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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzbilddatensatzes eines Untersuchungsbereichs eines Patienten mit einer Magnetresonanzeinrichtung sowie eine Magnetresonanzeinrichtung.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist für die Untersuchung von Patienten im medizinischen Bereich bereits etabliert. Eine häufig diskutierte Problematik ist die Messzeit für die Aufnahme von Magnetresonanzdaten. Für die Aufnahme eines Magnetresonanzbilddatensatzes, insbesondere eines wenigstens dreidimensionalen Magnetresonanzdatensatzes, kann, abhängig von der Auflösung, eine Messzeit von wenigen Millisekunden bis zu mehreren Minuten benötigt werden. Je höher die gewünschte Auflösung ist, desto länger ist der Aufnahmezeitraum anzusetzen. Eine hohe Auflösung ist insbesondere bei orthopädischen Diagnosestellungen notwendig, beispielsweise bei der Beurteilung von Knorpelschäden, Sehnenverletzungen oder Bänderverletzungen. Pro gewünschten Kontrast können hierbei Messzeiten im Bereich von 3 bis 10 Minuten auftreten.
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Im Stand der Technik wurden bereits verschiedene Möglichkeiten angegeben, den Aufnahmezeitraum zu verkürzen, die unter dem Schlagwort „beschleunigte Bildgebung“ bekannt wurden. Beispiele hierfür sind die parallele Bildgebung, vgl. beispielsweise den Artikel von
M. Griswold et al., „Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA)", Magn. Reson. Med. 47 (2002), Seiten 1202–1210, die simultane Mehrschichtbildgebung, vgl. hierzu beispielsweise den Artikel von
E.J. Larkman et al., JMRI 13 (2001), Seiten 313–317, oder den Artikel von K. Setsompop et al., MRM 67 (2011), Seite 1210–1224, sowie die simultane Bildrefokussierung, vgl. hierzu beispielsweise
US 6,614,225 B1 . Bei allen diesen Verfahren ist jedoch das Ergebnis der Messung erst nach vollständiger Datenaufnahme sichtbar und es kann erst zu diesem Zeitpunkt bewertet werden, ob die Messung beispielsweise aufgrund einer aufgetretenen Bewegung des Patienten wiederholt werden muss. Dies verlängert die Untersuchungsdauer.
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Da vor einer Messung nicht bekannt ist, ob die Bildqualität durch die Patientenbewegung zu stark beeinträchtigt wird, lässt sich die Gesamtuntersuchungsdauer nicht exakt vorhersagen, so dass die Patiententermine entsprechend großzügig geplant werden müssen. Wird keine derart großzügige Planung vorgesehen, kann es zu Verschiebungen im Zeitablauf kommen. Im erstgenannten Fall können weniger Patienten untersucht werden und es entstehen zusätzliche Kosten, weil das Magnetresonanzsystem nicht permanent ausgelastet ist. Im zweitgenannten Fall entstehen Wartezeiten bei den Patienten, die die Zufriedenheit mit der ärztlichen Leistung negativ beeinflussen.
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Ein weiteres Problem hinsichtlich während der Aufnahme von Magnetresonanzdaten auftretenden Bewegungen ist, dass auch die an der Magnetresonanzeinrichtung anwesende Bedienperson während der Untersuchung nicht bei allen Messungen feststellen kann, ob der Patient sich bewegt. Nur bestimmte Magnetresonanzsequenzen, beispielsweise für die neurofunktionale Bildgebung, messen die Bewegung während der Aufnahme von Magnetresonanzdaten.
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Bislang wurde beim Auftreten einer Bewegung im Untersuchungsbereich des Patienten erst am Ende der Messung, also bei Vorliegen des Magnetresonanzbilddatensatzes, entschieden, ob eine erneute Messung, mithin eine erneute Aufnahme von Magnetresonanzdaten des Patienten, notwendig ist.
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Um bei dieser Problematik Verbesserungen zu erzielen, wurde in
US 2014/0125335 A1 ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem während der Messung überwacht wird, ob Bewegungen auftreten, um die Datenaufnahme gegebenenfalls zu stoppen. Diese Druckschrift betrifft mithin ein Verfahren zur Magnetresonanzbildgebung, bei dem der Aufnahmevorgang in zwei Teile aufgeteilt wird, nämlich einen essentiellen Anteil („basic acquisition“) und einen zusätzlichen Anteil („complementary acquisition“), durch den eine Verbesserung der Bildqualität solange erreicht werden kann, bis eine Bewegung auftritt. Der essentielle Teil der Aufnahme wird zu Beginn durchgeführt und enthält letztlich einen unterabgetasteten Basisdatensatz, aus dem bereits eine Rekonstruktion grundsätzlich möglich wäre. Der weitere Aufnahmevorgang unbestimmter Länge ergänzt diese Daten. Hierbei wird nur eine maximale Messzeit angegeben. Findet eine Bewegung im essentiellen Teil der dortigen Messung statt, muss die gesamte Messung wiederholt werden. Die Bewegungsüberwachung bezieht sich dort mithin auf den zu Beginn des Aufnahmevorgangs vorliegenden Bewegungszustand im Untersuchungsbereich.
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Basierend auf dem in
US 2014/0125335 A1 beschriebenen Verfahren ist jedoch weder eine verbesserte Planung möglich, da es weiterhin vorkommen kann, dass Messungen vollständig wiederholt werden müssen und der Aufnahmezeitraum variiert, noch ist eine verlässlich hohe Bildqualität möglich, da gegebenenfalls ein sehr früher Abbruch im Komplementär-Anteil der Messung auftreten kann.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, welches bei guter Planbarkeit eine bestmögliche Bildqualität des Magnetresonanzbilddatensatzes bietet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass über einen vorgegebenen, für den Aufnahmevorgang festen Aufnahmezeitraum, der in eine Mehrzahl von insbesondere gleich langen Subzeiträumen unterteilt ist, Magnetresonanzdaten aufgenommen werden, wobei zu jedem in einem Subzeitraum unterabgetastet aufgenommenen Subdatensatz der Magnetresonanzdaten wenigstens ein den Bewegungszustand des Untersuchungsbereichs beschreibender Bewegungswert ermittelt wird und die zur Rekonstruktion des Magnetresonanzbilddatensatzes zu verwendenden Subdatensätze in Abhängigkeit der Bewegungswerte zur Minimierung von Bewegungsartefakten ausgewählt werden.
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Die Erfindung lässt sich dabei auf alle Arten von Magnetresonanzdatensätzen anwenden, besonders bevorzugt aber auf wenigstens dreidimensionale Magnetresonanzdatensätze. Beispiele sind die Mehrschicht-Bildgebung, bei der mehrere zweidimensionale Schichten aufgenommen werden, die dreidimensionale statische Bildgebung und die dreidimensionale dynamische Bildgebung (mit 3 + 1 Dimensionen). Höherdimensionale Magnetresonanzbilddaten sind auch bei anderen Verfahren, beispielsweise der Mehrkontrast-Bildgebung, gegeben. Bei einer Serie mit zweidimensionalen Bildern, deren Magnetresonanzdaten (Rohdaten) ineinander verschachtelt mit TSE-Sequenzen aufgenommen werden, ist insbesondere auch eine deutliche Sensitivität auf Bewegungen gegeben.
