DE102015208939B4

DE102015208939B4 - Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren bei MR-Signalen

Info

Publication number: DE102015208939B4
Application number: DE102015208939.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kannengiesser; Marcel Dominik Nickel
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2017-03-16
Anticipated expiration: 2035-05-14
Also published as: US20160334482A1; US10302720B2; DE102015208939A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren (c(t)) mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt (U) umfassend die Schritte: – Aufnehmen von Messdaten (MD) des Untersuchungsbereichs in einem zeitlichen Verlauf mittels einer Testmessung (101), – Bestimmen des Beitrags (MD') mindestens eines der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten (MD), – Bestimmen von Dephasierungsfaktoren (c(t)) des mindestens einen spektralen Anteils auf Basis des für diesen bestimmten Beitrags (MD') in den aufgenommenen Messdaten (MD) im zeitlichen Verlauf.

Description

Die Erfindung betrifft die Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt mittels Testmessungen sowie ein Verfahren zur Anwendung der bestimmten Dephasierungsfaktoren, eine entsprechende Magnetresonanzanlage sowie ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einer Magnetresonanzanlage in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer sogenannten k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z. B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Im Rahmen von MR-Messungen von Kernspins kann es möglich sein, in MR-Daten enthaltene spektrale Anteile zu separieren. Die spektralen Anteile können unterschiedliche Spinspezies bezeichnen, z. B. Kernspins in einer Fett-Umgebung und einer Wasser-Umgebung. Hierzu werden häufig sog. Chemical-shift-imaging Multiecho-MR-Messsequenzen im Rahmen von Dixon-Techniken eingesetzt. Solche Techniken machen sich typischerweise den Effekt zunutze, dass die Resonanzfrequenz von Kernspins von der molekularen bzw. chemischen Umgebung abhängt. Dieser Effekt wird als chemische Verschiebung (engl. „chemical shift”) bezeichnet. Verschiedene Spinspezies weisen damit unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf, aus denen sich das gemessene Spektrum der MR-Daten zusammensetzt. Z. B. kann die Differenz zwischen zwei Resonanzfrequenzen verschiedener spektraler Anteile in ppm (engl. „parts per million”, d. h. 10^–6) ausgedrückt werden.
Manche chemische Spezies, z. B. Wasser, haben monofrequente MR-Spektren, andere wie z. B. Fett haben ein nicht monofrequentes MR-Spektrum. Andere bestehen aus multiplen, gekoppelten Resonanzen, die ein bekanntes Amplitudenverhältnis, ggf. eine bekannte vorhandene Phasenlage sowie bekannte Frequenzunterschiede aufweisen. Dieses Vorwissen lässt sich bei der Bestimmung des Gesamtsignals von diesen Spezies ausnutzen, siehe beispielsweise S. W. Provencher et al., „Estimation of metabolite concentrations from localized in vivo proton NMR spectra” MRM 30: S. 672–679 (1993).
Oftmals wird das MR-Signal von Wasserstoff-Kernspins in Wasser als ein erster spektraler Anteil und Wasserstoff-Kernspins in Fettsäureketten als ein zweiter spektraler Anteil betrachtet. In einem solchen Fall können anhand von MR-Daten ein Wasser-MR-Bild und ein Fett-MR-Bild bestimmt werden, d. h. jeweils einzelne MR-Bilder der beiden spektralen Anteile. Dies ist für verschiedenste, z. B. klinische und/oder medizinische, Anwendungen interessant.
Um die spektralen Anteile voneinander trennen zu können, werden im Rahmen der Dixon-Technik bei mehreren Echozeiten MR-Signale erfasst. Die MR-Signale bilden zusammen die MR-Daten. Die unterschiedlichen spektralen Anteile weisen zu den unterschiedlichen Echozeiten unterschiedliche Phasenlagen und Amplituden auf. Unter Berücksichtigung dieses Effekts kann es möglich sein, die Mengen der chemischen Spezies separat zu bestimmen.
Dazu wird im Allgemeinen auf ein Signalmodell zurückgegriffen, welches die gemessenen bzw. erfassten MR-Daten mit verschiedenen physikalisch relevanten Größen verknüpft. Die verschiedenen Größen umfassen insbesondere die zu bestimmenden verschiedenen spektralen Anteile, deren Spektren, sowie – je nach Genauigkeit, Umfang und Komplexität des Signalmodells – weitere Unbekannte des Messsystems. Dann kann es möglich sein, für jeden Bildpunkt der MR-Daten die in dem Signalmodell berücksichtigten spektralen Anteile zu bestimmen.
