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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem mittels einer Magnetresonanzvorrichtung eine Sende-B1-Feldkarte für einen Bereich bestimmt wird. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar in der medizinischen Diagnostik, z.B. für Magnetresonanz-Untersuchungen im medizinischen Bereich, insbesondere für Messungen an einem Kopf.
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Bei der Durchführung von Magnetresonanz („MR“)-Untersuchungen an einem Menschen verursachen dielektrische Resonanzen eine erhebliche räumliche Inhomogenität des Sende („TX“)- und des Empfangs („RX“)-B1-Felds, vor allem bei Feldstärken von mehr als zwei Tesla. Als Ergebnis sind die erzeugten Bilder nicht homogen, sondern zeigen Signalunterschiede auch bei faktisch identischem Gewebe. Dies ist ein unerwünschter Effekt, da eine Diagnose oft auf dem Vergleich von räumlich getrennten, aber identischen Geweben beruht, z.B. zwischen einer linken und einer rechten Kopfhälfte.
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Zur Kompensation der räumlichen Inhomogenität des Sende(TX)-B1-Felds kann die Polarisation des B1-Felds moduliert werden. So mag es die Möglichkeit geben, die Polarisation unter Verwendung von zwei getrennten Übertragungskanälen zu beeinflussen. Jedoch reduziert die Verwendung von zwei Kanälen das Problem der durch die dielektrischen Resonanzen erzeugten ortsabhängigen Kontraständerungen unter Umständen nicht ausreichend; eine höhere Zahl von Kanälen ist jedoch aufwendig und technisch nur schwierig umzusetzen.
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Eine Alternative ist es, B1-unempfindliche Hochfrequenz(„HF“)-Impulse zu verwenden, wodurch aber mehr Zeit für eine Durchführung einer Messung benötigt wird. Zudem neigt diese Methode dazu, mehr Energie in den Patienten einzubringen, weshalb sie in der Regel nur für spezielle Zwecke verwendbar ist.
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Wären die Gewebeeigenschaften für jeden Bildpunkt oder Pixel eines aufgenommenen Bild bekannt, könnte das MR-Signalverhalten für jeden Bildpunkt als eine Funktion des zugehörigen B1-Werts simuliert werden und eine Signalintensität eines Pixels auf einen korrigierten Wert interpoliert werden, und zwar mittels einer Bloch-Simulation unter Verwendung des gemessenen B1-Werts und des verwendeten Sequenz-Typs. Da aber das Signalverhalten gewebeabhängig ist, ist diese Vorgehensweise für menschliche Organe nicht praktikabel.
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Zur Kompensation der räumlichen Inhomogenität des Empfangs-B1-Felds gibt es keine physikalisch umsetzbare Lösung, da das Empfangs-Bl-Feld nicht unabhängig von einer Spindichte gemessen werden kann. Allerdings gibt es Veröffentlichungen, die eine spiegelbildliche Beziehung zwischen dem Sende-Bl-Feld und dem Empfangs-B1-Feld aufzeigen. Dies wird z.B. von S.-K. Lee, W.T. Dixon in der Druckschrift: „In-vivo RF Receiver Sensitivity Measurement Using Phase-Based B1+ Mapping on a Reverse-Oriented Subject“; Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 19 (2011), p. 4429, durch spiegelbildliche Positionierung des zu messenden Objekts genutzt.
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Ferner mag eine Bildfilterung verwendet werden, um die Bilder homogener aussehen zu lassen, beispielsweise durch eine Hochpassfilterung der erzeugten Bilder. Allerdings mag diese Filterung auch pathologisch bedingte Signalunterschiede herausfiltern, so dass dies in der Regel keine sinnvolle Maßnahme darstellt. Beispielsweise in
US 20140035575 A1 wird eine Bildfilterung unterschiedlicher Gewebebereiche offenbart, welche theoretisch die gleiche Signalintensität aufweisen sollten.
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Es sind auch Ansätze (z.B. aus Wang et al: Magnetic Resonance in Medicine 53 (2005), pp. 408-417) bekannt, um eine Sequenz zu parametrisieren, so dass es nur geringe Kontrastunterschiede zwischen Geweben gibt, und diese Sequenz dann für eine Korrektur zu nutzen.
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Bei einigen Anwendungen wird eine Kombination von Multi-Kontrastmessungen verwendet, um den Einfluss der Sende- und Empfangs-B1-Effekte zu trennen (siehe z.B. Marques JP, Kober T, Krueger G, van der Zwaag W, Van de Moortele PF, Gruetter R, „MP2RAGE: A self bias-field corrected sequence for improved segmentation and T1-mapping at high field“, Neuroimage 49, Vol.2 (2010), pp. 1271 - 1281). Jedoch ist dies nur mit Hilfe einer speziellen Anregungssequenz möglich, wodurch eine lange Scanzeit und im Wesentlichen nur ein Kontrasttyp bewirkt werden.
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EP 1 211 518 A1 offenbart ein MR-Bildgebungsverfahren, bei dem die Akquisition der MR-Daten gemäß der SENSE-Methode mit einer Mehrzahl von Empfangsspulen durchgeführt wird. Die unterschiedlichen räumlichen Empfindlichkeitsprofile der Empfangsspulen werden bei der Bildrekonstruktion ausgenutzt. Stimmen die bei der Bildrekonstruktion verwendeten Empfindlichkeitsdaten nicht mit der bei der Bildakquisition bestehenden räumlichen Lage der Empfangsspulen überein, so führt dies zu unerwünschten Bildartefakten. Diese Bildartefakte werden dadurch beseitigt, dass die räumlichen Empfindlichkeitsprofile bei der Bildrekonstruktion automatisch angepasst werden.
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Die Druckschrift US 2013 / 0 251 227 A1 betrifft Verfahren zur Bestimmung von Empfindlichkeits-Karten für Empfangsspulen von Magnetresonanztomographen. Zur Bestimmung der Empfindlichkeits-Karten werden mehrere Signal-Intensitäts-Aufnahmen mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern erfasst, mittels derer die Sende-Feldstärke und die Empfangsempfindlichkeit der Empfangsspule geschätzt werden.