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Ähnlich wie im bereits genannten Stand der Technik wird mithin der Ansatz einer Unterabtastung gewählt, deren Unterabtastungsfaktor durch wiederholte Messungen reduziert wird, wobei jedoch nicht von einem Referenzbewegungszustand ausgegangen wird, sondern eine fest vorgegebene Messzeit, der Aufnahmezeitraum, verwendet wird, während der fortlaufend Magnetresonanzdaten aufgenommen werden, nur dass zusätzlich noch eine ständige Bewegungsnachverfolgung stattfindet, die es erlaubt, Subzeiträumen, in denen Subdatensätze der Magnetresonanzdaten aufgenommen werden, wenigstens einen Bewegungswert zuzuordnen, der den Bewegungszustand des Untersuchungsgebiets beschreibt. Die Bewegungswerte der Subdatensätze erlauben es nun, nach der Messung zu beurteilen, aus welchen Magnetresonanzdaten, mithin für welchen Bewegungszustand beziehungsweise für welchen Bewegungszustandsbereich, der hochqualitativste, insbesondere dreidimensionale Magnetresonanzbilddatensatz rekonstruiert werden kann, so dass nur die entsprechenden Magnetresonanzdaten herangezogen werden. Üblicherweise wird sich wenigstens ein Auswahlkriterium für die Subdatensätze darauf beziehen, aus welchem Bewegungszustand beziehungsweise welchem Bewegungszustandsbereich die meisten Magnetresonanzdaten vorliegen, so dass der geringste Unterabtastungsfaktor gegeben ist. Kurz zusammengefasst wird in der vorgeschlagenen Erfindungsmeldung also die Dauer des Aufnahmezeitraums für den Aufnahmevorgang konstant gehalten und es wird die bestmögliche Bildqualität sichergestellt, indem aus den Magnetresonanzdaten, die auf einen bestimmten Bewegungszustand bezogen bewegungsfrei aufgenommen wurden und gegebenenfalls auch aus Magnetresonanzdaten, die erfolgreich bewegungskorrigiert werden können, mittels geeigneter iterativer, nichtlinearer oder linearer Bildrekonstruktionsverfahren Magnetresonanzbilddatensätze rekonstruiert werden. Dabei kann der Aufnahmevorgang so geplant werden, dass der Zeitpunkt einer Patientenbewegung während des Aufnahmevorgangs irrelevant ist.
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Dabei ist es wesentlich, dass die Aufnahme der Magnetresonanzdaten unterabgetastet, insbesondere in einer stochastischen, pseudorandomisierten beziehungsweise speziell geordneten Form, derart erfolgt, dass ein insbesondere dreidimensionaler Magnetresonanzbilddatensatz auch dann rekonstruiert werden kann, wenn nicht die kompletten Magnetresonanzdaten zur Verfügung stehen. Konkrete Ausgestaltungen hierzu werden im Folgenden noch näher diskutiert werden, wobei im Stand der Technik grundsätzlich vorhandene Ansätze gewählt werden können, die eine möglichst gleichmäßige Abdeckung des dem Untersuchungsbereich entsprechenden k-Raums erlauben, so dass ein Wegfall eines Teils der Magnetresonanzdaten in einigen Subdatensätzen die grundsätzliche, qualitativ hochwertige Rekonstruierbarkeit kaum beeinflusst. Eine andere spezielle Ausgestaltung sieht vor, dass für mehrere oder gar alle Subdatensätze ein bestimmter Anteil um das k-Raumzentrums vermessen wird, um möglichst sicher zu stellen, dass hier eine hinreichende Abdeckung zur Verfügung steht.
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Im Gegensatz zu bekannten Bildgebungsverfahren ist die durch den vorgegebenen Aufnahmezeitraum definierte Messzeit bereits zuvor bekannt und es wird mit der bestmöglichen Bildqualität rekonstruiert, während gemäß des Standes der Technik Messungen gegebenenfalls wiederholt werden müssen oder zu Beginn unklar ist, wie lange die Messzeit sein wird. Datenpunktuntermengen, nämlich die Subdatensätze, welche in einer zumindest denkbaren theoretischen Ausgestaltung auch nur einen Datenpunkt enthalten können, werden anhand einer Bewegungsüberwachung bewertet, wobei nicht nur lokale Kriterien angewandt werden können, beispielsweise eine Beurteilung des Ausmaßes der Bewegung an einem einzelnen Zeitpunkt, sondern bevorzugt globale Auswahlkriterien betrachtet werden, welche beispielsweise bestimmen, welche Magnetresonanzdaten wie verwendet werden sollen, um Bewegungsartefakte zu minimieren und das Signal-zu-Rauschverhältnis zu maximieren.
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In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bewegungswert oder wenigstens einer des wenigstens einen Bewegungswertes aus den Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes selbst ermittelt wird, insbesondere durch Legen eines Navigators in den Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes im Ortsraum und/oder durch Ermitteln eines Qualitätsmaßes für den Subdatensatz. Es ist also denkbar, die Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes selbst auszuwerten, um wenigstens einen des wenigstens einen Bewegungswertes zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, insbesondere dann, wenn der Subdatensatz Daten aus dem k-Raumzentrum enthält, einen insbesondere eindimensionalen Navigator aus den Magnetresonanzdaten zu rekonstruieren, aus dem, beispielsweise als Lage einer Kante, der Bewegungswert ermittelt werden kann. Bei der Wahl der Lage des Navigators kann selbstverständlich auf Hintergrundwissen über den Untersuchungsbereich zurückgegriffen werden, welches beispielsweise aus einem Localizer oder dergleichen abgeleitet werden kann. Denkbar ist es auch, ein Qualitätsmaß für den Subdatensatz zu ermitteln, das beispielsweise angibt, wie verrauscht die Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes sind.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass der Bewegungswert oder wenigstens einer des wenigstens einen Bewegungswertes durch eine von der Ermittlung der Magnetresonanzdaten getrennte Messung ermittelt wird. Hierbei sind mehrere Vorgehensweisen denkbar, so dass beispielsweise vorgesehen sein kann, dass zur Messung des Bewegungswertes eine Navigatormessung mit der Magnetresonanzeinrichtung durchgeführt wird. Derartige Navigatormessungen sind im Stand der Technik bereits bekannt. Dabei handelt es sich um eindimensionale Messungen, die insbesondere die Lage einer Kante, beispielsweise bei der Atmung des Zwerchfells, nachverfolgen können. Die wenigstens eine Navigatormessung pro Subdatensatz kann vor oder nach Messung des entsprechenden Subdatensatzes durchgeführt werden, es sind jedoch auch Magnetresonanzsequenzen denkbar, bei denen die Navigatormessung letztlich in den Ablauf der eigentlichen Aufnahme der Magnetresonanzdaten eingebettet werden kann. Eine weitere Möglichkeit zur außerhalb der Aufnahme der Magnetresonanzdaten durchführbaren Messung ist eine weiteres Messmittel neben der Magnetresonanzeinrichtung, wobei auch diesbezüglich bereits Ansätze zur Bewegungsnachverfolgung