Das Spektralmodell für Fett als einem spektralen Anteil ist z. B. bekannt aus Hamilton G. et al., ”In vivo characterization of the liver fat ¹H MR spectrum”, NMR Biomed. 24: S. 784–790 (2011).
Je nach gewähltem Spektralmodell können die Ergebnisse jedoch variieren, da jeweils unterschiedliche Annahmen über die Beschaffenheit des zugrundeliegenden Spektrums des Fetts gemacht werden.
Die Fettspektren können zwar gemäß dem Vorgehen von Hamilton et al. individuell kalibriert werden, um als Teil des Signalmodells für Dixon-Techniken zu dienen. Dies erfordert jedoch einen hohen Zeitaufwand, sowie einen hohen Grad an Expertise und Erfahrung. Hinzu kommt, dass bei Dixon-Techniken mit wenigen Echozeiten das Fettspektrum nur für entsprechend wenige komplexwertige Dephasierungsfaktoren (Phasenlage und Amplitude) im Zeitbereich ausgewertet wird.
Aus der DE 10 2004 011 874 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine initial angeregte Magnetisierung nach einem Zeitintervall TR/2 einer im Abstand TR äquidistanten Folge von mehreren Hochfrequenzpulsen unterworfen wird und die eingesetzten Magnetfeldgradienten in jedem TR-Intervall so angewendet werden, dass die ursprünglich angeregte Magnetisierung in mehreren TR-Intervallen immer wieder refokussiert wird und damit mehrfach zur Auslesung gelangt, dass auch innerhalb eines TR-Intervalls durch mehrfache Inversion des Lesegradienten mehrere Signale erzeugt werden und dass die mehrfach ausgelesenen Signale durch die Anwendung von Phasenkodiergradienten jeweils identisch ortskodiert werden und sich daher nur bezüglich der durch die jeweilige Resonanzfrequenz gegebenen Dephasierung unterscheiden, so dass die Einzelsignale zu jeder Auslesezeit anschließend den Signalbeiträgen der untersuchten Substanzen unterschiedlicher Resonanzfrequenz zugeordnet werden können. So werden unterschiedliche Substanzen anhand ihrer unterschiedlichen Dephasierung unterschieden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die unterschiedlichen Dephasierungsfaktoren der unterschiedlichen spektralen Anteile in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjekts zu unterschiedlichen Echozeiten einfacher bestimmen zu können, insbesondere ohne möglicherweise unzutreffende Annahmen über die Spektren der verschiedenen spektralen Anteile treffen zu müssen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanzdaten eines ersten spektralen Anteils und eines zweiten spektralen Anteils eines Untersuchungsobjekts mittels einer Dixon-Technik gemäß Anspruch 11, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 12 sowie ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13 und einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 14.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungs-faktoren mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt umfasst die Schritte:

– Aufnehmen von Messdaten des Untersuchungsbereichs in einem zeitlichen Verlauf mittels einer Testmessung,
– Bestimmen des Beitrags mindestens eines der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten,
– Bestimmen von Dephasierungsfaktoren des mindestens einen spektralen Anteils auf Basis des für diesen bestimmten Beitrags in den aufgenommenen Messdaten im zeitlichen Verlauf.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit leicht, zeitabhängige Dephasierungsfaktoren direkt aus zeitlich aufgelösten MR-Testmessungen zu erhalten. Damit können die Dephasierungsfaktoren auch individuell für einen bestimmten Anwendungsfall bestimmt werden, und anstelle eines theoretisch motivierten und aufwendig kalibrierten Spektralmodells verwendet werden. Im Gegensatz zu den bisher üblichen Spektralmodellen ist es hierbei nicht notwendig, Überlegungen anzustellen, welche Eigenschaften das Spektralmodell für den gewünschten Anwendungsfall haben muss, da die Dephasierungsfaktoren direkt aus einem Untersuchungsobjekt bestimmt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich zudem leichter automatisieren.