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Auch die Druckschrift US 2012 / 0 032 677 A1 befasst sich mit Magnetresonanzaufnahmen und insbesondere mit der Korrektur inhomogener Feldverteilungen. Druckschrift D2 schlägt vor, mittels B1-Feldkarten und Bloch-Simulation jeweils einzelne MR-Bilder zu korrigieren
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit zur Verringerung von Bildinhomogenitäten durch den Effekt von dielektrischen Resonanzen bei Magnetresonanz-Untersuchungen bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, bei dem mittels einer Magnetresonanzvorrichtung eine Sende-Bl-Feldkarte für einen vorgegebenen räumlichen Bereich bestimmt wird, mehrere MR-Bilder zumindest eines Teils dieses Bereichs mit zueinander unterschiedlichen Sendereinstellungen aufgenommen werden und Signalintensitäten von Bildpunkten der MR-Bilder mittels der Sende-Bl-Feldkarte interpoliert werden.
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Dadurch können durch dielektrische Resonanzen erzeugte räumliche Variationen des Sende-Bl-Felds zumindest teilweise ausgeglichen werden. Insbesondere können so durch von einem Zielwert abweichende lokale B1-Sendefeldstärken bzw. Flipwinkel erzeugte Kontrastfehler und/oder Intensitätsdifferenzen reduziert werden. Dabei wird ausgenutzt, dass durch die unterschiedlichen Sendereinstellungen definierte Variationen der lokalen B1-Sendestärke bzw. des lokalen Flipwinkels erzeugt werden, welche - zusammen mit der Sende-Bl-Feldkarte als Referenz - eine besonders effektive Fehlerkorrektur ermöglichen.
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Das Bestimmen der Sende-B1-Feldkarte umfasst insbesondere ein Messen der Sende-Bl-Feldkarte. Alternativ mag die Sende-B1-Feldkarte durch eine numerische Simulation bestimmt oder ermittelt werden. Allgemein mögen die Sende-Bl-Feldkarte oder die Empfangs-B1-Feldkarte nicht anhand einer durch ein MR-Experiment bestimmten Sende-B1-Feldkarte ermittelt werden, sondern mittels einer numerischen Feldsimulation.
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Die MR-Bilder und die Sende-B1-Feldkarte sind also bildpunktartig aufgelöst. Sofern die Bildpunkte der MR-Bilder und der Sende-B1-Feldkarte nicht räumlich identisch sind, kann eine räumliche Interpolation der Werte der Sende-B1-Feldkarte auf die Orte der Bildpunkte der MR-Bilder erfolgen.
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Die Signalintensität eines Bildpunkts kann auch als seine Signalstärke oder Helligkeit bezeichnet werden.
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Die Sende-B1-Feldkarte (auch als „Sende-B1-Karte“, „Sende-Bl-Map“ oder Englisch als „TX-field map“ bezeichnet) ist insbesondere ein bildpunktartig räumlich aufgelöstes Bild des Bereichs, in dem die folgenden Bildaufnahmen durchgeführt werden. Die Sende-B1-Feldkarte ist insbesondere eine dreidimensionale Karte bzw. ein dreidimensionales Gitter. Die Sende-B1-Feldkarte mag insbesondere bei Anwesenheit eines auszumessenden Objekts bestimmt werden. Das Aufnehmen der Sende-B1-Feldkarte ist grundsätzlich gut bekannt und braucht hier nicht genauer beschrieben zu werden.
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Unter einem Sende-B1-Feld oder „TX-B1-Feld“ wird insbesondere ein durch eine Sendespule erzeugtes magnetisches Wechselfeld der HF-Einstrahlung verstanden. Die Erzeugung eines Sende-B1-Felds ist grundsätzlich gut bekannt und braucht hier nicht genauer beschrieben zu werden.
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Unter einem Flipwinkel wird insbesondere der Winkel des Hochfrequenzpulses bzw. eine Auslenkung einer Magnetisierung von der Längsrichtung nach Ende eines Hochfrequenzpulses verstanden. Der Flipwinkel korreliert insbesondere mit einer lokalen Stärke des B1-Sendefelds und kann bildpunktbezogen sein. Ein Flipwinkel ist grundsätzlich gut bekannt und braucht hier nicht genauer beschrieben zu werden.
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Unter einer Aufnahme eines MR-Bilds mag insbesondere eine mittels der Magnetresonanzvorrichtung durchgeführte Aufnahme eines MR-Bilds verstanden werden, das für eine folgende Diagnose oder Untersuchung eines in dem Aufnahmebereich befindlichen Objekts verwendet wird. Der für die MR-Bilder verwendete Aufnahmebereich mag insbesondere gleich oder kleiner als ein durch die Sende-B1-Feldkarte aufgenommener Bereich sein.
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Die Spannung der einzelnen HF-Pulse in einer MR-Sequenz zur Erzeugung eines MR-Bildes leitet sich von einer Senderreferenzspannung, dem gewünschten Flipwinkel des jeweiligen HF-Pulses und der Form des HF-Pulses ab und ist proportional zur Senderreferenzspannung.
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Unter einer Senderreferenzspannung mag insbesondere diejenige Spannung verstanden werden, die an einem Verstärker notwendig ist, um bei einem HF-Puls bekannter (typischerweise rechteckiger) Form vordefinierter Dauer einen über das anzuregende Volumen gemittelten Flipwinkel von vordefinierter Gradzahl (typischerweise 90 Grad) zu erreichen.
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Die Sendereinstellung mag insbesondere durch eine Verwendung einer gewünschten Senderskalierung während der Aufnahme eines MR-Bildes umgesetzt werden. Die Senderskalierung mag einen multiplikativen Faktor beschreiben, der auf die Senderspannung typischerweise jedes HF-Pulses angewendet wird. Die Senderskalierung hat den Wert 1.0, wenn (im Mittel über das anzuregende Volumen) der Soll-Flipwinkel dem Ist-Flipwinkel entspricht.