in Magnetresonanzeinrichtungen bekannt sind, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden können. So kann vorgesehen sein, dass als weiteres Messmittel eine auf dem Patienten angeordnete Marker nachverfolgende Kamera und/oder ein Atemgurt und/oder das Magnetfeld als eine Feldkamera vermessende Referenzsonden eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung nutzt grundsätzlich bekannte Vorgehensweisen, um unterabgetastet Magnetresonanzdaten im k-Raum aufnehmen zu können, die es dennoch erlauben, eine vollständige, hochqualitativere Rekonstruktion durchzuführen. Die Verteilung der im k-Raum abgetasteten Punkte ist dann auch subdatensatzübergreifend so zu wählen, dass auch eine Rekonstruktion aus nur einem Teil der Subdatensätze ermöglicht wird. Dabei sind zwei grundsätzliche Herangehensweisen denkbar, nämlich zum einen eine kohärente Unterabtastung, bei der ein regelmäßiges Abtastmuster, beispielsweise jeden n-ten Punkt im k-Raum, verwendet wird, zum anderen eine inkohärente Unterabtastung, insbesondere also eine stochastische und/oder pseudorandomisierte Abtastung. Bei der kohärenten Aufnahme von Magnetresonanzdaten liegen mithin regelmäßige Abstände der einzelnen Datenpunkte im k-Raum vor. Der gesamte Aufnahmevorgang (Scan) wird mithin in mehrere Subaufnahmevorgänge (Einzelscans), aufgeteilt, die alle für sich einen relativ hohen Unterabtastungsfaktor in einer oder mehreren Phasenkodierrichtungen aufweisen, wobei die Abtastschemata der Subdatensätze zweckmäßigerweise einen Versatz zueinander aufweisen, so dass ein Zusammensetzen zu einem Kombinationsdatensatz mit niedrigerem Unterabtastungsfaktor möglich ist. Während bei der kohärenten Unterabtastung Aliasing-Artefakte deutlicher hervortreten und meist durch entsprechende Rekonstruktionsalgorithmen behandelt werden, ist bei der inkohärenten Unterabtastung das Aliasing als rauschähnlich anzusehen.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht mithin vor, dass die Abtastung des dem Untersuchungsbereich zugeordneten k-Raums in den Subzeiträumen stochastisch oder pseudorandomisiert erfolgt. Neben bekannten stochastischen Abtastungsverfahren, die auf eine Gleichverteilung der abgetasteten Punkte im k-Raum wenigstens außerhalb des k-Raumzentrums abzielen, ist auch ein pseudorandomisierter Ansatz denkbar, beispielsweise eine spezielle Vorgabe, innerhalb derer die zufällig gewählte Abtastung vorgenommen wird. Alternativ sind regelmäßige Muster zur Abtastung des dem Untersuchungsbereich zugeordneten k-Raums denkbar, beispielsweise ein regelmäßiges Auslassen von Punkten im k-Raum in einer oder mehreren Phasenkodierrichtungen. Grundsätzlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl radiale Abtastschemata als auch kartesische Abtastschemata denkbar, insbesondere auch in kombinierter Verwendung. Zweckmäßigerweise kann die Rekonstruktion des Magnetresonanzbilddatensatzes aus den ausgewählten Magnetresonanzdaten bei inkohärenter Abtastung nach einem iterativen Rekonstruktionsverfahren erfolgen oder bei kohärenter Abtastung nach einem linearen Rekonstruktionsverfahren, insbesondere einem GRAPPA-Verfahren oder mit einem SENSE-Verfahren. Ersichtlich können die verschiedenen, bereits bekannten Techniken hinsichtlich unterabgetasteter Magnetresonanzdaten auch im Hinblick auf die Rekonstruktion des insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes eingesetzt werden. Allgemein können im Rahmen der vorliegenden Erfindung verschiedene Techniken des „compressed sensing“, der parallelen Bildgebung und Vergleichbares zum Einsatz kommen, wie sie eingangs bereits auch zitiert wurden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Subdatensätze anhand des Bewegungswerts in wenigstens zwei Bewegungszustandsklassen einsortiert werden. Die gemessenen Magnetresonanzdaten, sortiert in Subdatensätzen, denen Bewegungswerte zugeordnet sind, können also nach verschiedenen Bewegungsphasen beziehungsweise allgemein verschiedenen Bewegungszuständen klassifiziert werden. Vorzugsweise werden zur Rekonstruktion des Magnetresonanzbilddatensatzes wenigstens die Subdatensätze der Bewegungszustandsklasse ausgewählt, die die meisten Magnetresonanzdaten enthält und/oder ein die Eignung für die Rekonstruktion beschreibendes Qualitätskriterium für den Bewegungswert erfüllt. Es wird also der Bewegungszustand, in dem die meisten Magnetresonanzdaten vorliegen oder dessen Magnetresonanzdaten für eine Rekonstruktion am besten geeignet sind, als Grundlage der Rekonstruktion des insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes herangezogen.
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Dabei müssen selbstverständlich nicht alle anderen Bewegungszustandsklassen außer der ausgewählten Bewegungszustandsklasse verworfen werden. So sieht eine vorteilhafte Variante der Erfindung vor, dass neben den Magnetresonanzdaten der ausgewählten Bewegungszustandsklasse auch die Magnetresonanzdaten wenigstens einer weiteren, ein Abweichungskriterium für die Bewegungswerte bezüglich der Bewegungswerte der Subdatensätze der ausgewählten Bewegungszustandsklassen erfüllenden Bewegungszustandsklasse berücksichtigt werden. Das bedeutet, es können auch Magnetresonanzdaten von Bewegungszustandsklassen herangezogen werden, deren Bewegungszustand bzw. Bewegungszustandsbereich nahe genug am Bewegungszustand bzw. Bewegungszustandsbereich der ausgewählten Bewegungszustandsklasse liegt. In diesem Kontext ist es besonders vorteilhaft, wenn die Magnetresonanzdaten der unterschiedlichen Bewegungszustandsklassen gewichtet verwendet werden, insbesondere mit einer in Abhängigkeit einer Abweichung der Bewegungswerte ihrer Bewegungszustandsklasse von denen der ausgewählten Bewegungszustandsklasse gewählten Gewichtung. Verschiedene Bewegungszustände können mithin unterschiedlich stark gewichtet in die Rekonstruktion einfließen, wobei die Gewichtung nach verschiedenen Kriterien, bevorzugt jedoch orientiert an der Abweichung des Bewegungszustands vom Bewegungszustand der ausgewählten Bewegungszustandsklasse, erfolgen. Es können unterschiedliche mathematische Funktionen verwendet werden, um die Gewichtungsfaktoren zu bestimmen, beispielsweise im Sinne einer linearen und/oder exponentiellen Abschwächung. Eine derartige gewichtete Berücksichtigung weiterer Magnetresonanzdaten lässt sich im Übrigen besonders einfach realisieren, wenn eine iterative Rekonstruktion des insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes erfolgt. Insgesamt erlaubt die Berücksichtigung weiterer Magnetresonanzdaten aus anderen Bewegungszustandsklassen, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu verbessern, da mehr Magnetresonanzdaten für die Rekonstruktion verwendet werden.