Auf diese Weise können auch auf einfache Weise passende Dephasierungsfaktoren für unterschiedliche Untersuchungsarten bestimmt und für eine spätere Verwendung gespeichert werden. Beispielsweise können für Leber-Untersuchungen ein Satz „Leber-Dephasierungsfaktoren” aus Messdaten von Testmessungen der Leber und weitere Sätze anwendungsbezogener Dephasierungsfaktoren aus Messdaten von analog anwendungsspezifischen Testmessungen bestimmt und gespeichert werden. Ein besonderer Anwendungsfall sind Phantommessungen, bei denen z. B. das Fettspektrum je nach verwendeten Substanzen unterschiedliche Formen, und je nach Temperatur unterschiedliche chemische Verschiebungen relativ zu Wasser haben kann.
Ist nur eine Individualisierung der Dephasierungsfaktoren bezüglich der Anwendung gewünscht, aber z. B. keine Untersuchungsobjekt-spezifische Individualisierung (beispielsweise, um eine bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse von verschiedenen Untersuchungsobjekten zu erhalten), so kann auch jeweils eine breitere Basis von Testmessungen zugrundegelegt werden, um den erhaltenen anwendungsspezifischen Satz an Dephasierungsfaktoren bei einer breiten Gruppe von Untersuchungsobjekten anzuwenden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanzdaten eines ersten spektralen Anteils und eines zweiten spektralen Anteils eines Untersuchungsobjekts mittels einer Dixon-Technik umfasst die Schritte:

– Erfassen von Magnetresonanz-Daten mittels einer Dixon-Sequenz,
– Bestimmen von Dephasierungsfaktoren mindestens des ersten oder des zweiten spektralen Anteils mit einem erfindungsgemäßen Verfahren,
– Bestimmen des ersten und des zweiten spektralen Anteils in den mittels der Dixon-Sequenz erfassten Magnetresonanzdaten unter Verwendung dieser erfassten Magentresonanzdaten und der bestimmten Dephasierungsfaktoren.

Durch die Verwendung von erfindungsgemäß bestimmten Dephasierungsfaktoren anstelle eines bisher üblichen Spektralmodells ist es möglich, die individuelle Dephasierung des mit der Dixon-Technik untersuchten Untersuchungsobjekts in der Auswertung der erhaltenen Bilddaten zu verwenden. Somit kann eine bessere Trennung der verschiedenen spektralen Anteile in den Bilddaten erreicht werden.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung eine Dephasierungsbestimmungseinheit umfasst.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage,
2 ein schematisches Ablaufdiagramm der erfindungsgemäßen Verfahren,
3 ein Vergleich von erfindungsgemäß bestimmten Dephasierungsfaktoren mit auf Grundlage eines Spektralmodells bestimmten Dephasierungsfaktoren.
1 stellt schematisch eine Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9. In der 1 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Beispielsweise kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, insbesondere aus mehreren Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise eines Patienten oder auch eines Phantoms, kann dieses auf einer Liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden.
Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5' und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenzsende-/-empfangs-Steuerung 7' steuern. Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Dephasierungsbestimmungseinheit 11, mittels derer die Steuereinrichtung 9 die für das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Dephasierungsfaktoren erforderlichen Schritte durchführen kann (vgl. 2). Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden.
Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z. B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z. B. auch Bilddaten oder auch die bestimmten Dephasierungsfaktoren angezeigt werden.
Die hierin beschriebenen Verfahren können einzeln oder getrennt auch in Form eines Computerprogramms vorliegen, das das jeweilige Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene bzw. die beschriebenen Verfahren durchführen.
2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt und des Verfahrens zur Erfassung von Magnetresonanzdaten eines ersten spektralen Anteils und eines zweiten spektralen Anteils eines Untersuchungsobjekts mittels einer Dixon-Technik in einem Bild darstellt.
Für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt werden zunächst in einer Testmessung 101 Messdaten MD des Untersuchungsbereichs in einem zeitlichen Verlauf aufgenommen. Zur Aufnahme dieser Messdaten MD kommen grundsätzlich jegliche MR-Messtechniken in Fragen, die den Zerfall einer Anregung der zu messenden spektralen Anteile, insbesondere den freien Induktionsabfall (FID, engl. „free induction decay”), in einer ausreichenden zeitlichen bzw. spektralen Auflösung messen können, um eine sinnvolle kontinuierliche Kurve über die Messpunkte der Messdaten MD legen zu können. Die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren c(t) umfasst dann eine Bestimmung des FID in den Messdaten der Testmessung. In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Messdaten MD in einer Testmessung 101 in Messpunkten in einem zeitlichen Abstand von einer Millisekunde oder kleiner akquiriert, um den zeitlichen Verlauf ausreichend gut darstellen zu können.
