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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, ein Computerprogramm, ein computerlesbares Speichermedium, sowie ein entsprechend ausgestaltetes Magnetresonanzgerät.
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Die Magnetresonanz-Bildgebung ist im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Dabei werden Hochfrequenz-Anregungen verwendet, um in einem Grundmagnetfeld (B0-Feld) Spins auszulenken, um hieraus resultierende Signale messen zu können. Das Hochfrequenzfeld der Hochfrequenzanregung wird dabei meist als B1-Feld bezeichnet.
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Probleme können bei Magnetresonanzuntersuchungen dann auftreten, wenn metallische Objekte vorliegen, beispielsweise metallische Implantate in Patienten. Trotz der verbundenen Komplikationen ist die Untersuchung von Patienten mit metallischen Implantaten zu einer wichtigen Anwendung geworden. Insbesondere die steigende Zahl von Patienten mit orthopädischen Implantaten, beispielsweise Verschraubungen, Fixationen, künstlichen Gelenken, etc., haben zur Entwicklung neuer Techniken geführt, die die erheblichen Bildstörungen durch die Metalle reduzieren sollen, da der hohe Weichteilkontrast der Magnetresonanz-Bildgebung anderen Untersuchungsmethoden überlegen ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass auch andere Bildgebungsarten, beispielsweise die Computertomographie, starke Metallartefakte zeigen.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist insbesondere bei postoperativen Komplikationen zweckmäßig, da Infektionen, Abstoßungsreaktionen und/oder Knochenbrüche deutlich besser diagnostiziert werden können.
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In der Magnetresonanz-Bildgebung werden beim Vorliegen metallischer Objekte im Zielbereich die Bildartefakte vorrangig durch die Verzerrung des statischen magnetischen Grundfeldes (B0-Feldes) verursacht, die wiederum auf den hohen Unterschied der magnetischen Suszeptibilität von Körpergewebe und Metall zurückzuführen ist. Weitere grundsätzlich bekannte Effekte sind die Störung der dynamischen Magnetfelder, sogenannter Bildgebungsgradienten, beispielsweise durch Wirbelströme, sowie, wie kürzlich erkannt wurde, Störungen des Hochfrequenzfeldes, beispielsweise durch induzierte Hochfrequenzströme im Metallobjekt und im umliegenden Gewebe.
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Bekannte Vorgehensweisen, die auf die Reduzierung bzw. Korrektur von Artefakten, insbesondere Bildverzerrungen und Kontraständerungen, aufgrund von Metallobjekten abzielen, wurden bislang hauptsächlich für die starken Störungen des statischen B0-Feldes nahe den metallischen Objekten durchgeführt. Hierfür ist es beispielsweise bekannt, als Magnetresonanzsequenz Turbo-Spin-Echo-Sequenzen (TSE-Sequenzen) mit hoher Bandbreite zu verwenden. Andere Ansätze arbeiten mit der sogenannten „view angle tilting“-Technik (Verzerrungskorrektur in Richtung des Auslesegradienten). Bekannt ist zudem die Verzerrungskorrektur in Richtung des Schichtselektionsgradienten, was unter den Stichworten SEMAC/MAVRIC bekannt ist, vgl. hierzu auch den Artikel von B. A. Hargreaves et al., „Metal-Induced Artifacts in MRI", AJR: 197, 2011, Seite 547–555.
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Besonders bei hohen Feldstärken ab 3T werden beispielsweise bei Hüftimplantaten Abschattungen oder Signalüberhöhungen in einer direkten Umgebung des sich im Femur befindlichen Implantats beobachtet. Diese Artefakte werden mitunter erst sichtbar, wenn Suszeptibilitätseffekte gering sind. Analoges kann auch bei weiteren stabförmigen Metallimplantaten wie Gammanägeln oder auch Interventionskathedern oder Führungsdrähten auftreten.