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Es sei im Übrigen angemerkt, dass Bewegungszustandsklassen üblicherweise über Intervalle des wenigstens einen jedem der Subdatensätze zugeordneten Bewegungswerts definiert werden. Dabei ist es selbstverständlich auch möglich, Bewegungszustandsklassen dynamisch zu definieren, beispielsweise indem das Gesamtintervall bestimmt wird, innerhalb dessen die Bewegungswerte liegen, welches dann entsprechend unterteilt werden kann. Auch kann eine Histogrammanalyse durchgeführt werden, im Übrigen auch im Hinblick auf die Auswahl wenigstens einer Bewegungszustandsklasse, welches beispielsweise angibt, in welchen Intervallen der Bewegungswerte wie viele Ereignisse liegen und dergleichen.
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Eine weitere Möglichkeit im Rahmen der vorliegenden Erfindung, neben den Magnetresonanzdaten der ausgewählten Bewegungszustandsklasse weitere Magnetresonanzklassen zu berücksichtigen, sieht vor, dass neben den Magnetresonanzdaten der ausgewählten Bewegungszustandsklasse auch die Magnetresonanzdaten wenigstens einer weiteren, ein die Möglichkeit der Korrektur der aufgrund der Bewegung entstandenen Unterschiede beschreibendes Korrigierbarkeitskriterium erfüllenden Bewegungszustandsklasse nach einer entsprechenden Korrektur berücksichtigt werden. Das bedeutet, es kann überwacht werden, ob Bewegungszustände existieren, bei denen die Bewegung im Hinblick auf den Bewegungszustand bzw. Bewegungszustandsbereich der ausgewählten Bewegungszustandsklasse korrigiert werden kann. Es kann also der Bewegungszustand, welcher am besten zur Rekonstruktion geeignet ist, von den bewegungsarmen Zuständen auf solche Bewegungszustände erweitert werden, für die beispielsweise eine erfolgreiche Registrierung stattfinden kann. Insbesondere kann also vorgesehen sein, dass das Korrigierbarkeitskriterium ein Maß für eine erfolgreiche Registrierung eines aus den Magnetresonanzdaten der ausgewählten Bewegungszustandsklasse ermittelten Zwischenbilddatensatzes mit einem aus den Magnetresonanzdaten der zu überprüfenden Bewegungszustandsklasse ermittelten Zwischenbilddatensatz, insbesondere anhand eines Mutual-Information-Maßes, ermittelt und mit einem Schwellwert vergleicht. Gerade Mutual-Information-Maße stellen Größen dar, die angeben, ob eine erfolgreiche Registrierung denkbar ist, mithin Magnetresonanzdaten eines Bewegungszustandes auf den Bewegungszustand der ausgewählten Bewegungszustandsklasse rückgerechnet werden können.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei der Durchführung einer Bewegungskorrektur die Bewegungswerte und/oder weitere bei der Ermittlung der Bewegungswerte ermittelte Bewegungsdaten zur Ermittlung wenigstens eines die Bewegung modellierenden Bewegungsparameters und/oder zur Einschränkung wenigstens eines Wertebereichs bei einer Registrierung ausgewertet werden. Selbstverständlich können solche Bewegungsdaten und/oder die Bewegungswerte selber auch bereits in das Korrigierbarkeitskriterium eingehen, welches selbstverständlich auch eine vorliegende Information berücksichtigen kann. Die Idee dieser Variante liegt darin, dass die Daten aus der Überwachung der Patientenbewegung für die Bewegungskorrektur ebenso genutzt werden können. Dabei ist es zum einen denkbar, die tatsächliche Bewegung im Untersuchungsbereich zu schätzen, zumindest jedoch kann der Wertebereich der Registrierungsparameter bei einer Registrierung eingeschränkt werden.
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Ausgestaltungen, in denen auf Bewegungskorrigierbarkeit überprüft wird und auch bewegungskorrigierte Magnetresonanzdaten anderer Bewegungszustandsklassen außerhalb der ausgewählten Bewegungszustandsklasse berücksichtigt werden können, erweisen sich als besonders vorteilhaft, wenn mehrere Bewegungszustandsklassen mit jeweils einer relativ großen Menge an Magnetresonanzdaten, mithin Subdatensätzen, vorliegen, was beispielsweise dann auftritt, wenn eine einzige stärkere Bewegung den Aufnahmezeitraum in zwei Anteile unterteilt, die jedoch bewegungsfrei oder zumindest sehr bewegungsarm sind. Derartiges kann beispielsweise auftreten, wenn während des Aufnahmevorgangs der Patient einschläft und beispielsweise sein Kopf zur Seite kippt. Bei herkömmlichen Verfahren müsste nun die Messung komplett wiederholt werden, während es das erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausgestaltung, in der auch auf Bewegungskorrekturen überprüft wird, vorteilhaft erlaubt, fast alle Magnetresonanzdaten dennoch in die Rekonstruktion des insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes einfließen zu lassen. Dies liegt bei wenigstens zwei größeren „Blöcken“ von Magnetresonanzdaten daran, dass für jeden dieser Blöcke Zwischenbilddatensätze im Ortsraum erzeugt werden können, die ausreichend sind, um eine Registrierung in hinreichender Qualität zu erlauben, dass die bewegungskorrigierten Phasen eines Bewegungszustands auf den Bewegungstand bzw. einen repräsentativen Bewegungszustand des Bewegungszustandsbereichs der ausgewählten Bewegungszustandsklasse rückgerechnet werden können.
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Allgemein sieht eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung vor, dass für wenigstens einen reservierten Subzeitraum am Ende des Aufnahmezeitraums die Messung eines in einem vorherigen Subzeitraum bereits vermessenen Subdatensatzes wiederholt wird, wobei der erneut aufzunehmende Subdatensatz dynamisch anhand einer Auswertung der Bewegungswerte aller bis zu diesem Subzeitraum aufgenommenen Subdatensätze gewählt wird. Selbstverständlich können dann, wenn ein Subdatensatz neu aufgenommen wird, die bisherigen Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes verworfen werden. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahren sieht also vor, dass ein Teil der gesamten Messzeit, also des vorgegebenen Aufnahmezeitraums, am Ende des Aufnahmezeitraums dafür reserviert ist, einen Teil der vorangegangenen Datenpunkte erneut aufzunehmen. Diese zusätzlichen Subaufnahmevorgänge für Subdatensätze können zwar grundsätzlich nach einem fest vorgegebenen Schema festgelegt werden, bevorzugt ist es jedoch, dynamisch anhand der bisher aufgenommenen Magnetresonanzdaten und der Bewegungswerte zu bestimmen, welche Magnetresonanzdaten erneut aufgenommen werden sollen, beispielsweise, indem der Teil bzw. die Teile der Magnetresonanzdaten durch die Bewegungsüberwachung identifiziert wird, der am meisten durch Bewegung im Untersuchungsbereich gestört ist. Beispielsweise kann eine Histogrammanalyse bei der Einteilung in Bewegungszustandsklassen vorgenommen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn zu erwarten ist, dass Bewegungen kurzzeitig stattfinden und der Patient danach wieder ungefähr in seine Ausgangslage zurückkehrt. Typische Beispiele für solche kurzfristigen Bewegungen sind Zuckungen, Husten, Schluckbewegungen, Blinzeln und dergleichen.