Wird hierbei eine MR-Sequenz für eine bildgebende MR-Messung verwendet, muss eine entsprechend hohe Anzahl an Echos mit einem entsprechenden Echoabstand aufgenommen werden. Spektroskopische Messungen sind in der Regel technisch leichter in der Lage, diese Anforderungen an die zeitliche Auflösung zu erfüllen. Ein Beispiel einer hierzu einsetzbaren spektroskopischen Messung ist eine STEAM-Sequenz („stimulated echo acquisition mode”). Die Aufnahme der Messdaten MD erfolgt hierbei bevorzugt voxelweise.
Der Untersuchungsbereich, in dem die Messdaten MD in dem Untersuchungsobjekt aufgenommen werden, kann hierbei nach für die angestrebte Untersuchung angepassten Bedingungen automatisch oder manuell ausgewählt werden. Insbesondere kann der Untersuchungsbereich derart ausgewählt werden, dass eine möglichst hohe Signalstärke für den spektralen Anteil in dem Untersuchungsobjekt erreicht werden kann, für den die Dephasierungsfaktoren c(t) bestimmt werden sollen.
In einem weiteren Schritt 103 wird der Beitrag MD' mindestens eines der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten MD bestimmt. Dies kann mit grundsätzlich auf dem Gebiet der Spektralanalyse bekannten Verfahren geschehen, wie sie im Folgenden kurz angerissen werden.
Hierbei kann es, je nach Art der spektralen Struktur der im Untersuchungsbereich vorliegenden spektralen Anteile, für einen der mindestens zwei spektralen Anteile leichter sein, dessen Beitrag in den aufgenommenen Messdaten MD zu bestimmen. Wenn es sich beispielsweise bei einem der beiden spektralen Anteile um Wasser handelt, so kann dessen Beitrag wegen seiner relativ einfachen spektralen Struktur recht gut bestimmt werden. Sollen die Dephasierungsfaktoren für einen anderen spektralen Anteil, dessen Beitrag nicht so direkt bestimmbar ist, bestimmt werden, kann dessen Beitrag MD' z. B. durch eine Subtraktion des bzw. der leichter zu bestimmenden Beitrags MD'' bzw. Beiträge MD'' von den aufgenommenen Messdaten MD bestimmt werden.
Handelt es sich beispielsweise bei den spektralen Anteilen des Untersuchungsbereichs um Wasser und Fett, kann der Beitrag des einen spektralen Anteils MD', z. B. Fett, durch eine Subtraktion des leichter und direkter bestimmbaren Beitrags MD'' des anderen spektralen Anteils, z. B. Wasser, bestimmt werden: MD' = MD – MD''.
Bei der Bestimmung des Beitrags MD', MD'' eines spektralen Anteils zu den Messdaten MD kann insbesondere eine Fit-Operation 103a, z. B. ein Lorentzfit zur Bestimmung des Beitrags von Wasser, eingesetzt werden, womit die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren c(t) mindestens eine Fit-Operation 103a in der Zeitdomäne an Messdaten MD der Testmessung 101 umfasst.
Nach Abzug des Beitrags eines spektralen Anteils von den Messdaten MD kann eine Anpassung der Frequenz der in die verbleibenden Messpunkte gelegten Kurve vorgenommen werden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
Um die Genauigkeit der Trennung der Beiträge der verschiedenen spektralen Anteile zu verbessern, kann zusätzlich oder alternativ eine Masken-Operation 103b eingesetzt werden, um z. B. mögliche Fehler in den Messwerten ausgleichen zu können. Hierbei können insbesondere Beiträge zu den bisher bestimmten Beiträgen MD', welche außerhalb eines vorgegebenen spektralen Bereichs liegen, auf „Null” gesetzt werden (sogenanntes „zero padding”). Der vorgegebene spektrale Bereich wird hierbei entsprechend der spektralen Struktur der im Untersuchungsbereich gesuchten spektralen Anteile vorgegeben.
