspruch eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode, der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisch lesbares Speichermedium, z.B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Speichermedium gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
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Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, des erfindungsgemäßen Computerprogramms und des erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Speichermediums entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf ein Magnetresonanzgerät gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät und
- 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 101. Das Magnetresonanzgerät 101 umfasst eine Rekonstruktionseinheit 102 und eine Verarbeitungseinheit 103 und ist zur Durchführung einer Bestimmung einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung ausgestaltet.
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Das Magnetresonanzgerät 101 ist hier als reines Magnetresonanzgerät 101 ausgeführt. Alternativ kann das Magnetresonanzgerät 101 auch ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät umfassen.
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2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte 201 bis 210, wobei bei der Beschreibung der Verfahrensschritte 201 bis 210 auch Beschreibungsteile einschließlich der entsprechenden in Zusammenhang mit in 1 eingeführten Bezugszeichen verwendet werden.
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Ein erster Verfahrensschritt 201 kennzeichnet den Start eines Verfahrens zur Bestimmung einer Art einer Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts 101.
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Im Verfahrensschritt 202 erfolgt eine Bestimmung mindestens einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst mittels der Verarbeitungseinheit 103. Dabei ist unter einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst beispielsweise ein statistischer Wert und/oder ein Merkmal zu verstehen, das Informationen über einen zugrundeliegenden Atemprozess des Untersuchungsobjekts erhält.
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Verfahrensschritt 203 umfasst einen Vergleich der mindestens einen ersten Kenngröße mit mindestens einer zweiten Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank mittels der Verarbeitungseinheit 103. Die zweite Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank umfasst ebenfalls beispielsweise einen statistischen Wert und/oder ein Merkmal, mit dem die erste Kenngröße verglichen werden kann. Durch einen Vergleich dieser beiden Kenngrößen ist es möglich, eine Vorhersage über eine Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung zu treffen, die ein optimiertes Signal-Rausch-Verhältnis und somit eine optimierte Bildqualität liefert.
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Während eines optionalen Verfahrensschritts 204 werden die mindestens eine erste Kenngröße und/oder die mindestens eine zweite Kenngröße aus einem Histogramm respiratorischer Phasen mittels der Verarbeitungseinheit 103 abgeleitet.
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In einem Verfahrensschritt 205, einem optionaler Verfahrensschritt, umfasst die mindestens eine erste Kenngröße und/oder die mindestens eine zweite Kenngröße mindestens einen Regressionskoeffizienten.
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Bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Verfahrensschritte 203 und 204 alternativ verwendet oder auch miteinander kombiniert werden.
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In Verfahrensschritt 206 umfasst die vorgehaltene Datenbank ein selbstlernendes System.
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Während eines Verfahrensschritts 207 erfolgt eine Bestimmung einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung nach Maßgabe des durchgeführten Vergleichs mittels der Verarbeitungseinheit 103.
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In Verfahrensschritt 208, einem optionalen Verfahrensschritt, umfasst die Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung ein Atemgating.
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In Verfahrensschritt 209, einem ebenfalls optionalen Verfahrensschritt, umfasst die Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung eine bewegungskompensierte Rekonstruktion.
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Ein letzter Verfahrensschritt 210 kennzeichnet das Ende des Verfahrens zur Bestimmung einer Art einer Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts 101.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Art einer Rekonstruktion von Bilddaten einer Magnetresonanzmessung eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, umfassend folgende Schritte:
- - Bestimmen mindestens einer ersten Kenngröße, die Informationen über einen Atemprozess des Untersuchungsobjekts umfasst
- - Vergleichen der mindestens einen ersten Kenngröße mit mindestens einer zweiten Kenngröße aus einer vorgehaltenen Datenbank und
- - Bestimmen einer Art der Rekonstruktion von Bilddaten der Magnetresonanzmessung nach Maßgabe des durchgeführten Vergleichs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mindestens eine erste Kenngröße und/oder die mindestens eine zweite Kenngröße aus einem Histogramm respiratorischer Phasen abgeleitet und die vorgehaltene Datenbank umfasst ein selbstlernendes System.