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Dabei ist es im Übrigen denkbar, die Anzahl der reservierten Subzeiträume in Abhängigkeit einer die zu erwartenden Bewegungen beschreibenden Patienteninformation auszuwählen. Ist von vornherein bekannt, ob bei dem speziellen zu untersuchenden Patienten mit eher mehr oder eher weniger Bewegung zu rechnen ist, kann die Anzahl der reservierten Subzeiträume mithin entsprechend angepasst werden. Dabei ist es denkbar, dass als Patienteninformation eine aus wenigstens einer vorangegangenen Messung mit dem Patienten in der Magnetresonanzeinrichtung ermittelte Information und/oder eine insbesondere von einem Benutzer eingegebene Verhaltensinformation verwendet wird. Neben einer Angabe über den Patientenzustand durch eine Bedienperson ist es mithin auch möglich, diesen automatisch aus Vormessungen, beispielsweise Localizer-Aufnahmen oder vorangegangenen Magnetresonanzmessungen der aktuellen Untersuchung zu bestimmen. Dabei ist auch eine Variante der vorliegenden Erfindung möglich, bei der die Anzahl der reservierten Subzeiträume dynamisch bereits während des Aufnahmevorgangs erst festgelegt wird, beispielsweise, indem nach einer vorgegebenen Anzahl von Subzeiträumen die bislang aufgenommenen Bewegungswerte zur Ermittlung der Patienteninformation ausgewertet werden, die dann angibt, wie stark die vorhandene Bewegung, insbesondere verglichen mit beispielsweise empirisch bestimmten Referenzwerten, des Patienten einzuschätzen ist.
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Wie bereits dargelegt wurde, ist es besonders zweckmäßig, wenn sich die Subdatensätze bezüglich der im k-Raum abgetasteten Datenpunkte gegenseitig ergänzen, so dass allgemein gesagt eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorsieht, dass in allen oder zumindest allen vor einem reservierten Subzeitraum aufzunehmenden Subdatensätzen wenigstens teilweise unterschiedliche Anteile des dem Untersuchungsbereich zugeordneten k-Raums abgetastet werden. Dabei kann eine zweckmäßige Ausgestaltung vorsehen, dass in wenigstens zwei, insbesondere allen, Subzeiträumen ein vorbestimmter Bereich um das k-Raumzentrum des dem Untersuchungsbereich entsprechenden k-Raums, insbesondere vollständig, abgetastet wird. Auf diese Weise wird letztlich, insbesondere bei Aufnahme des k-Raumzentrums in allen Subdatensätzen, sichergestellt, dass für jeden Bewegungszustand im Zweifel Magnetresonanzdaten aus dem k-Raumzentrum vorliegen. Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn sich unter Zusammennahme aller und/oder eines vorbestimmten Anteils der Subdatensätze ein vorbestimmter Unterabtastungsfaktor ergibt. Ist beispielsweise empirisch bekannt, dass aufgrund der Bewegungen üblicherweise 80 % der aufgenommenen Magnetresonanzdaten genutzt werden können, ist es zweckmäßig, die unterschiedlichen unterabgetasteten Anteile des k-Raums für die unterschiedlichen Subzeiträume so möglichst gleich verteilt zu gestalten, dass bei Verwendung eines derartigen Anteils an Magnetresonanzdaten ein bestimmter, gewollter Unterabtastungsfaktor, beispielsweise der Unterabtastungsfaktor 2, entsteht. Auf diese Weise wird letztlich ein Aufnahmekonzept geschaffen, das eine gleichmäßige Abtastung des k-Raums und eine gewisse Bildqualität zumindest weitestgehend sicherstellt.
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Der Erfindungsgedanke kann auch derart weitergebildet werden, dass der Magnetresonanzbilddatensatz zum Abschluss einer mehrere Teiluntersuchungen umfassenden Untersuchung mit der Magnetresonanzeinrichtung aufgenommen wird, wobei der für den Aufnahmevorgang feste Aufnahmezeitraum als eine vorbestimmte, festgelegte Untersuchungsdauer abzüglich der Dauern der vorangegangenen Teiluntersuchungen vorgegeben wird. In der Praxis ist es häufig so, dass die dreidimensionale Messung, aus der dann der dreidimensionale Magnetresonanzbilddatensatz resultieren soll, zum Abschluss eines Gesamt-Untersuchungsvorgangs des Patienten durchgeführt wird. Es kann nun im Vorfeld, insbesondere im Rahmen einer Planung der Nutzung der Magnetresonanzeinrichtung über einen bestimmten Zeitraum, für die Untersuchung von Anfang an eine Untersuchungsdauer festgelegt werden, die zumindest vor dem Aufnahmevorgang für den insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatz dynamisch die für diesen zur Verfügung stehende Zeit anhand der bislang für Untersuchungen verbrauchten Anteile der Untersuchungsdauer berechnet. Ließen sich die vorangehenden Untersuchungen besonders schnell durchführen, kann der Aufnahmezeitraum vor Beginn des Aufnahmevorgangs länger vorgegeben werden, wurde mehr Zeit für die vorangegangenen Teiluntersuchungen benötigt, steht eine entsprechend kürzere Zeit für den während der Aufnahme der Magnetresonanzdaten festen Aufnahmezeitraum bereit.
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Eine weitere, bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass bereits während des Aufnahmezeitraums Subdatensätze ausgewählt und ein Vorabbilddatensatz auf deren Grundlage rekonstruiert wird, wobei dann, wenn der Vorabbilddatensatz ein eine minimale geforderte Bildqualität beschreibendes Qualitätskriterium erfüllt, der Aufnahmevorgang vor Ablauf des Aufnahmezeitraums abgebrochen wird und der zuletzt bestimmte Vorabbilddatensatz als Magnetresonanzbilddatensatz verwendet wird. Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, dass bei der Gestaltung und Unterteilung des Aufnahmezeitraums in Subzeiträume sowie bezüglich der in den Subzeiträumen aufzunehmenden Magnetresonanzdaten ein gewisser Puffer geschaffen werden soll, der es auch bei auftretenden, nicht korrigierbaren und/oder nicht gewichtet berücksichtigbaren Magnetresonanzdaten dennoch erlaubt, einen hinreichend qualitativ hochwertigen insbesondere dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatz zu rekonstruieren. Treten über eine längere Zeit jedoch ohnehin keine Bewegungen auf, die zu einem Verwerfen von Magnetresonanzdaten führen würden, und kann mithin ein Magnetresonanzbilddatensatz der gewünschten Qualität bereits vor Ablauf des Aufnahmezeitraums rekonstruiert werden, ist es nicht mehr nötig, die verbleibenden Magnetresonanzdaten noch aufzunehmen und die Aufnahme kann abgebrochen werden. Hierzu wird mithin in Echtzeit wenigstens teilweise ein Vorabbilddatensatz aus ausgewählten Subdatensätzen beziehungsweise gegebenenfalls weiteren, gewichtet und/oder bewegungskorrigiert zu berücksichtigenden Subdatensätzen, rekonstruiert und hinsichtlich der vorliegenden Bildqualität überprüft. Liegt eine hinreichende Bildqualität vor, ist also das Qualitätskriterium erfüllt, kann die Aufnahme vor Ablauf des Aufnahmezeitraums abgebrochen werden. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die Auswertung des Qualitätskriteriums für eine vorbestimmte, zweidimensionale Schicht im Untersuchungsbereich erfolgt, da dann die hier beschriebene Echtzeitanforderung leichter realisiert werden kann und Berechnungsressourcen eingespart werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass während des Aufnahmevorgangs bei ein eine starke, insbesondere bei einer Vorausberechnung die Nichterfüllung eines Qualitätsziel für den Magnetresonanzbilddatensatz zur Folge habende Bewegung seitens des Patienten anzeigendes Ausgabekriterium erfüllenden bislang ermittelten Bewegungswerten eine den Patienten und/oder eine Bedienperson auf die zu starke Bewegung hinweisende Hinweisinformation ausgegeben wird. Wird also aus den Bewegungswerten bereits während des Aufnahmevorgangs klar, dass das Risiko besteht, dass das gewünschte Qualitätsziel nicht erreicht werden kann, kann der Patient durch die Ausgabe einer entsprechenden Hinweisinformation gebeten werden, die Zahl der Bewegungen, soweit möglich, zu reduzieren. Auf diese Weise kann dynamisch während des Aufnahmevorgangs letztlich überwacht werden, ob eine hinreichende Kooperation seitens des Patienten zur Verfügung steht. Selbstverständlich können derartige Hinweisinformationen auch an Bedienpersonen ausgegeben werden, die dann auch beruhigend auf den Patienten einwirken und ihn zur verbesserten Kooperation motivieren können. So wird letztlich auch ein Feedback der Bewegungsüberwachung erzeugt, welches während des Aufnahmevorgangs unmittelbar genutzt werden kann.