Weiterhin kann zur Verbesserung der Genauigkeit auf die Beiträge MD' (zu verschiedenen Echozeiten) eine Extrapolierung 103c mittels eines, z. B. monoexponentiellen, Zerfallsmodells angewandt werden, um genauere, extrapolierte Werte für MD' zu erhalten, in denen eventuelle Relaxationseffekte korrigiert sind.
Eine weitere Möglichkeit, die Genauigkeit der erhaltenen Beiträge MD' zu erhöhen, ist es, empirische Korrekturen 103d einzusetzen. Hierbei ist es insbesondere denkbar, mögliche bekannte Überlappungen in den Spektren der verschiedenen spektralen Anteile zu berücksichtigen. Beispielsweise ist es bekannt, dass die Spektren von Wasser und Fett Überschneidungen haben können. Wurde daher bei der Bestimmung des Beitrags von Fett (MD') durch Subtraktion des vorher bestimmten Beitrags von Wasser (MD'') von den Messdaten MD „zuviel” abgezogen (da hierbei die Beiträge des spektral überlappenden Fetts wegfallen), kann entsprechend einer Kenntnis der Überlappung bei der Bestimmung des Beitrags des Fetts nachkorrigiert werden.
Bei alledem kann der zeitliche Bereich der zugrundegelegten Messdaten MD auf einen interessierenden Bereich eingeschränkt werden. Damit kann z. B. ein möglicherweise in den letzten Messpunkten der Messdaten MD aufgenommenes Rauschen wieder „abgeschnitten” werden, um eine Verfälschung des Ergebnisses zu vermeiden.
Damit kann die Bestimmung eines Beitrags MD' der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten MD auch eine Bestimmung mindestens eines Beitrags MD'' eines anderen der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten MD umfassen.
In einem weiteren Schritt 105 werden die gesuchten Dephasierungsfaktoren c(t) des mindestens einen spektralen Anteils auf Basis des für diesen spektralen Anteil bestimmten Beitrags MD' in den aufgenommenen Messdaten MD im zeitlichen Verlauf bestimmt.
Hierbei kann in einem einfachen Fall der bestimmte Beitrag MD' des einen spektralen Anteils bereits als die gesuchten Dephasierungsfaktoren c(t) übernommen werden.
In einem andern Ausführungsbeispiel umfasst die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren c(t) eine Skalierung derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren c(t) zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von Eins haben und bei einer späteren Verwendung der Dephasierungsfaktoren c(t) zum Zeitpunkt t = 0 auch noch keine Dephasierung durch die Dephasierungsfaktoren c(t) vorhergesagt wird. Dazu wird der bestimmte Beitrag MD' entsprechend skaliert.
Weiterhin kann in einem Unterschritt 105a eine weitere Korrektur, z. B. als eine Korrektur 1. Ordnung für Signalanteile eines spektralen Anteils, die sich wie bereits oben einmal in Bezug auf 103d beschrieben durch Überlappung mit den Signalanteilen eines anderen spektralen Anteils „unter diesem verstecken”, durchgeführt werden. Ist der Prozentsatz der Signalanteile des einen spektralen Anteils, z. B. des Fetts, der sich mit dem Signalanteilen eines anderen spektralen Anteils, z. B. des Wassers, überdeckt, bekannt, kann zunächst anstelle einer reinen Skalierung der Dephasierungsfaktoren derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren c(t) zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von Eins haben, also auf c(0) = 1, eine Zwischenskalierung c'(t) der Dephasierungsfaktoren, derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren c'(t) zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von „Eins minus s” haben, also auf c'(0) = 1 – s, durchgeführt werden, wobei s der prozentuale Anteil der Signalanteile des einen spektralen Anteils, der sich mit dem Signalanteilen des anderen spektralen Anteils überdeckt, ist. Auf diese Weise lassen sich die ansonsten wegen der Überlappung nicht berücksichtigten Signalanteile des gewünschten spektralen Anteils zumindest näherungsweise korrigieren. Beispielsweise ist es für den spektralen Anteil Fett in der Leber bekannt, dass ca. 9% der Signalanteile von Fett mit den Signalanteilen von Wasser überlappen, so dass diese ohne diese Korrektur nicht berücksichtigt würden.
Um schließlich doch wieder auf die gewünschte Skalierung der Dephasierungsfaktoren c(t) auf Eins zum Zeitpunkt t = 0 zu kommen, kann nun s zum Realteil der mittels der Zwischenskalierung bestimmten Dephasierungsfaktoren c'(t) hinzuaddiert werden, wodurch insgesamt wieder eine Skalierung c(0) = 1 erreicht wird.