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Prinzipiell kommen derartige Abschattungen oder Signalüberhöhungen durch B1-Inhomogenitäten zustande. Ein äußeres appliziertes B1-Feld ist meist elliptisch oder zirkular polarisiert und erzeugt ein elektrisches Feld, das mit dem radialen Abstand zu einem Isozentrum in einer Körperspule zunimmt. Eine Längsachse der oben genannten metallischen Fremdkörper ist meist in eine z-Richtung ausgerichtet und diese werden meist vereinfacht als Metallstab beschrieben. Das elektrische Feld erzeugt einen Stromfluss im Metall, der ein sich dem äußeren B1-Feld überlagerndes Feld B1_ind erzeugt. Abhängig von einer Polarisation des äußeren Feldes und Lage des Stabes treten B1-Inhomogenitäten in unterschiedlicher Intensität auf. Diese können in Bildaufnahmetechniken, meist Spin-Echo basierte Sequenzen zur Unterdrückung von Suszeptibilitätsartefakten zu starken Signalschwankungen führen und somit Pathologien vortäuschen oder verdecken.
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Für jedes Objekt existiert eine Polarisation, bei der die B1-Inhomogenitäten in der Nähe des Stabes minimiert werden. Eine Abschattung ist allerdings selbst in diesem Fall noch zu erkennen. Diese Abschattung ist in der Regel auf ein lokales Gebiet beschränkt. Des Weiteren ist mit einer Verbesserung der Homogenität im Bereich des Stabes meist eine Verschlechterung der Homogenität im Gesamtobjekt verbunden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit zur Reduzierung von oben genannten Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts anzugeben.
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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 Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts bereitgestellt, das folgende Schritte umfasst:
- – Aufnahme eines ersten Magnetresonanzabbildes mittels einer ersten Polarisation eines Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen von Spulenelementen des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden,
- – Aufnahme zumindest eines weiteren Magnetresonanzabbildes mittels zumindest einer weiteren Polarisation des Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen der Spulenelemente des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden, wobei sich die zumindest eine weitere Polarisation von der ersten Polarisation unterscheidet und
- – Kombinieren von Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes.
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Unter einem Spulenelement ist dabei vorzugsweise ein Sendespulenelement zu verstehen.
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Dabei kann die Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes auch eine Rekonstruktion eines ersten Bildes umfassen und die Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes die Rekonstruktion zumindest eines weiteren Bildes.
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Eine erfindungsgemäße Kombination von Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes oder der entsprechend bereits rekonstruierten Bilder sorgt für eine Verminderung der oben beschriebenen Signalschwankungen. Mit der Polarisation der Akquisition ändert sich ebenso die B1-Verteilung im gesamten betrachteten Bereich, sodass aus der Information mehrerer Aufnahmen auch ein homogeneres Signal des kompletten Untersuchungsbereiches des Untersuchungsobjekts erzielt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kombination der Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes eine Verwendung zumindest einer Hochfrequenzmagnetfeldkarte. Eine Verwendung von Informationen der Hochfrequenzmagnetfeldkarte, häufig auch B1-Map bezeichnet, führt zu einer besonders vorteilhaften Artefaktreduktion. In Bereichen, in denen die B1-Map der Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes mittels der ersten Polarisation eine sehr starke Signalerhöhung oder Signalerniedrigung zeigt, werden Bilddaten der Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes mittels der zumindest einen weiteren Polarisation verwendet und umgekehrt. Die Bereiche ohne starke Signalerhöhungen ergänzen sich in der Regel.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform erfolgt die Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes und/oder die Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes unter Unterabtastung. Da die Aufnahme mehrerer Magnetresonanzabbilder in der Regel zeitaufwändiger ist, kann durch eine derartige Unterabtastung wieder Zeit gewonnen werden. Da sich die Aufnahmen des ersten Magnetresonanzabbildes und des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes nur in wenigen Bereichen aufgrund einer B1-Homogenität unterscheiden, sind durch eine derartige Informationsredundanz besonders effektive und zeitsparende Bildaufnahmen möglich.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform erfolgt die Kombination der Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes mittels einer iterativen Rekonstruktion. Die nach einer Unterabtastung erfolgenden iterativen Rekonstruktionstechniken werden auch als Compressed Sensing Techniken bezeichnet. Dadurch werden trotz Unterabtastung Bilder ohne Informationsverlust erhalten.