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Es sei noch angemerkt, dass in der praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Aufnahmezeiträume meist im Minutenbereich liegen werden, beispielsweise also im Bereich von 1 bis 10 Minuten. Subzeiträume werden entsprechend eher im Sekundenbereich liegen, beispielsweise bei 1 bis 10 Sekunden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann die Steuereinrichtung also eine Aufnahmeeinheit aufweisen, die die sonstigen Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten, gegebenenfalls bei entsprechender Ausgestaltung auch eines Navigators, ansteuern kann. Zudem ist eine Bewegungsüberwachungseinheit vorgesehen, die die Bewegungswerte für die verschiedenen Subzeiträume ermittelt und den entsprechenden Subdatensätzen zuordnet. In einer Rekonstruktionseinheit werden anhand der Bewegungswerte die zur Rekonstruktion des insbesondere dreidimensionalen Bilddatensatzes heranzuziehenden Subdatensätze beziehungsweise Bewegungszustandsklassen ausgewählt und die Rekonstruktion wird durchgeführt. Weitere Einheiten können weitere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens realisieren.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 erneut aufzunehmende Subdatensätze in reservierten Subzeiträumen,
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3 ein Histogramm der Verteilung von Subdatensätzen auf Bewegungszustandsklassen in einem ersten Ausführungsbeispiel,
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4 eine mögliche Verteilung von Subdatensätzen auf Bewegungszustandsklassen bei einer stattgefundenen, nicht umgekehrten Bewegung während des Aufnahmevorgangs in einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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5 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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Im Folgenden soll nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens genauer dargestellt werden. Darin geht es um die Aufnahme eines dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes eines gegebenenfalls einer Bewegung unterworfenen Untersuchungsbereichs eines Patienten, wobei sich, wie dargelegt, das Verfahren auch bei anderen Dimensionalitäten einsetzen lässt. Der Aufnahmevorgang für die entsprechenden Magnetresonanzdaten, die zumindest teilweise der Rekonstruktion des dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes zugrunde liegen sollen, wird dabei zum Abschluss einer Untersuchung durchgeführt. Um mithin den für den Aufnahmevorgang festen Aufnahmezeitraum vorzugeben, werden im Schritt S1 die Dauern der vorangegangenen Teiluntersuchungen der Untersuchung addiert und von der vorbestimmten, festgelegten Untersuchungsdauer, die auch der Planung der Nutzung der Magnetresonanzeinrichtung zugrunde liegt, abgezogen. Dabei kann selbstverständlich auch eine maximale Länge des Aufnahmezeitraums festgelegt werden, die nicht überschritten wird, so dass die Untersuchungsdauer dann insgesamt kürzer ausfällt als angenommen, was jedoch nicht nachteilhaft ist.
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Der feste, derart vorgegebene Aufnahmezeitraum wird nun in einem Schritt S2 in Subzeiträume unterteilt, in denen jeweils Subdatensätze mit Magnetresonanzdaten aufgenommen werden sollen. Mithin wird der gesamte Aufnahmevorgang in Teilaufnahmen unterteilt. Dabei ist jeder Subdatensatz unterabgetastet, wobei jedoch vorgesehen sein kann, dass innerhalb jedes Subdatensatzes eine vollständige Abtastung eines Bereichs um das Zentrum des dem Untersuchungsbereich entsprechenden k-Raums abgetastet wird, um hierzu in jedem Fall Daten vorliegen zu haben. Andere Beispiele sehen eine seltenere, jedoch dennoch mehrfache Abtastung des Bereichs um das k-Raumzentrum vor. So soll sichergestellt werden, dass zumindest für die später relevanten Bewegungszustände Daten aus dem Zentrum des k-Raums vorliegen. Die Unterabtastung für die Subdatensätze ist dabei in jedem Fall so gewählt, dass sich die einzelnen Subdatensätze ergänzen, mithin der Unterabtastungsfaktor mit der Kombination mehrerer Subdatensätze sinkt. Zudem ist bei der Planung der Aufnahmen in den Subzeiträumen darauf zu achten, dass sich bei unterschiedlichen Kombinationen von Subdatensätzen dennoch eine möglichst gleich verteilte Abtastung des dem Untersuchungsbereich entsprechenden k-Raums ergibt. Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn eine stochastische oder eine pseudorandomisierte Unterabtastung erfolgt. Letztlich jedoch können verschiedenste Arten von Unterabtastungen eingesetzt werden, zu denen bekannt ist, dass sich entsprechende Rekonstruktionsverfahren für dreidimensionale Magnetresonanzbilddatensätze entsprechend anwenden lassen. Entsprechende Vorgehensweisen, die möglichst gleichverteilte Abtastungsmuster auch bei unterschiedlichen Kombinationen von Subdatensätzen erlauben, wurden bereits vorgeschlagen; beispielsweise können Konzepte eingesetzt werden, bei denen bei der radialen Abtastung aufeinanderfolgende radial abzutastende Speichen im k-Raum immer einen Abstand eines goldenen Winkels aufweisen und dergleichen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wurden nun durch einen Bediener bereits Patienteninformationen eingegeben, die angeben, mit wie starken Bewegungen des Patienten, insbesondere im Untersuchungsbereich, zu rechnen ist, beispielsweise also, ob der Patient eher ruhig oder eher unruhig ist, an Klaustrophobie leidet und dergleichen. Solche Bewegungsinformationen können auch aus Vorabaufnahmen mit der Magnetresonanzeinrichtung bereits abgeleitet werden, beispielsweise aus Ergebnissen der vorangegangenen Teiluntersuchungen und/oder aufgenommenen Localizer. Abhängig von dieser Patienteninformation wird eine Anzahl von reservierten Subzeiträumen zum Ende des Aufnahmezeitraums festgelegt, die zur Wiederholung der Aufnahme von Subdatensätzen dienen, die als für die Rekonstruktion ungeeignet klassifiziert wurden. Hierauf wird im Folgenden noch näher eingegangen werden.