In diesem Falle umfasst die Skalierung der Dephasierungsfaktoren c(t) also eine Zwischenskalierung c'(t) (Schritt 105a) derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von Eins minus dem Prozentsatz von Signalanteilen des spektralen Anteils, dessen Dephasierungsfaktoren c(t) bestimmt werden, welcher von Signalanteilen mindestens eines anderen spektralen Anteils überlappt wird, ist.
Weiterhin ist es zusätzlich oder alternativ möglich eine Korrektur (Schritt 105b) bezüglich des exponentiellen Zerfalls des spektralen Anteils, dessen Dephasierungsfaktoren bestimmt werden, bei der Bestimmung der Dephasierungsfaktoren zu umfassen. Dadurch kann eine weitere Verfeinerung der bestimmten Dephasierungsfaktoren c(t) erreicht werden. Die Grundlage für diese Korrektur ist es, dass die Linienbreiten der einzelnen Spektralkomponenten unter anderem durch den T2*-Zerfall während der Akquisition mittels der Testmessung verursacht werden, wobei T2* die transversale Zerfallszeit mit T2* = 1/R2* ist. Durch Annahme einer typischen T2*-Zeit T_f des spektralen Anteils, z. B. von Fett, und Multiplikation des Beitrags MD' mit
wird der Zerfall in den so erhaltenen Dephasierungsfaktoren c(t) korrigiert.
Die genannten Korrekturen 105a und 105b können einzeln oder auch nacheinander auf die bestimmten Beiträge MD' angewandt werden, um die Dephasierungsfaktoren c(t) zu erhalten.
Durch die voxelweise Verarbeitung der Messdaten MD werden auch die zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren c(t) voxelweise aus den Messdaten bestimmt.
Wie bereits oben beschrieben, können, wie durch den gestrichelten Pfeil angedeutet, in Schritt 105 auch mehrere Beiträge MD' aus mehreren Testmessungen für einen Satz an Dephasierungsfaktoren c(t) zugrundegelegt werden. Hierbei können beispielsweise aus an verschiedenen Untersuchungsobjekten oder an verschiedenen Untersuchungsbereichen in einem Untersuchungsobjekt aufgenommenen Messdaten MD ermittelte Beiträge MD' für die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren c(t) gemittelt oder auch gewichtet gemittelt werden.
Die so bestimmten Dephasierungsfaktoren c(t) können nun bei einem Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanzdaten eines ersten spektralen Anteils und eines zweiten spektralen Anteils eines Untersuchungsobjekts mittels einer Dixon-Technik eingesetzt werden.
Dabei werden in einem ersten Schritt 201 Magnetresonanz-Daten mittels einer Dixon-Sequenz erfasst. Dabei erhält man mindestens zwei MR-Dixon-Datensätze MRD1 und MRD2, die jeweils zu den mindestens zwei Echozeiten der verwendeten Dixon-Sequenz aufgenommen wurden.
Aus diesen MR-Dixon-Datensätzen MRD1 und MRD2 können nun in einem weiteren Schritt 203, nachdem die benötigten Dephasierungsfaktoren c(t) mindestens des ersten oder des zweiten spektralen Anteils mit einem eben beschriebenen Verfahren gemäß den Schritten 101 bis 105 bestimmt wurden, unter Verwendung dieser Dephasierungsfaktoren der erste spektrale Anteil B1 und der zweite spektrale Anteil B2 aus den MR-Dixon-Datensätzen MRD1 und MRD2 bestimmt und ggf. angezeigt werden.
Ein Signalmodel, das für derartige Dixon-Verfahren zur Trennung von mindestens zwei verschiedenen spektralen Anteilen, z. B. Fett und Wasser, in aufgenommenen Bilddaten verwendet wird, lautet beispielsweise:
wobei S(t) das komplexe Signal, das zu verschiedenen Echozeiten t gemessen wurde, R * / 2 die transversale Relaxationsrate (die für beide spektralen Anteile W und F als gleich angenommen wird), φ(t) eine zusätzliche Phasenevolution, W das Signal des ersten spektralen Anteils (z. B. Wassers) und F das Signal des anderen spektralen Anteils (z. B. Fetts) sind.