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjekts ein Metallobjekt, da sich Abschattungen oder Signalüberhöhungen besonders in einer direkten Umgebung des Metallobjekts abzeichnen. Dadurch wird eine besonders genaue Aufnahme des Untersuchungsbereichs ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden die erste Polarisation oder eine weitere Polarisation, bzw. die jeweiligen Amplituden und/oder Phasen von Spulenelementen des Magnetresonanzgeräts durch eine Berechnung und/oder in Abhängigkeit von Messdaten und/oder im Rahmen eines Optimierungsvorgangs ermittelt. Besonders zweckmäßig können all diese Ansätze kombiniert werden, wenn Berechnungen, insbesondere Simulationen, in einem Modell für einen Optimierungsvorgang verwendet werden können, dessen Ergebnis durch Messungen verfeinert werden kann. So kann eine modellhafte Beschreibung angesetzt werden, wobei das Einwirken des Magnetresonanzgerätes, insbesondere der Hochfrequenzanregung, ein Teil des Modells sein sollte, so dass ein Modellparameter die Position des Metallobjekts innerhalb des Untersuchungsbereichs sein kann. Das Modell kann zudem auch Suszeptibilitätsunterschiede zwischen einem Metallobjekt und der Umgebung, beispielsweise von Gewebe, beschreiben.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Magnetresonanzgerät zur Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst das Magnetresonanzgerät eine Artefaktreduktionseinheit und eine Verarbeitungseinheit und ist zur Durchführung der folgenden Schritte ausgestaltet:
- – Aufnahme eines ersten Magnetresonanzabbildes mittels einer ersten Polarisation eines Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen von Spulenelementen des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden mittels der Verarbeitungseinheit,
- – Aufnahme zumindest eines weiteren Magnetresonanzabbildes mittels zumindest einer weiteren Polarisation des Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen der Spulenelemente des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden, wobei sich die zumindest eine weitere Polarisation von der ersten Polarisation unterscheidet mittels der Verarbeitungseinheit und
- – Kombinieren von Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes mittels der Artefaktreduktionseinheit.
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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:
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1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät,
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2 eine B1-Verteilung für zwei Aufnahmen mit unterschiedlichen Polarisationen und
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3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 101. Das Magnetresonanzgerät 101 umfasst eine Artefaktreduktionseinheit 102 und eine Verarbeitungseinheit 103 und ist zur Durchführung einer Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts 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 eine B1-Verteilung für zwei Aufnahmen eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts mit unterschiedlichen Polarisationen 201, 202.
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Zu erkennen ist jeweils ein Metallobjekt 203 mit einem Bereich 204, 205 starker Signalüberhöhung. Dieser Bereich 204, 205 der Signalüberhöhung liegt je nach verwendeter Polarisation 201, 202 an einer anderen Stelle.
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Durch eine erfindungsgemäße Kombination von Bildinformationen eines ersten Magnetresonanzabbildes mittels einer ersten Polarisation 201 eines Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen von Spulenelementen des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden und Bildinformationen zumindest eines weiteren Magnetresonanzabbildes mittels zumindest einer weiteren Polarisation 202 des Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen der Sendespulenelemente des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden, kann somit erreicht werden, dass die Artefakte einer derartigen Signalerhöhung minimiert werden. Dabei unterscheidet sich die zumindest eine weitere Polarisation 202 von der ersten Polarisation 201.
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3 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte 301 bis 309, wobei bei der Beschreibung der Verfahrensschritte 301 bis 309 auch Beschreibungsteile einschließlich der entsprechenden in Zusammenhang mit den in 1 und 2 eingeführten Bezugszeichen verwendet werden.
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Ein erster Verfahrensschritt 301 kennzeichnet den Start eines Verfahrens zur Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts. Der Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjekts umfasst zudem ein Metallobjekt 203.
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Im Verfahrensschritt 302 erfolgt eine Aufnahme eines ersten Magnetresonanzabbildes mittels einer ersten Polarisation 201 eines Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts 101, die durch Amplituden und/oder Phasen von Sendespulenelementen des Magnetresonanzgeräts 101 beschrieben werden.