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In einem Schritt S3 beginnt nun die Aufnahme der Magnetresonanzdaten der Subdatensätze in den entsprechenden Subzeiträumen, wobei parallel zu jedem Subdatensatz wenigstens ein Bewegungswert ermittelt wird, der den Bewegungszustand des Untersuchungsbereichs während der Aufnahme des Subdatensatzes beschreibt. Während dies grundsätzlich aus den Magnetresonanzdaten des Subdatensatzes selbst bereits abgeleitet werden kann, beispielsweise durch geeignetes Legen eines Navigators, insbesondere dann, wenn das k-Raumzentrum mit abgetastet wurde, sind jedoch auch zusätzliche Navigatormessungen mit der Magnetresonanzeinrichtung möglich, wie sie im Stand der Technik grundsätzlich bekannt sind. Auch zusätzliche Messmittel können eingesetzt werden, beispielsweise Atemgurte, Marker nachverfolgende optische Sensoren, insbesondere Kameras, auf Feldkameras basierende Nachverfolgungsmöglichkeiten für Bewegung und dergleichen. Dabei ist selbstverständlich auch ein kumulativer Einsatz von Quellen zum Bewegungszustand des Patienten, insbesondere des Untersuchungsbereichs, denkbar, wobei dann entsprechend mehrere Bewegungswerte verwendet werden können und/oder ein Bewegungswert als Teilkombination von Bewegungsdaten zusammengefasst werden kann.
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Nach der Aufnahme jedes Subdatensatzes beziehungsweise auch schon während der Aufnahme des nächsten Subdatensatzes werden jeweils die optionalen Schritte S5 und S6 durchgeführt, wobei gegebenenfalls auch eine Schwelle als eine Mindestzahl von Subdatensätzen, die bereits aufgenommen wurden, vorgesehen sein kann, bevor die Überprüfungen in den optionalen Schritten S5 und S6 durchgeführt werden.
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In dem Schritt S5 wird letztlich ein Vorabbilddatensatz aus ausgewählten Subdatensätzen, wie im Folgenden noch näher dargelegt werden wird, rekonstruiert, und es wird überprüft, ob dieser Vorabbilddatensatz bereits ein eine minimale geforderte Bildqualität beschreibendes Qualitätskriterium erfüllt. Das Qualitätskriterium wird dabei bevorzugt, um die Echtzeit-Realisierung des optionalen Schritts S5 zu ermöglichen, in einem zweidimensionalen Schichtbild ausgewertet. Ist das Qualitätsziel bereits vor Ende des Aufnahmezeitraums erreicht, kann gemäß dem Schritt S7 der Aufnahmevorgang schon abgebrochen werden, wobei der entsprechende Vorabbilddatensatz dann als dreidimensionaler Magnetresonanzbilddatensatz verwendet werden kann.
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Im optionalen Schritt S6 werden die bislang erhaltenen Bewegungswerte dahingehend anhand eines Ausgabekriteriums bewertet, ob eine Nichterfüllung des Qualitätsziels für den dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatz droht, falls sich die Bewegungsaktivität des Patienten entsprechend fortsetzt.
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Ist dies der Fall, wird in einem Schritt S8 eine Hinweisinformation an den Patienten und gegebenenfalls vorhandene Bedienpersonen ausgegeben, die auf die Reduzierung der Bewegungsaktivität abstellt.
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In einem Schritt S9 wird abgefragt, ob ein reservierter Subzeitraum am Ende des Aufnahmezeitraums erreicht wurde. Falls nicht, wird der nächste Subdatensatz für einen nicht reservierten Subzeitraum aufgenommen. Ist jedoch nicht das Ende des Aufnahmezeitraums erreicht, was in Schritt S10 überprüft wird, und soll ein Subdatensatz in einem reservierten Subzeitraum aufgenommen werden, wird im Schritt S11 durch Auswertung der bislang vorliegenden Bewegungswerte entschieden, welcher Subdatensatz in dem reservierten Subzeitraum neu aufgenommen werden soll.
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Dies sei im Hinblick auf 2 näher erläutert. Diese zeigt schematisch den für den Aufnahmevorgang festen Aufnahmezeitraum 1, der in entsprechende Subzeiträume 2, 3 unterteilt ist. Drei am Ende des Aufnahmezeitraums 1 liegende Subzeiträume bilden die reservierten Subzeiträume 3. Zum Zeitpunkt 4 liegen also beispielsweise, wie im unteren Bereich der 2 angedeutet, eine bestimmte Anzahl n von Subdatensätzen 5 mit zugeordneten Bewegungswerten 6 vor. Aus einer Analyse der Bewegungswerte 6, insbesondere einer Histogrammanalyse, wie sie später auch hinsichtlich der Rekonstruktion des dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes vorgenommen werden wird, lässt sich entscheiden, welche Magnetresonanzdaten welches Subdatensatzes voraussichtlich besonders ungeeignet beziehungsweise am ungeeignetsten sind, bei der Rekonstruktion des dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes verwendet zu werden. Diese Subdatensätze lassen sich dann, wie durch die Pfeile 7 angedeutet wird, in jeweiligen reservierten Subzeiträumen 3 erneut aufnehmen, wobei die bisherigen entsprechenden Magnetresonanzdaten verworfen werden.
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Es sei an dieser Stelle nochmals angemerkt, dass die Prinzipskizze der 2 nur der Veranschaulichung dient. Üblicherweise kann die Dauer eines Aufnahmezeitraums beispielsweise im Bereich einiger Minuten betragen, beispielsweise im Bereich von 3 bis 10 Minuten. Die Subzeiträume können dabei im Sekundenbereich gewählt werden, beispielsweise im Bereich von 1 bis 20 Sekunden, insbesondere 10 Sekunden.
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In einem Schritt S12 ist die Aufnahme von Bewegungsdaten abgeschlossen und es liegen nun die Anzahl n von Subdatensätzen 5 mit zugeordneten Bewegungswerten 6 vor, die nun genutzt werden, um die Subdatensätze 5 in verschiedene Bewegungszustandsklassen einzuteilen, die anhand der vorliegenden Bewegungswerte 6 selbst definiert werden können oder über bestimmte Intervalle für die Bewegungswerte 6 vorgegeben werden können. Fallen alle des wenigstens einen Bewegungswerts 6 einer Subklasse 5 in alle des wenigstens einen Intervalls für den Bewegungswert 6, der einer Bewegungszustandsklasse zugeordnet ist, wird der Subdatensatz 5 als Teil dieser Bewegungszustandsklasse beurteilt. Ebenso im Schritt S12 wird nun entschieden, welche Magnetresonanzdaten welcher Subdatensätze 5, mithin konkret welcher Bewegungszustandsklassen, zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatzes beitragen sollen. Dabei werden Auswahlkriterien eingesetzt, wobei beispielsweise eine Bewegungszustandsklasse ausgewählt werden kann, die die meisten Magnetresonanzdaten, also die meisten Subdatensätze 5, enthält, wobei auch die Eignung für die Rekonstruktion beschreibende Qualitätskriterien für den Bewegungswert 6 und/oder die Magnetresonanzdaten der Bewegungszustandsklasse berücksichtigt werden können. Beispielsweise kann überwacht werden, dass eine hinreichend gleichmäßige Abdeckung des k-Raums gegeben ist.