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Es ist eine Ausgestaltung, dass sich die Sendereinstellungen für die MR-Bilder durch unterschiedliche Senderskalierungen unterscheiden. Eine solche Variation kann besonders einfach und präzise durchgeführt werden. Durch diese Ausgestaltung ist es besonders einfach möglich, eine Korrektur der sendeseitigen räumlichen B1-Inhomogenitäten durch bildpunktweise Interpolation von mehreren mit unterschiedlicher Senderskalierung gemessenen Einzelbildern durchzuführen, und zwar unter Zuhilfenahme einer vorab gemessenen Sende-B1-Feldkarte.
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Unter einer Interpolation mag eine Interpolation als solche auf Zwischenpunkte zwischen mehreren durch die unterschiedlichen Sendereinstellungen, insbesondere Senderskalierungen, gemessenen Signalintensitäten der MR-Bilder verstanden werden. Sie mag auch als eine Extrapolation auf Punkte außerhalb des Bereichs der gemessenen Signalintensitäten verstanden werden.
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Die Interpolation wird insbesondere auf Signalintensitäten hin durchgeführt, die dem Ziel-Flipwinkel an dem betreffenden Bildpunkt zugehörig sind.
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Die MR-Bilder können als Scheiben bzw. Schichten oder „Slices“ vorliegen. Eine optionale räumliche Glättung der MR-Bilder mag dann insbesondere innerhalb der Scheiben vorgenommen werden. Eine Position und Orientierung der Scheiben ist üblicherweise bekannt.
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Das zu untersuchende Objekt mag insbesondere ein lebendes Objekt, z.B. ein Tier oder ein Mensch, oder ein Teil davon sein, z.B. ein bestimmter Körperbereich wie ein Kopf oder ein inneres Organ.
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass zumindest zwei unterschiedliche Senderspannungen oberhalb bzw. unterhalb einer Referenzsenderspannung liegen, bzw. dass die verwendeten Senderskalierungen teilweise größer als 1 sind, teilweise kleiner 1. Dadurch lässt sich eine Interpolation im engeren Sinne auf einen Zwischenpunkt durchführen, was einen besonders geringen Interpolationsfehler ermöglicht.
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Es ist eine besonders einfach umsetzbare Weiterbildung, dass dazu Senderskalierungen verwendet werden, die zu Flipwinkeln führen, welche teilweise kleiner und teilweise größer als der Ziel-Flipwinkel sind.
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Insbesondere können zumindest zwei Senderspannungen so gewählt werden, dass der aus der Spannung resultierende Flipwinkel in allen interessierenden räumlichen Teilen des Bildes bei der einen Spannung kleiner und bei der anderen Spannung größer ist als der Ziel-Flipwinkel.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Signalintensitäten einzelner Bildpunkte linear interpoliert werden. Dies ergibt den Vorteil, dass nur zwei MR-Bilder benötigt werden und zudem die benötigte Rechenleistung gering ist.
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Es ist eine weitere Ausgestaltung, dass die Signalintensitäten einzelner Bildpunkte quadratisch interpoliert werden. Dies ergibt den Vorteil einer erhöhten Interpolationsgenauigkeit bei drei oder mehr MR-Bildern. Insbesondere wenn bei großen Inhomogenitäten des B1-Sendefelds (z.B. von +/- 20%) eine Qualität der linearen Interpolation häufig unzureichend ist, ist die quadratische Interpolation vorteilhaft einsetzbar. Die quadratische Interpolation kann als einen weiteren Vorteil eine Umkehr des Signalverhaltens erfassen, bei dem die Signalintensitäten der MR-Bilder keine monotone Abhängigkeit von der Senderskalierung zeigen.
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Die Interpolationsgenauigkeit zumindest der linearen und der quadratischen Interpolation kann noch weiter gesteigert werden, wenn sie anhand einer logarithmischen Skala durchgeführt wird. Sie lässt sich insbesondere weiter verbessern, wenn sowohl die Senderskalierungen als auch die Signalintensität auf einer logarithmischen Skala ausgewertet werden, z.B. in Dezibel dB(x) = 20·log(x).
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Allgemein können auch Interpolationen noch höheren Grades durchgeführt werden, z.B. eine kubische Interpolation.
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Die Intensitäten einzelner Bildpunkte können also mittels einer gewichteten Summe interpoliert werden bzw. es lässt sich die Interpolation einfach als eine gewichtete Summe der einzelnen MR-Bilder auffassen, wobei zugehörige Gewichtungsfaktoren aus der Sende-Bl-Feldkarte am Ort des Bildpunkts und den unterschiedlichen Senderskalierungen berechnet werden. Aus den zugehörigen Gewichtungsfaktoren der Sende-B1-Feldkarte kann zuvor ein ortsabhängiger Rauscherhöhungsfaktor berechnet werden. Insbesondere mag so jedem Bildpunkt der Sende-B1-Feldkarte ein fester Rauscherhöhungsfaktor zugeordnet werden, was eine Berechnung der interpolierten Signalintensität erleichtert. Dies mag beispielsweise in formaler Analogie zur sog. SENSE-Bildrekonstruktion (siehe dazu z.B.
EP 1 211 518 A1 ) durchgeführt werden. Die Einzelbilder stammen vorliegend aber nicht aus verschiedenen Empfangsspulen, sondern aus mehreren Messungen bzw. Bildaufnahmen mit derselben Empfangsspule bzw. einer Spulenkombination (z.B. einer apparatefesten Empfangsspule oder „Bodycoil“), aber z.B. mit verschiedenen Senderskalierungen. An die Stelle der bisher aus den Empfangsspulenprofilen abgeleiteten SENSE-Gewichtsfaktor-Karten tritt nun die aus der (skalierten) Sende-B1-Feldkarte abgeleitete Gewichtsfaktor-Karte {z1, z2, ... }. In Analogie zum g-Faktor bei SENSE lasst sich bei bekannter Sende-B1-Feldkarte und gegebenen Senderskalierungen ebenfalls ein ortsabhängiger Rauscherhöhungsfaktor g angeben, der hier auch kleiner als eins sein kann.