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Verfahrensschritt 303 kennzeichnet eine Aufnahme zumindest eines weiteren Magnetresonanzabbildes mittels zumindest einer weiteren Polarisation 202 des Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts 101, die durch Amplituden und/oder Phasen der Sendespulenelemente des Magnetresonanzgeräts 101 beschrieben werden, wobei sich die zumindest eine weitere Polarisation 202 von der ersten Polarisation 201 unterscheidet.
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Im Verfahrensschritt 304 erfolgt die Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes und/oder die Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes unter Unterabtastung. Da sich die Aufnahmen des ersten Magnetresonanzabbildes und des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes nur in wenigen Bereichen aufgrund einer B1-Homogenität unterscheiden, sind durch eine derartige Informationsredundanz besonders effektive und zeitsparemde Bildaufnahmen möglich.
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Während eines Verfahrensschrittes 305 werden die erste Polarisation 201 oder eine weitere Polarisation 202 durch eine Berechnung und/oder in Abhängigkeit von Messdaten und/oder im Rahmen eines Optimierungsvorgangs ermittelt. Besonders zweckmäßig können all diese Ansätze kombiniert werden, wenn Berechnungen, insbesondere Simulationen, in einem Modell für einen Optimierungsvorgang verwendet werden können, dessen Ergebnis durch Messungen verfeinert werden kann. So kann eine modellhafte Beschreibung angesetzt werden, wobei das Einwirken des Magnetresonanzgerätes, insbesondere der Hochfrequenzanregung, ein Teil des Modells sein sollte, so dass ein Modellparameter die Position des Metallobjekts 203 innerhalb des Untersuchungsbereichs sein kann. Das Modell kann zudem auch Suszeptibilitätsunterschiede zwischen einem Metallobjekt 203 und der Umgebung, beispielsweise von Gewebe, beschreiben.
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Im Verfahrensschritt 306 erfolgt ein Kombinieren von Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes zur Reduzierung der Artefakte.
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Verfahrensschritt 307 kennzeichnet die Kombination der Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes bei einer Verwendung zumindest einer Hochfrequenzmagnetfeldkarte. Eine Verwendung von Informationen der Hochfrequenzmagnetfeldkarte führt zu einer besonders vorteilhaften Artefaktreduktion. In Bereichen, in denen die Hochfrequenzmagnetfeldkarte der Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes mittels der ersten Polarisation eine sehr starke Signalerhöhung oder Signalerniedrigung zeigt, werden Bilddaten der Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes mittels der zumindest einen weiteren Polarisation verwendet und umgekehrt. Die Bereiche ohne starke Signalerhöhungen ergänzen sich in der Regel.
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Während eines Verfahrensschrittes 308 erfolgt die Kombination der Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes mittels einer iterativen Rekonstruktion. Dadurch werden trotz Unterabtastung Bilder ohne Informationsverlust erhalten.
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Ein letzter Verfahrensschritt 309 kennzeichnet das Ende des Verfahrens zur Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts.
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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 Reduzierung von Artefakten bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsbereiches eines Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, umfassend folgende Schritte:
- – Aufnahme eines ersten Magnetresonanzabbildes mittels einer ersten Polarisation eines Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen von Spulenelementen des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden,
- – Aufnahme zumindest eines weiteren Magnetresonanzabbildes mittels zumindest einer weiteren Polarisation des Hochfrequenzfeldes des Magnetresonanzgeräts, die durch Amplituden und/oder Phasen der Spulenelemente des Magnetresonanzgeräts beschrieben werden, wobei sich die zumindest eine weitere Polarisation von der ersten Polarisation unterscheidet und
- – Kombinieren von Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform umfasst die Kombination der Bildinformationen des ersten und zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes eine Verwendung zumindest einer Hochfrequenzmagnetfeldkarte und die Aufnahme des ersten Magnetresonanzabbildes und/oder die Aufnahme des zumindest einen weiteren Magnetresonanzabbildes erfolgt unter Unterabtastung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- B. A. Hargreaves et al., „Metal-Induced Artifacts in MRI“, AJR: 197, 2011, Seite 547–555 [0006]