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Dies sei anhand der 3 und 4 im Folgenden näher erläutert. Diese zeigen jeweils in Histogrammen die Anzahl N von Subdatensätzen 5 in Bewegungszustandsklassen Z, die hier durch Intervalle für den Bewegungswert 6 definiert werden. Gemäß 3 liegen in einer Bewegungszustandsklasse 8 die meisten Subdatensätze 5, mithin die meisten Magnetresonanzdaten vor, so dass diese Bewegungszustandsklasse 8 grundlegend ausgewählt wird, um für diesen Bewegungszustand den dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatz zu rekonstruieren. Dies schließt jedoch nicht aus, dass bei der nun folgenden Rekonstruktion auch Magnetresonanzdaten nicht stark abweichender Bewegungszustände berücksichtigt werden können, wobei vorliegend neben der ausgewählten Bewegungszustandsklasse auch Magnetresonanzdaten der Bewegungszustandsklassen 9 und 10 in die Rekonstruktion eingehen werden, da sie ein Abweichungskriterium für die Bewegungswerte 6 erfüllen, welches anzeigt, dass die Abweichung der Bewegungszustände nur gering ist. Allerdings gehen diese Magnetresonanzdaten der Bewegungszustandsklassen 9 und 10 geringer gewichtet in die Rekonstruktion ein, wobei die Gewichtung vom Abweichungsgrad des Bewegungszustands vom durch die Bewegungszustandsklasse 8 nach dem Aufnahmevorgang definierten Referenzbewegungszustand abhängig gewählt wird.
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3 zeigt im Übrigen auch im Histogramm einzelne Subdatensätze in den Bewegungszustandsklassen 11, 12 und 13, deren Bewegungszustände deutlich von der ausgewählten Bewegungszustandsklasse 8 abweichen und die klassische Kandidaten für eine erneute Vermessung in reservierten Subzeiträumen 3, wie bezüglich der 2 erläutert, darstellen, falls diese hier gezeigte Histogrammbetrachtung nach Echtzeit-Klassifizierung der Subdatensätze 5 im Schritt S11 durchgeführt wird.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Histogramm, das die Zahl von Subdatensätzen in Bewegungszustandsklassen Z angibt. Im dort gezeigten Fall ist der Patient während des Aufnahmevorgangs eingeschlafen, so dass eine tatsächliche Bewegung nur zu einem bestimmten Zeitpunkt beziehungsweise in einem bestimmten kurzen Zeitintervall eintrat, ansonsten jedoch der Untersuchungsbereich weitgehend unbewegt war. Dies äußert sich darin, dass die meisten Subdatensätze in der Bewegungszustandsklasse 14 einsortiert sind, welche mithin als ausgewählte Bewegungszustandsklasse 14 der Rekonstruktion zu Grunde zu legen wäre. Nichtsdestotrotz liegt auch eine nennenswerte Anzahl von Subdatensätzen 5 in der Bewegungszustandsklasse 15 vor, deren Bewegungszustand sich deutlich von dem der Bewegungszustandsklasse 14 unterscheidet. Nichtsdestotrotz können auch die Magnetresonanzdaten der Bewegungszustandsklasse 13 in die Rekonstruktion eingehen, wenn eine Korrektur möglich ist, was im vorliegenden Fall im Schritt S12 durch ein Korrigierbarkeitskriterium abgedeckt wird. Hierzu wird ein Vergleichsmaß, vorliegend ein Mutual-Information-Maß, im Ortsraum gebildet, welches letztlich die Registrierbarkeit der Magnetresonanzdaten, konkret aus ihnen rekonstruierter Zwischenbilddatensätze, aufeinander anzeigt. Ist das Korrigierbarkeitskriterium erfüllt, wird die entsprechende Registrierung bestimmt und die Magnetresonanzdaten der Bewegungszustandsklasse 13 werden auf den Bewegungszustand der Bewegungszustandsklasse 14 durch eine entsprechende Bewegungskorrektur umgerechnet und können die Rekonstruktion eingehen. Bei der Ermittlung dieser Registrierung, die aufgrund der vielen vorliegenden Magnetresonanzdaten in beiden Bewegungszustandsklassen 13, 14 wohl fundiert ist, werden zur Modellierung der Bewegung durch Bewegungsparameter und/oder zumindest zur Einstellung von Grenzen von Registrierungsparametern auch die Bewegungswerte 6 beziehungsweise diesen zu Grunde liegende Bewegungsdaten, die die Bewegung ja beschreiben, berücksichtigt.
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Selbstverständlich ist auch eine Kombination dieser beiden Varianten zur Ermittlung weiterer im Rahmen der Rekonstruktion zu berücksichtigender Bewegungszustandsklassen 9, 10, 13 möglich, um eine möglichst breite Basis zur Rekonstruktion des dreidimensionalen Bilddatensatzes zu erhalten.
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Sind alle Magnetresonanzdaten beziehungsweise Subdatensätze 5 identifiziert, die in die Rekonstruktion eingehen sollen, wird die Rekonstruktion im Schritt S13, vgl. wiederum 1, durchgeführt. Dabei wird zweckmäßigerweise bei inkohärenter Abtastung ein iteratives Rekonstruktionsverfahren eingesetzt, während bei kohärenter Abtastung des k-Raums ein lineares Rekonstruktionsverfahren, insbesondere ein GRAPPA-Verfahren, eingesetzt wird.
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5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 16. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 17 auf, die eine Patientenaufnahme 18 definiert, in die ein Patient mittels einer hier nicht näher gezeigten Patientenliege eingefahren werden kann. Die Patientenaufnahme 18 umgebend sind meist eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordnung vorgesehen.
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Gesteuert wird der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 16 von einer Steuereinrichtung 19, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Dazu weist die Steuereinrichtung 19 wenigstens eine Aufnahmeeinheit zur Ansteuerung der weiteren Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung 16 zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten der Subdatensätze, eine Bewegungsüberwachungseinheit zur Ermittlung der Bewegungswerte 6 und eine Rekonstruktionseinheit auf, die auch die Auswahl der in die Rekonstruktion eingehenden Subdatensätze übernimmt. Eine weitere Einheit kann eine Analyseeinheit sein, die die beschriebenen Histogrammbetrachtungen und auch die Einteilungen in Bewegungszustandsklassen vornehmen kann.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel 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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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6614225 B1 [0003]
- US 2014/0125335 A1 [0007, 0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- M. Griswold et al., „Generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA)“, Magn. Reson. Med. 47 (2002), Seiten 1202–1210 [0003]
- E.J. Larkman et al., JMRI 13 (2001), Seiten 313–317, oder den Artikel von K. Setsompop et al., MRM 67 (2011), Seite 1210–1224 [0003]