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Das Berechnen der Rauscherhöhungsfaktoren der Bildpunkte der Sende-B1-Feldkarte lässt sich zur linearen, quadratischen oder noch höhergradigen Interpolation verwenden.
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Es ist außerdem eine Ausgestaltung, dass an mindestens einem MR-Bild eine Bewegungskorrektur durchgeführt wird, um eine Interpolationsgenauigkeit weiter zu verbessern. Insbesondere wird eine Korrektur der Signalintensitäten der Bildpunkte eines MR-Bilds in Abhängigkeit einer Bewegung des ausgemessenen Objekts durchgeführt. Die Bildaufnahmen können normalerweise nicht zeitlich ineinander geschachtelt werden, weil sich ein Gleichgewichtszustand der Magnetisierung nur langsam einstellt. Deswegen besteht die Gefahr, dass durch eine Objektbewegung (z.B. eine Atmung oder eine unwillkürliche Kopfdrehung) die nacheinander gemessenen MR-Bilder an einigen Stellen (z.B. an ihren Kanten) nicht konsistent zueinander sind. Diese Bewegung kann durch die angesprochene Bewegungskorrektur während der Messung und/oder durch Bildverarbeitung bzw. Datennachverarbeitung (sog. „Postprocessing“) verbessert werden. Eine Bewegungskorrektur von MR-Daten ist grundsätzlich bekannt und braucht hier nicht weiter erläutert zu werden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die verlängerte Messdauer des Verfahrens aufgrund der mehrfachen Bildaufnahme zumindest teilweise durch eine schnellere Bildgebung kompensiert wird. Dies kann beispielsweise durch stärkere Gradienten mit höherer Auslese-Bandbreite erreicht werden.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass eine parallele Bildgebung durchgeführt wird, um die verlängerte Messdauer des Verfahrens aufgrund der mehrfachen Bildaufnahme zumindest teilweise auszugleichen.
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Beiden Methoden zur Kompensation der verlängerten Messdauer aufgrund der mehrfachen Bildaufnahme ist es gemein, dass ihre MR-Bilder aufgrund der verkürzten Messdauer der einzelnen Bildaufnahmen ein schlechteres Signal-zu-Rausch-Verhältnis, SNR, aufweisen als eine Einzelaufnahme mit längerer Messdauer. So mag das SNR bei halber Messzeit z.B. um einen Faktor von ca. Wurzel(0,5) ≈ 0,707 schlechter sein. Das Signal-zu-Rausch-Verhältnis wird jedoch durch die verfahrensgemäße Interpolation zum Teil wieder verbessert, da durch die mehrfachen Bildaufnahmen ein Mittelungsgewinn erzielt wird. Der Gewinn an Signal-zu-Rausch-Verhältnis beträgt Wurzel(2) ≈ 1,414, wenn der Soll-Flipwinkel genau mittig zwischen zwei gemessenen Ist-Flipwinkeln liegt, die den mit unterschiedlichen Senderskalierungen aufgenommenen MR-Bildern zugeordnet sind. Dazu ist es vorteilhaft, wenn die verwendeten Senderskalierungen nicht zu weit auseinanderliegen.
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Eine Extrapolation auf Soll-Flipwinkel außerhalb der gemessenen verwendeten Senderskalierungen ergibt ggf. auch eine unerwünschte Rauschanhebung. Auch um diese Effekte zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Senderskalierungen so weit auseinanderzulegen, dass der Ist-Flipwinkel im interessierenden Volumen in einem Wertebereich liegt, der durch den Soll-Flipwinkel, multipliziert mit der Senderskalierung, gegeben ist, also eine Interpolation als solche und nicht als Extrapolation ausgeführt wird.
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Ein möglicher Rechengang kann bei logarithmischer Skalierung beispielsweise die im Folgenden beschriebene Form annehmen.
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Im Folgenden wird alternativ zu der Normierung auf die Senderspannung eine Normierung auf einen Ziel-Bl-Wert durchgeführt. Damit gibt die normierte Sende-Bl-Feldkarte letztlich in jedem Ort an, um welchen Faktor der dort tatsächlich erreichte Flipwinkel von einem Ziel-Flipwinkel abweicht bzw. um welchen Faktor das dort tatsächlich vorliegende B1-Feld von dem beabsichtigten Wert abweicht.
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Als Eingangsdaten für diesen Rechengang werden als gegeben vorausgesetzt: ein Sende-Bl-Zielwert „B1Target“ der B1-Feldstärke für einen gewünschten Kontrast; eine vorab gemessene Sende-Bl-Feldkarte „B1_U(r)“, die z.B. auf einen Einheitswert U(r) der Senderspannung normiert ist; eine Liste der ausgewählten Senderspannungen U1, U2, ...; und mehrere MR-Bilder mit gemessenen Signalintensitäten bzw. Signalstärken S1(r), S2(r), .... der einzelnen Bildpunkte. Als gewünschtes Ergebnis des Rechengangs ergibt sich eine Schätzung der Signalintensität S(r), die sich bei dem Sende-B1-Zielwert B1Target ergeben würde.
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Zunächst werden im Rahmen des Rechengangs ortsabhängig bzw. abhängig von einem jeweiligen Bildpunkt r die mit den vorgegebenen Senderspannungen U1, U2, ... jeweils tatsächlich an dem Bildpunkt r erreichten Sende-B1-Feldstärken gemäß
bestimmt und in logarithmierter Form z.B. gemäß
als Abszissenwerte für die Interpolation verwendet.
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Ein logarithmierter Zielwert xT von B1Target entspricht dabei
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Ferner werden Gewichtungsfaktoren z und daraus ein Rauscherhöhungsfaktor g für jeden Bildpunkt berechnet, z.B. für eine lineare Interpolation gemäß
oder für eine quadratische Interpolation gemäß
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Die gewichtete Summe für die unterschiedlichen MR-Bilder lässt sich dann berechnen mittels einer Logarithmierung gemäß:
und einer folgenden Kombination:
oder:
usw. Es schließt sich eine Entlogarithmierung für jeden Bildpunkt r an gemäß
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Es ist noch eine Ausgestaltung, dass aus mehreren MR-Bildern mit unterschiedlichen Senderskalierungen mehrere Interpolationen mit verschiedenen Ziel-B1-Werten durchgeführt werden. Die sich durch die verschiedenen Ziel-B1-Werte ergebenden Interpolationsbilder weisen in der Regel verschiedene Kontraste, z.B. T1-Kontrast, auf, z.B. von Gewebe(n). Dies mag beispielsweise von einem Nutzer dazu verwendet werden, um interaktiv mit einem (virtuellen) „Kontrast-Schieberegler“ das interpolierte Bild mit dem besten Kontrast auszuwählen. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn mit drei (oder noch mehr) verschiedenen Sendereinstellungen gemessen wurde. Insbesondere mögen aus einem Bilddatensatz mit mehreren gemessenen MR-Bildern nachträglich mehrere interpolierte MR-Bilder mit verschiedenem Sende-B1-Zielwert und folglich mit verschiedenem Kontrast berechnet werden.
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Für den Fall einer Bildgebungstechnik, in die (beispielsweise durch einen Inversionspuls) auch eine Phasenlage der Spins mit eingeht, ist es eine Ausgestaltung, dass die Interpolation nicht auf den aus den betragsmäßigen Signalamplituden zusammengesetzten „Magnitudenbildern“ basiert, sondern auf mit einer Information über die Phasenlage versehenen („gephasten“) Bildern. Dies ergibt den Vorteil, dass eine Information über einen Nulldurchgang der Signalintensität nicht verloren geht und so eine noch genauere Interpolation ermöglicht wird. Es ist zu diesem Zweck allgemein vorteilhaft, dass - falls möglich - eine vorzeichen- und/oder phasensensitive Interpolation durchgeführt wird.
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Es ist auch eine Ausgestaltung, dass zusätzlich oder alternativ zum oben beschriebenen Verfahren eine Empfangs-B1-Korrektur zur Korrektur empfangsseitiger Inhomogenitäten durchgeführt wird. So können unterschiedliche Signalintensitäten in verschiedenen Teilen der MR-Bilder, die durch eine Variation des Empfangs-B1-Felds hervorgerufen werden, ausgeglichen werden. Insbesondere können durch inhomogene HF-Felder in einem auszumessenden Objekt, z.B. in einem Patienten, verursachte Bildfehler deutlich reduziert werden.
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Es ist eine Weiterbildung davon, dass die Empfangs-B1-Korrektur durchgeführt wird, indem ein Sensitivitätsprofil im Empfangsfall durch räumliche Spiegelung der Sende-B1-Feldkarte an einer Symmetrieebene des gemessenen Objekts, insbesondere eines Patienten, ermittelt wird. Das Sensitivitätsprofil kann auch als eine Sensitivitäts-Feldkarte bezeichnet werden. Sie mag die gleichen Bildpunkte aufweisen wie die Sende-B1-Feldkarte, so dass jedem Bildpunkt der Sende-Bl-Feldkarte ein Bildpunkt der Sensitivitäts-Feldkarte zuordenbar ist. Dies erleichtert eine bildpunktartige Verknüpfung dieser beiden Feldkarten.
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Dass eine Empfangs-B1-Korrektur mittels einer räumlichen Spiegelung der Sende-B1-Feldkarte an einer Symmetrieebene eines gemessenen Objekts durchgeführt wird, löst die gestellte Aufgabe auch eigenständig.
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Insbesondere mag das Empfangs-B1-Feld mittels der Sende-B1-Feldkarte abgeschätzt werden. Dies ist besonders effektiv durchführbar für auszumessende Objekte oder Teilbereiche davon, die eine ausreichend symmetrische Leitfähigkeitsverteilung (wie z.B. ein Kopf) aufweisen und wenn die MR-Messvorrichtung mindestens eine symmetrische Sende/Empfangs-Spule aufweist, wobei die Symmetrieebenen des auszumessenden Objekts und der mindestens einen Sende/Empfangs-Spule für einen geringen Berechnungsfehler möglichst gleich sein sollten. Diese Bedingungen sind beispielsweise für Messungen mit herkömmlichen (Volumenanregungs)-Körperspulen („Body Coils“) gegeben, falls das auszumessende Objekt in der Körperspule zentriert ist. Simulationen haben gezeigt, dass das Empfangs-B1-Feld in diesen Fällen typischerweise proportional zu dem gespiegelten Sende-B1-Feld ist.
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Dieser Proportionalitätseffekt kann aus der physikalischen Symmetrie des Sende-B1-Feldes erklärt werden: ein Invertieren eines Vorzeichens der x-Achse (d.h. einer Durchführung einer räumlichen Spiegelung zwischen linker und rechter Seite in Bezug auf eine räumliche x=0-Ebene) invertiert auch die Drehrichtung einer zirkular-polarisierten B1-Komponente in der x-y-Ebene, so dass B1+ und B1- ausgetauscht werden. Dabei entspricht B1+ dem Sende-B1-Feld und B1- dem Empfangs-Bl-Feld bzw. der Empfangssensitivität einer Spule. Im Prinzip könnten auch andere spiegelsymmetrische Ebenen rund um die B0-Achse ausgewählt werden (z.B. zum Spiegeln zwischen oben und unten oder jede Schrägspiegelebene rund um die B0-Achse). Jedoch ist aufgrund der Links-Rechts-Symmetrie eines menschlichen Körpers die Ausnutzung der Spiegelsymmetrie um x = 0 in der Regel am besten geeignet. Jedoch sollten auch die Feldquellen (d.h. die Sender und Empfänger bzw. Antennen) zumindest ungefähr die gleiche Spiegelsymmetrie aufweisen. Die x=0-Ebene entspricht hier typischerweise einer sagittalen Schichtorientierung und die y=0-Ebene einer koronaren Schichtorientierung.
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Diese Symmetrieanforderung kann beispielsweise durch eine Quadratur-RX-TX-Birdcage-Antenne erfüllt werden. Falls beispielsweise ein (grundsätzlich gut bekannter) RX-TX-Birdcage betrieben wird, um ein elliptisch polarisiertes Sende-B1-Feld mit schräg im Raum liegender Halbachse zu erzeugen, kann die gespiegelte Ellipse für den Empfang durch eine entsprechende gewichtete Addition zweier Empfangskanäle abgeleitet werden.
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Das Verfahren ist jedoch nicht auf Bildaufnahmen bzw. Messungen beschränkt, bei denen die Körperspule(n) als Empfangsspule(n) verwendet wird bzw. werden. Analog zu einer üblichen Anordnung können auch sog. „lokale Empfangsspulen“ um das zu untersuchende bzw. auszumessende Objekt platziert werden. Da das Empfangsprofil der lokalen Empfangsspulen in der Regel in Bezug auf das gesamte zu untersuchende Objekt inhomogen ist, kann die Empfangsempfindlichkeit auf die Empfangsempfindlichkeit der gerätefesten Volumenanregungs-Körperspule normiert werden, welche in der Regel sehr viel homogener als das Empfangsprofil der (potentiell sehr kleinen) lokalen Empfangsspulen ist. Diese Normalisierung ist aus der klinischen Standard-Bildgebung bekannt. Jedoch können, wie bereits oben ausgeführt, physikalische Effekte auch zu Inhomogenitäten des Empfangsprofils von gerätefesten Volumenanregungs-Körperspulen führen. In der obigen Anwendung werden diese Inhomogenitäten des Körperspulen-Empfangsprofils dann auf die mittels der lokalen Empfangsspulen gemessenen MR-Bilder übertragen. In dem hier vorgeschlagenen Ansatz wird das Empfangsprofil (entsprechend einer räumlichen Verteilung einer Empfangssensitivität) der Körperspule(n) abgeschätzt, und dann das abgeschätzte Empfangsprofil verwendet, um die Signalintensität der Bildpunkte zu korrigieren.
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Daher mag sich das oben beschriebene Verfahren auch auf MR-Bilder oder MR-Messungen beziehen, bei denen die Körperspule(n) als Empfangselement(e) verwendet wird bzw. werden. Es mag sich auch auf Anwendungen beziehen, bei denen Lokalspulen verwendet werden und die resultierende(n) MR-Bilder auf das Empfangsprofil der Körperspule(n) normiert werden.
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Herkömmlicherweise besitzt eine Körperspule zwei unabhängige Teilsysteme. Hier wird angenommen, dass die Elemente (d.h., Einzelspulen) der Körperspule zu einem vertikalen Teilsystem und zu einem horizontalen Teilsystem zugehörig gruppiert sind, wobei jedes Teilsystem ein linear polarisiertes Sende-B1-Feld erzeugen kann. Im Empfangsfall werden die Signale der beiden Teilsysteme kombiniert, z.B. mittels einer Quadratsummen-Kombination. Daher wird das Empfangsfeld der Teilsysteme vorteilhafterweise separat bestimmt. Dies kann gemäß dem vorliegenden Verfahren durch die Bestimmung des von jedem der Teilsysteme getrennt erzeugten Sende-Bl-Felds erreicht werden, z.B. durch das grundsätzlich bekannte Erzeugen einer jeweiligen Sende-B1-Feldkarte. Das jeweilige Sende-B1-Feld jedes Teilsystems mag durch getrenntes Anlegen einer jeweiligen Senderspannung des zugehörigen Teilsystems während eines Kodierungsschritts der Sende-B1-Feldkartenmessung bestimmt werden. Alternativ mag das Sende-B1-Feld von zwei unterschiedlichen Spulenkombinationen gemessen werden und danach die Berechnung der zugrundeliegenden Sende-B1-Felder der Teilsysteme durchgeführt werden. Der letztere Ansatz ist insbesondere dann einsetzbar, wenn die beiden Spulenkombinationen sich ausreichend unterscheiden und die Systemeigenschaften wie Reflexionen und Kopplungen zwischen den beiden Teilsystemen bekannt sind. Dieser Ansatz getrennt gruppierter Teilsysteme umfasst insbesondere, dass die beiden Teilsysteme der Körperspule separat als Sendeelemente gesteuert werden oder dass zumindest zwei verschiedene Spulenkombinationen für eine Aussendung eines Sende-B1-Felds verwendet werden können.
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Zur Bestimmung der tatsächlichen Empfangsprofile der (z.B. zwei) Teilsysteme der Körperspule werden die Sende-Bl-Felder an der Symmetrieebene gespiegelt. Ferner ist es vorteilhaft, alle Abweichungen in dem Datenerfassungspfad zwischen den beiden Teilsystemen zu korrigieren. Diese Abweichungen werden insbesondere separat gemessen. Da diese Abweichungen des Empfangspfads nicht zu den oben beschriebenen Messungen des Sende-B1-Felds beitragen, werden sie getrennt berücksichtigt, um eine Korrespondenz zwischen den gespiegelten Sende-B1-Feldern und der tatsächlichen Empfangsempfindlichkeit der einzelnen Teilsysteme zu erzielen. Die skalierten Empfangs-B1-Feldkarten werden auf gleiche Weise wie die Daten des Körperspulen-Empfangskanals im Empfangsfall kombiniert (beispielsweise durch eine Quadratsummen-Kombination). Diese Kombination ergibt das Empfangs-Bl-Profil, das in den MR-Bildern, die korrigiert werden sollen, enthalten ist.
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Schließlich können die MR-Bilder durch das Empfangs-B1-Profil dividiert werden. So können Variationen oder Schwankungen des Empfangs-B1-Profil aus den MR-Bildern entfernt werden.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Magnetresonanzvorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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Die Magnetresonanzvorrichtung mag insbesondere vorteilhaft eingesetzt werden auf dem Gebiert einer menschlichen oder tierischen Diagnostik.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
- 1 zeigt eine Auftragung einer Signalintensität von Bildpunkten mehrerer MR-Bilder gegen ein Verhältnis eines tatsächlichen Sende-Bl-Werts am Ort eines jeweiligen Bildpunkts zu einem Sende-Bl-Zielwert für verschiedene Ortsbereiche und Gewebearten;
- 2 zeigt als Auftragung gegen eine Senderspannung einen Rauscherhöhungsfaktor g bei quadratischer Interpolation aus drei Messungen mit unterschiedlichen Senderspannungen; und
- 3 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel des Verfahrens anhand eines Flussdiagramms.
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1 zeigt eine Auftragung einer Signalstärke oder Signalintensität I in beliebigen Einheiten von Bildpunkten zweier MR-Messungen oder MR-Bilder M1 und M2 gegen ein Verhältnis VB1 eines tatsächlichen Sende-B1-Werts am Ort eines jeweiligen Bildpunkts zu einem Sende-Bl-Zielwert. Dieses Verhältnis entspricht auch einem Verhältnis eines sich entsprechend einstellenden Ist-Flipwinkels zu einem Ziel-Flipwinkel. Die MR-Bilder M1 und M2 unterscheiden sich durch unterschiedliche Sendereinstellungen, insbesondere für unterschiedliche Senderskalierungen. Die dabei gemessenen Signalintensitäten sind abhängig von den lokalen Sende-B1-Werten für M1 und für M2.
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Links des Verhältnisses VB1 = 1, also bei VB < 1, ist in einem räumlichen Bereich A des auszumessenden Objekts der gemessene Sende-B1-Wert zu gering. Umgekehrt ist rechts des Verhältnisses VB1 = 1, also bei VB > 1, in einem anderen räumlichen Bereich A des auszumessenden Objekts der tatsächliche Sende-B1-Wert zu hoch.
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Das Verhältnis VB1 ergibt sich durch die Senderskalierung multipliziert mit der durch die Sende-Bl-Karte ermittelten relativen lokalen Abweichung von dem Soll-Flipwinkel.
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Die gemessenen Signalintensitäten Imess sind für zwei unterschiedliche Gewebearten T1 und T2 aufgetragen, wobei die gemessenen Signalintensitäten eines gemeinsamen Gewebes T1 bzw. T2 durch gedachte Linien miteinander verbunden sind. Die Messergebnisse bzw. MR-Bilder M1 und M2 sind mittels eines Quadrats bzw. mittels eines Kreises dargestellt.
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Da die tatsächlichen Sende-B1-Werte bzw. das Sende-Bl-Feld aus der Sende-B1-Feldkarte bekannt sind, kann nun eine z.B. hier lineare Interpolation der gemessenen Signalintensitäten Imess auf die Signalintensitäten bei Sende-Bl-Zielwerten hin durchgeführt werden (also auf interpolierte Signalintensitäten Ipol hin, die gemessen worden wären, wenn das gewünschte Sende-Bl-Feldstärke anliegen würde). Dies gilt für Region B analog.
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Die zugehörigen vier Interpolationsgeraden P1 bis P4 sind durch entsprechende gestrichelte, geradlinige Pfeile angedeutet. Der Kreuzungspunkt der Interpolationsgeraden P1 bis P4 mit einer Senkrechten durch den Wert VB1 = 1 ergibt die zugehörigen interpolierten Signalintensitäten Ipol. Aus den interpolierten Signalintensitäten Ipol für alle Bildpunkte lassen sich entsprechend (TX-)korrigierte MR-Bilder zusammensetzen.
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Während die gezeigten Interpolationen als Extrapolationen umgesetzt sind, also eine interpolierte Signalintensität Ipol jeweils auf der VB1-Achse neben den oder außerhalb der gemessenen Signalintensitäten Imess aufweist, ist es für eine besonders genaue Interpolation im engeren Sinne vorteilhaft, dass ein Messwert Imess(M1) des ersten MR-Bilds M1 links oder rechts neben VB1 = 1 angeordnet ist und der zum gleichen Bildpunkt gehörige Messwert Imess(M2) des zweiten MR-Bilds M2 dann auf der anderen Seite neben VB1 = 1, also rechts bzw. links neben VB1 = 1 angeordnet ist. Dies kann auch so ausgedrückt werden, dass die beiden zu den MR-Bildern M1 und M2 zugehörigen unterschiedlichen Senderskalierungen so gewählt sind, dass der jeweils erreichte Flipwinkel an dem betreffenden Ort einmal kleiner und einmal größer als der Ziel-Flipwinkel ist.
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2 zeigt als Auftragung einer dimensionslosen numerischen Skala gegen eine Senderspannung U einen Rauscherhöhungsfaktor g eines beliebigen, aber dann fest gewählten Bildpunkts bei quadratischer Interpolation aus drei Messungen oder MR-Bildern M1, M2 und M3 mit unterschiedlichen Senderspannungen U1 = 50V, U2 = 100V bzw. U3 = 150V. Die auf der Abszisse aufgetragene Spannung ist die Sendespannung, die im betreffenden Bildpunkt zum Erreichen des Ziel-Bl Wertes bzw. zum Erreichen des Ziel-Flipwinkels führen würde. Auch dargestellt sind die Kurven der Gewichtsfaktoren z1, z2 und z3 für die drei einzelnen MR-Bilder M1, M2 bzw. M3.
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Fällt eine dieser tatsächlich applizierten Senderspannungen U1 bis U3 mit der auf der Abszisse aufgetragenen Spannung zusammen, ist der g-Faktor gerade eins, weil nur diese eine Messung zum Ergebnis beiträgt. Zwischen diesen Stützstellen ergibt sich eine Rauschreduktion (g < 1) durch Mittelung, außerhalb eine Rauscherhöhung (g > 1).
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3 zeigt zur Verdeutlichung ein mögliches Flussdiagramm des Verfahrens mit mehreren Verarbeitungsschritten für zwei gemessene MR-Bilder M1 und M2. Das Verfahren kann beispielsweise in einer Magnetresonanzvorrichtung MR ablaufen. Diese mag z.B. ein MR-Gerät und darin integriert oder getrennt davon eine Auswerteeinrichtung aufweisen. Die gezeigten Verarbeitungsschritte können zumindest teilweise auch im Rahmen eines einer Messung nachgelagerten „Postprocessings“ durchgeführt werden.
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Zur Korrektur von MR-Bildern M1 und M2 in Bezug auf das Sende-B1-Feld („TX-Korrektur“) und das Empfangs-Bl-Feld („RX-Korrektur“) mögen in Schritten S1 und S2 MR-Bilder M1 bzw. M2 aufgenommen werden. Die MR-Bilder M1 und M2 unterscheiden sich in ihren Sendereinstellungen, z.B. in ihren Senderspannungen. Aus den MR-Bildern M1 und M2 lassen sich auch die (in der Regel vorgegebenen) Positionen der Aufnahmescheiben und deren Orientierung auslesen bzw. sind für die MR-Bilder M1 und M2 bekannt.
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Parallel dazu (d.h., vorher oder nachher) wird in einem Schritt S3 eine hier kanalselektive Aufnahme der dreidimensionalen Sende-B1-Feldkarte durchgeführt. Die Kanäle mögen z.B. zu vorbestimmten, selektiv ansteuerbaren Teilsystemen einer Antenneneinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung MR gehören.
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In einem auf S3 folgenden Schritt S4 kann eine phasenabhängige oder phasensensitive Kombination der Kanäle durchgeführt werden, wodurch eine Sende-Bl-Feldkarte für die im Sendefall vorliegende Polarisation (z.B. zirkulare Polarisation) erzeugt wird.
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Die Sende-B1-Feldkarte wird in einem weiteren Schritt S5 räumlich interpoliert (und ggf. geglättet), was jeweilige Sende-B1-Feldkarten für die Bildpunkte der MR-Bilder M1 und M2 ergibt, insbesondere für jede Scheibe der MR-Bilder M1 und M2.
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Diese Sende-B1-Feldkarten für die MR-Bilder M1 und M2 werden in einem (Interpolations-)Schritt S6 dazu verwendet, Sende-B1-Zielwerte für die bildpunktweise Interpolation der gemessenen Signalintensitäten der MR-Bilder M1 und M2 bereitzustellen, z.B. wie bereits unter 1 und/oder 2 beschrieben. Die Durchführung der Interpolation in Schritt S6 ergibt dann die Sende-B1-interpolierten (TX-korrigierten) MR-Bilder.
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Die dreidimensionale Sende-B1-Feldkarte aus Schritt S3 kann in einem Schritt S7 auch dazu verwendet werden, die Kanäle der Teilsysteme zu entkoppeln, während folgend in einem Schritt S8 die Kanäle - wie z.B. bereits oben beschrieben - vorteilhafterweise durch eine Quadratsummmen-Kombination kombiniert werden.
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Die kombinierte Sende-B1-Feldkarte lässt sich in einem Schritt S9 räumlich interpolieren (und ggf. auch glätten), und zwar unter Verwendung der aus den Schritten S1 und S2 bekannten Positionen und Orientierungen der Aufnahmescheiben der MR-Bilder M1 und M2.
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In einem Schritt S10 kann unter Zuhilfenahme der MR-Bilder M1 und M2 sowie der bekannten Positionen und Orientierungen der Aufnahmescheiben der MR-Bilder M1 und M2 eine Spiegelachse des zu untersuchenden Objekts oder eines Teils davon bestimmt werden.
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Daraus lassen sich in einem Schritt S11 aus der räumlich interpolieren, quadratsummmen-kombinierten Sende-Bl-Feldkarte aus Schritt S9 an dieser Spiegelachse gespiegelte Sende-B1-Feldkarten erzeugen, insbesondere für jede Scheibe der MR-Bilder M1 und M2.
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Die in Schritt S6 bestimmten TX-korrigierten MR-Bilder M1 und M2 können in einem Schritt S12 durch die gespiegelten Sende-B1-Feldkarten dividiert werden, um so TX- und RX-korrigierte (bzw. sende- und empfangszweig-korrigierte) MR-Bilder M1 und M2 zu erlangen.
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Für Magnetresonanzvorrichtungen, die nicht die Möglichkeit aufweisen, kanalselektive B1-Karten zu bestimmen, kann die phasenempfindliche Kombination und die Quadratsummen-Kombination der B1-Feldkarten durch eine kombinierte Anregung ersetzt werden, ggf. mit einem gewissen Verlust an Korrekturleistung.
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Alternativ zur Ermittlung der B1-Sende-Karte durch eine MR-Messung kann auch eine numerische Simulation der Felder genutzt werden, um eine B1-Sende-Karte zu berechnen, insbesondere unter Zuhilfenahme der Geometrie und Eigenschaften der Sendespulen, der aktuellen Position des untersuchten Objekts und seiner angenommenen elektromagnetischen Eigenschaften. Auch die B1-Empfangskarte kann durch eine Simulation erstellt werden und ersetzt dann die gespiegelte B1-Sende-Karte aus Schritt S11.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch die gezeigten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
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Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.