In dem beschriebenen Dixon-Verfahren werden hierbei für c(t) erfindungsgemäß bestimmte Dephasierungsfaktoren c(t) eingesetzt und man erhält beispielsweise getrennte Bilddaten des ersten spektralen Anteils B1 (z. B. des Wassers) und des zweiten spektralen Anteils B2 (z. B. des Fetts).
3 zeigt schließlich einen Vergleich von erfindungsgemäß bestimmten Dephasierungsfaktoren (Kreuze und gestrichelte Linie) mit auf Grundlage eines Spektralmodells nach dem bereits oben erwähnten Artikel von Hamilton bestimmten Dephasierungsfaktoren (durchgehende Linie). In dem gezeigten Beispiel ist im oberen Graphen der Realteil c_x(t) der Dephasierung und im unteren Graphen der Imaginärteil c_y(t) der Dephasierung gezeigt. Wie man sieht, ist eine große Übereinstimmung gegeben.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von zeitabhängigen Dephasierungsfaktoren (c(t)) mindestens eines spektralen Anteils von mindestens zwei spektralen Anteilen in einem Untersuchungsbereich in einem Untersuchungsobjekt (U) umfassend die Schritte: – Aufnehmen von Messdaten (MD) des Untersuchungsbereichs in einem zeitlichen Verlauf mittels einer Testmessung (101), – Bestimmen des Beitrags (MD') mindestens eines der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten (MD), – Bestimmen von Dephasierungsfaktoren (c(t)) des mindestens einen spektralen Anteils auf Basis des für diesen bestimmten Beitrags (MD') in den aufgenommenen Messdaten (MD) im zeitlichen Verlauf.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Testmessung (101) mittels einer STEAM-Spektroskopie-Sequenz (STEAM: „stimulated echo acquisition mode”) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messdaten (MD) voxelweise mittels der Testmessung (101) akquiriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren (c(t)) eine Bestimmung des freien Induktionsabfalls (FID) in den Messdaten der Testmessung umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren (c(t)) eine Bestimmung eines Beitrags (MD') der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten (MD) und eine Bestimmung eines Beitrags (MD'') eines anderen der mindestens zwei spektralen Anteile in den aufgenommenen Messdaten (MD) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren (c(t)) mindestens eine Fit-Operation (103a) an Messdaten (MD) der Testmessung (101) und/oder eine Masken-Operation (103b) und/oder eine Extrapolierung (103c) mittels eines Zerfallsmodells und/oder mindestens eine empirische Korrektur (103d) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren (c(t)) eine Skalierung umfasst, derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von Eins haben.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Skalierung der Dephasierungsfaktoren c(t) eine Zwischenskalierung (105a) umfasst, derart, dass die bestimmten Dephasierungsfaktoren zum Zeitpunkt t = 0 einen Wert von Eins minus dem Prozentsatz von Signalanteilen des spektralen Anteils, dessen Dephasierungsfaktoren c(t) bestimmt werden, welcher von Signalanteilen mindestens eines anderen spektralen Anteils überlappt wird, haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der Dephasierungsfaktoren c(t) eine Korrektur (105b) bezüglich des exponentiellen Zerfalls des spektralen Anteils, dessen Dephasierungsfaktoren bestimmt werden, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Testmessung (101) in ihrem zeitlichen Verlauf Messpunkte in einem zeitlichen Abstand von einer Millisekunde oder kleiner akquiriert.
Verfahren zur Erfassung von Magnetresonanzdaten eines ersten spektralen Anteils und eines zweiten spektralen Anteils eines Untersuchungsobjekts mittels einer Dixon-Technik, umfassend die Schritte: – Erfassen von Magnetresonanz-Daten mittels einer Dixon-Sequenz, – Bestimmen von Dephasierungsfaktoren mindestens des ersten oder des zweiten spektralen Anteils mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, – Bestimmen des ersten und des zweiten spektralen Anteils in den mittels der Dixon-Sequenz erfassten Magnetresonanzdaten (25) unter Verwendung dieser erfassten Magentresonanzdaten (25) und der bestimmten Dephasierungsfaktoren.
Magnetresonanzanlage (1) umfassend eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9), wobei die Steuereinrichtung (9) eine Dephasierungsbestimmungseinheit (11) umfasst und dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
Computerprogrammprodukt, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf einer Steuereinrichtung (9) implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung (9) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger (26) mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (26) in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführen.