DE102016201458A1

DE102016201458A1 - Radiales Erfassen von MR-Daten zur Vermeidung von Artefakten

Info

Publication number: DE102016201458A1
Application number: DE102016201458.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Geppert; Robert Grimm
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-02-02
Also published as: US10495708B2; DE102016201458B4; US20170219670A1

Abstract

Die Erfindung betrifft die Erstellung eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) mit einer Magnetresonanzanlage (5). Dabei werden MR-Daten des Volumenabschnitts erfasst, indem die MR-Daten entlang von radialen Trajektorien (31) erfasst werden, wobei jeder Trajektorie (31) eine Ausleserichtung zugeordnet ist, in welcher die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie (31) erfasst werden. Das MR-Bild wird ausgehend von den erfassten MR-Daten rekonstruiert. Bei der Rekonstruktion werden nur MR-Daten berücksichtigt, welche entlang von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich (33) beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche (A) einer Kugel definiert ist. Dabei entspricht die Teiloberfläche (A) höchstens 75% der Oberfläche der Kugel.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein radiales Erfassen von MR-Daten, um Artefakte (insbesondere von metallischen Teilen verursachte Artefakte) zu vermeiden.
Das radiale Abtasten des K-Raums, welches auch als radiales Erfassen von MR-Daten bezeichnet wird, ist ein bekanntes Vorgehen, um z.B. T1-gewichtete MR-Daten zu gewinnen, was beispielsweise für die muskulosketetale Bildgebung (Bildgebung des Bewegungsapparates) eingesetzt wird. Das radiale Erfassen von MR-Daten weist im Vergleich zu dem herkömmlichen kartesischen Erfassen von MR-Daten den Vorteil auf, gegenüber Bewegungen unempfindlicher zu sein. Allerdings ist das radiale Erfassen von MR-Daten empfindlicher gegenüber Systemstörungen, wie beispielsweise Gradientenverzögerungen und Off-Resonanz-Effekten. Beispielsweise ist die Empfindlichkeit bezüglich Artefakten, welche durch Metallteile verursacht werden, bei der radialen Erfassung von MR-Daten stärker ausgebildet, als bei dem kartesischen Erfassen von MR-Daten.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, das Erstellen eines MR-Bildes ausgehend von radial erfassten MR-Daten dahingehend zu verbessern, dass die Empfindlichkeit gegenüber Störungen (insbesondere von Metallteilen verursachten Störungen) im erstellten MR-Bild gegenüber dem Stand der Technik verringert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erstellen von MR-Bildern nach dem Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach dem Anspruch 12, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erstellen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Radiales Erfassen von MR-Daten bzw. Rohdaten des Volumenabschnitts. Dabei werden die MR-Daten entlang von beliebig radial verlaufenden Trajektorien erfasst, wobei jeder der Trajektorien eine individuelle Ausleserichtung zugeordnet ist. Die jeweilige Ausleserichtung gibt an, in welcher Richtung die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie erfasst werden.
• Rekonstruieren der MR-Bilder anhand der erfassten MR-Daten.

Erfindungsgemäß werden dabei bei der Rekonstruktion des MR-Bildes nur diejenigen MR-Daten berücksichtigt, welche entlang derjenigen Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche einer Kugel definiert wird. Dabei umfasst diese Teiloberfläche nur maximal 75% der Kugeloberfläche. Diese Teiloberfläche ist dabei insbesondere zusammenhängend und weist keine Löcher auf. Bevorzugt wird die Teiloberfläche durch einen Kreis begrenzt.
Unter dem Begriff Trajektorie wird dabei eine Raumkurve oder ein Pfad verstanden, entlang dem ein Teil der zu erfassenden MR-Daten abgetastet wird. Demnach sind mehrere Trajektorien abzutasten, um die MR-Daten für das MR-Bild zu erfassen. Die MR-Daten jeder dieser Trajektorien kann dabei mit einem Auslesezug (Readout) (d.h. ausgehend von nur einem HF-Anregungspuls) oder mit mehreren Auslesezügen erfasst werden.
Jede Ausleserichtung einer der Trajektorien entspricht einem Vektor. Wenn dieser Vektor durch den Mittelpunkt der Kugel verläuft, weist dieser Vektor auf einen bestimmten Punkt der Kugeloberfläche. Nur wenn dieser Punkt zu der Teiloberfläche gehört, werden erfindungsgemäß die MR-Daten, welche entlang dieser Trajektorie (der die Ausleserichtung bzw. der Vektor zugeordnet ist) erfasst wurden, bei der Rekonstruktion des MR-Bildes berücksichtigt. Andersherum werden MR-Daten, welche entlang einer Trajektorie erfasst wurden, deren Ausleserichtung bzw. deren entsprechender Vektor auf einen Punkt der Kugeloberfläche weist, welcher nicht zu der vorgegebenen Teiloberfläche gehört, bei der Rekonstruktion des MR-Bildes nicht berücksichtigt.
Während demnach nach dem Stand der Technik die Ausleserichtungen der Trajektorien, deren MR-Daten bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden, isotrop verteilt sind, das heißt, die Teiloberfläche umfasst nach dem Stand der Technik die gesamte Kugeloberfläche, sind die Ausleserichtungen der Trajektorien, deren MR-Daten bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden, gemäß der vorliegenden Erfindung nicht isotrop verteilt.
Bei der bekannten radialen MR-Datenerfassung werden die MR-Daten entlang von Trajektorien erfasst, deren Ausleserichtungen (nahezu) antiparallel zu anderen der Trajektorien verlaufen. Durch die vorliegende Erfindung wird die Wahrscheinlichkeit, dass die MR-Daten entlang von Trajektorien erfasst werden, deren Ausleserichtungen antiparallel verlaufen, stark verringert. Dadurch kann vorteilhafterweise die Empfindlichkeit gegenüber Off-Resonanz-Artefakten stark reduziert werden.
Vorteilhafterweise verlaufen die Trajektorien, entlang derer gemäß der jeweiligen Ausleserichtung die MR-Daten erfasst werden, alle durch denselben Punkt, welcher dem Mittelpunkt der Kugel entspricht. Insbesondere sind die Trajektorien dabei geradlinig.
Erfindungsgemäß existieren zwei Varianten:

• Bei der ersten Variante werden die MR-Daten anhand von radial verlaufenden Trajektorien mit beliebigen Ausleserichtungen erfasst. Allerdings wird zur Rekonstruktion des MR-Bildes nur diejenigen MR-Daten eingesetzt, welche anhand von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung in dem vorher bestimmten Raumwinkelbereich liegen.
• Bei der zweiten Variante werden die MR-Daten anhand von radial verlaufenden Trajektorien erfasst, deren Ausleserichtungen in dem vorher bestimmten Raumwinkelbereich liegen. Dadurch können zur Rekonstruktion des MR-Bildes alle erfassten MR-Daten eingesetzt werden.

Die zweite Variante kann dabei als Ausführungsform der ersten Variante angesehen werden. Während bei der ersten Variante beliebig radial verlaufende Trajektorien zum Erfassen der MR-Daten eingesetzt werden können, sind die Trajektorien bei der zweiten Variante hinsichtlich ihrer Ausleserichtungen auf den Raumwinkelbereich beschränkt. Daher können bei der zweiten Variante alle MR-Daten zur Rekonstruktion eingesetzt werden. Anders ausgedrückt würde die Beschränkung der MR-Daten (gemäß der ersten Variante) auf diejenigen MR-Daten, welche anhand von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung in dem vorher bestimmten Raumwinkelbereich liegen, bei der zweiten Variante zu keiner (echten) Beschränkung führen, da die MR-Daten gemäß der zweiten Variante nur entlang von Trajektorien erfasst werden, deren Ausleserichtungen in dem vorher bestimmten Raumwinkelbereich liegen.
Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung auch folgendes weiteres Verfahren zum Erstellen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Das weitere Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Radiales Erfassen von MR-Daten des Volumenabschnitts. Dabei werden die MR-Daten entlang von beliebig radial verlaufenden Trajektorien erfasst, wobei jeder der Trajektorien eine individuelle Ausleserichtung zugeordnet ist. Die jeweilige Ausleserichtung gibt an, in welcher Richtung die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie erfasst werden.
• Rekonstruieren der MR-Bilder anhand der erfassten MR-Daten.

Erfindungsgemäß werden dabei die MR-Daten nur entlang von Trajektorien erfasst, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche einer Kugel definiert wird. Dabei umfasst diese Teiloberfläche nur maximal 75% der Kugeloberfläche. Diese Teiloberfläche ist dabei insbesondere zusammenhängend und weist keine Löcher auf. Bevorzugt wird die Teiloberfläche durch einen Kreis begrenzt.
Alle beschriebenen Ausführungsformen betreffen sowohl das erfindungsgemäße Verfahren als auch das weitere erfindungsgemäße Verfahren.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Teiloberfläche nur 50 % oder die Hälfte der Kugeloberfläche. Dabei entspricht bei dieser Ausführungsform die Teiloberfläche insbesondere der kugelförmigen bzw. gekrümmten Außenoberfläche einer Kugelhälfte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform sind die Trajektorien nur in einer Ebene angeordnet. Dabei entspricht oder entartet der Raumwinkelbereich in einen ebenen Winkelbereich, welcher auf 270° oder besser auf 180° beschränkt ist. In ähnlicher Weise entspricht oder entartet bei dieser Ausführungsform die Kugel in einen Kreis und die Teiloberfläche in einen entsprechenden Teil eines Kreisumfangs (bei 270° in einen Dreiviertelkreis(umfang) und bei 180° in einen Halbkreis(umfang)).
Mit anderen Worten kann die vorliegende Erfindung zum einen eingesetzt werden, um einen zweidimensionalen K-Raum mit in einer Ebene angeordneten Trajektorien abzutasten. Zum anderen können mit der vorliegenden Erfindung auch dreidimensionale K-Räume erfasst werden, indem der K-Raum mit Trajektorien abgetastet wird, welche nicht nur in einer Ebene angeordnet sind. Natürlich kann mit der vorab beschriebenen Ausführungsform, bei welcher die Trajektorien nur in einer Ebene angeordnet sind, auch ein dreidimensionaler K-Raum abgetastet werden, indem der K-Raum schichtweise radial abgetastet wird (z.B. durch das bekannte Vorgehen Stack-of-Stars).
Erfindungsgemäß kann eine primäre Ausleserichtung bestimmt werden. Abhängig von dieser primären Ausleserichtung wird der Raumwinkelbereich dann derart bestimmt, dass sich die primäre Ausleserichtung in der Mitte des Raumwinkelbereichs befindet.
Wenn man sich bei dieser Ausführungsform die primäre Ausleserichtung als Vektor vorstellt, welcher durch den Kugelmittelpunkt verläuft, weist dieser Vektor auf einen Punkt der Teiloberfläche, welcher im Zentrum der Teiloberfläche liegt. Wenn die Teiloberfläche beispielsweise einer auf eine Ebene projizierten Kreisfläche entspricht, entspricht dieses Zentrum dem Mittelpunkt dieser Kreisfläche.
Im zweidimensionalen Fall (d.h. die Trajektorien liegen in einer Ebene) weist die primäre Ausleserichtung als Vektor, welcher durch den Mittelpunkt des Kreises verläuft, auf einen Punkt, der den Teilkreis(umfang) in zwei gleich große Hälften teilt.
Zur Bestimmung der primären Ausleserichtung kann eine Richtung von dem Mittelpunkt (der Kugel oder des Kreises) zu einer Störstelle (z.B. einem Metallteil) bestimmt werden. Die primäre Ausleserichtung kann dann abhängig von dieser vorab bestimmten Richtung definiert oder bestimmt werden.
Da die von der Störstelle verursachten Artefakte in der Regel vor der Störstelle oder hinter der Störstelle (in der Ausleserichtung gesehen) auftreten, wird die primäre Ausleserichtung insbesondere parallel oder antiparallel zu der vorbestimmten Richtung bestimmt.
Die primäre Ausleserichtung kann abhängig von einem Material, welches die Störstelle aufweist, und/oder abhängig von der Position der Störstelle und/oder abhängig von Eigenschaften einer Messsequenz (z.B. Spin-Echo-Sequenz oder Gradienten-Echo-Sequenz), mit welcher die MR-Daten erfasst werden, in Abhängigkeit von der vorab bestimmten Richtung (also in der Regel parallel oder antiparallel zu dieser Richtung) bestimmt werden.
Wie vorab beschrieben ist, können Artefakte (in der Ausleserichtung) entweder vor oder hinter dem störenden Objekt bzw. der Störstelle (Position der Störstelle) auftreten. Beispielsweise treten Signalauslöschungen in Ausleserichtung hinter dem Objekt, und eine so genannte Anstauung („pile up“) tritt in Ausleserichtung vor dem Objekt auf. Wie stark die Artefakte dabei ausgeprägt sind, hängt auch von den Aufnahmeparametern, z.B. der Receiver-Bandbreite, ab. Wenn die Richtung vom (Kugel-)Mittelpunkt zur Störstelle bekannt ist, kann die primäre Ausleserichtung abhängig von den Materialeigenschaften der Störstelle und/oder abhängig von Eigenschaften der Messsequenz parallel oder antiparallel zu dieser Richtung bestimmt werden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Schritt der Rekonstruktion des MR-Bildes mehrfach durchgeführt, wobei bei jeder Durchführung mit einer anderen primären Ausleserichtung gearbeitet wird. Durch eine entsprechende Kombination der für die jeweilige Ausleserichtung rekonstruierten MR Bilder kann dann das endgültige MR-Bild erstellt oder rekonstruiert werden.
Da die Artefakte von der primären Ausleserichtung abhängen, unterscheiden sich die Artefakte in zwei MR-Bildern, welche von denselben MR-Daten, aber mit unterschiedlichen primären Ausleserichtungen erfindungsgemäß rekonstruiert werden. Da der echte bzw. ungestörte Bildinhalt bei beiden MR-Bildern derselbe ist, können zumindest diejenigen Artefakte eliminiert werden, welche nur in einem der MR-Bilder vorhanden sind.
Bei einer zweidimensionalen MR-Daten-Erfassung kann das MR-Bild beispielsweise viermal aus den MR-Daten rekonstruiert werden, wobei sich die primären Ausleserichtungen jeweils um 90° unterscheiden. Natürlich können die MR-Daten erfindungsgemäß auch n-mal rekonstruiert werden, wobei sich die primären Ausleserichtungen jeweils um 360°/n unterscheiden.
Bei einer dreidimensionalen MR-Daten-Erfassung kann das MR-Bild beispielsweise sechsmal mit unterschiedlichen primären Ausleserichtungen rekonstruiert werden, wobei zwei primäre Ausleserichtungen antiparallel sind und die restlichen vier Ausleserichtungen in einer Ebene senkrecht zu den beiden antiparallel verlaufenden Ausleserichtungen verlaufen. Die restlichen vier Ausleserichtungen können sich dann beispielsweise jeweils um 90° (in der Ebene gemessen) unterscheiden.
Bei dieser Ausführungsform werden die MR-Daten in der Regel konventionell (d.h. ohne Berücksichtigung des Raumwinkelbereichs bei der Erfassung der MR-Daten) erfasst. Erst bei der Rekonstruktion des jeweiligen MR-Bildes werden dann jeweils nur diejenigen MR-Daten zur Rekonstruktion eingesetzt, welche entlang von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf den Raumwinkelbereich beschränkt ist, der durch die jeweilige primäre Raumrichtung definiert wird. Natürlich ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, für jede der primären Ausleserichtungen individuell MR-Daten zu erfassen, so dass für jede primäre Ausleserichtung individuell MR-Daten entlang von Trajektorien erfasst werden, deren Ausleserichtung auf den Raumwinkelbereich beschränkt ist, der durch die jeweilige primäre Raumrichtung definiert wird.
Erfindungsgemäß kann eine Rekonstruktion mit mehreren verschiedenen primären Ausleserichtungen auch dafür eingesetzt werden, um bei der dabei durchzuführenden Auswertung der MR-Daten eine oder mehrere Störstellen oder die Position(en) von einer oder mehreren Störstellen zu erfassen (d.h. die Störstelle(n) zu lokalisieren).
Durch die Kenntnis der Störstelle(n) und die genau Position der Störstelle(n) können vorteilhafterweise Auftretenswahrscheinlichkeiten von Artefakten in dem zu rekonstruierenden MR-Bild bei der/den Störstelle(n) oder in der Nähe der Störstelle(n) reduziert werden.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Schritt des Erfassens der MR-Daten anhand folgender Unterschritte durchgeführt werden:

• Bestimmen von beliebigen geradlinigen Trajektorien, welche alle durch den (Kugel-)Mittelpunkt verlaufen. Dabei ist die jeweilige Trajektorie insbesondere durch ihre Ausleserichtung definiert.
• Bestimmen einer Reihenfolge, in welcher die Trajektorien abgetastet werden.
• Erfassen der MR-Daten, indem die MR-Daten entlang der Trajektorien in der vorab bestimmten Reihenfolge erfasst werden. Wenn dabei erkannt wird, dass die Ausleserichtung der jeweiligen Trajektorie außerhalb des vorab bestimmten Raumwinkelbereichs liegt, wird die Ausleserichtung umgedreht (d.h. die umgedrehte Ausleserichtung ist antiparallel zur ursprünglichen Ausleserichtung).

Diese Ausführungsform entspricht der vorab beschriebenen zweiten Variante der Erfindung. Diese Ausführungsform ermöglicht, dass nach dem Stand der Technik bekannte Abtastvorgehen (wie z.B. ein Abtastvorgehen gemäß dem goldenen Winkel oder das so genannte „bit-reversed Sampling“) erfindungsgemäß umgesetzt werden und alle erfassten MR-Daten auch zur Rekonstruktion des MR-Bildes eingesetzt werden können. Bei dem bekannten zweidimensionalen Abtastvorgehen gemäß dem goldenen Winkel weist z.B. die Ausleserichtung der ersten Trajektorie 0°, die Ausleserichtung der zweiten Trajektorie 111,25°, die Ausleserichtung der dritten Trajektorie 222,5° und die Ausleserichtung der n-ten Trajektorie (n – 1)·111,25° auf. Wenn in diesem Beispiel der erlaubte Winkelbereich auf 0° bis 180° eingestellt ist, wird beispielsweise die Ausleserichtung der dritten Trajektorie umgedreht, so dass die umgedrehte Ausleserichtung (in welcher dann die MR-Daten entlang der dritten Trajektorie abgetastet werden) 222,5° – 180° = 42,5° entspricht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zum Erstellen eines MR-Bildes von einem vorbestimmten Volumenabschnitt in einem Untersuchungsobjekt bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der mindestens einen HF-Antenne, zum Empfang von der oder den HF-Antennen aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung oder Rekonstruktion der MR-Bilder. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage MR-Daten des Volumenabschnitts erfasst, indem die Magnetresonanzanlage die MR-Daten entlang von radialen Trajektorien erfasst. Jeder dieser Trajektorien ist dabei eine Ausleserichtung zugeordnet, in welcher die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie erfasst werden. Ausgehend von den erfassten MR-Daten rekonstruiert die Steuereinrichtung das MR-Bild. Die Steuereinrichtung berücksichtigt dabei bei der Rekonstruktion nur die MR-Daten, welche entlang von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche einer Kugel definiert ist. Diese Teiloberfläche entspricht dabei 75 % der Oberfläche der Kugel.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Ähnlich wie bei den erfindungsgemäßen Verfahren wird erfindungsgemäß auch eine weitere Magnetresonanzanlage bereitgestellt, welche ausgestaltet ist, um das weitere erfindungsgemäße Verfahren (zweite Variante) auszuführen.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z.B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z.B. eine DVD, ein Magnetband, eine Festplatte oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Durch die vorliegende Erfindung werden bei einer radialen MR-Daten-Erfassung antiparallele Ausleserichtungen insbesondere im Bereich der primären Ausleserichtung bei der Rekonstruktion vermieden, so dass Phasenauslöschungen oder Auslesestörungen in dieser Richtung (primären Ausleserichtung) vermieden werden können.
Wenn ein Patient beispielsweise einen Metallclip in der vorderen Brustwand aufweist kann bei einem axialen Scan die primäre Ausleserichtung auf 90° (posterior -> anterior) eingestellt werden, wodurch Artefakte vorteilhafterweise vom Körper des Patienten weg geschoben werden. Auf die gleiche Weise kann bei einem axialen Scan die primäre Ausleserichtung auf 270° eingestellt werden, wenn der Patient seinen Metallclip in der hinteren Brustwand aufweist.
Im Gegensatz zu dem bekannten SEMAC-Verfahren weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass die Abtastzeit im Vergleich zu einer bekannten radialen MR-Daten-Erfassung (ohne Berücksichtigung eines Raumwinkelbereichs) nicht verlängert werden muss.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
In 2 ist beispielhaft ein erfindungsgemäß erlaubter Raumwinkelbereich dargestellt.
In 3a sind isotrop verlaufende zweidimensionale Trajektorien dargestellt, während in 3b und 3c die zweidimensionalen Trajektorien auf einen Raumwinkelbereich beschränkt sind.
In 4 ist der Flussplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In 5 ist der Flussplan eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem der zu untersuchende Volumenabschnitt des menschlichen Körpers angeordnet ist. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenfeldsystem bzw. Gradientenfeldsystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22, welches Teil einer Steuereinrichtung 10 der Magnetresonanzanlage 5 ist, umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert, im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und über den Ausgang 11 ausgegeben. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt über einen Ausgang 11 gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist ein erfindungsgemäß erlaubter Raumwinkelbereich im K-Raum dargestellt. Dazu ist eine Kugel durch ihren Mittelpunkt 40 und ihren Radius r definiert. Die Kugeloberfläche umfasst zum einen eine Teiloberfläche A‘, welche einem nicht erlaubten Raumwinkel Ω‘ entspricht. Eine Teiloberfläche A, welche der Kugeloberfläche abzüglich der Teiloberfläche A‘ entspricht, definiert den erfindungsgemäß erlaubten Raumwinkelbereich. Dieser Raumwinkelbereich entspricht einem kanonischen Raumwinkel Ω, welcher gemäß der folgenden Gleichung (1) anhand des kanonischen nicht erlaubten Raumwinkels Ω‘ berechnet werden kann. Ω = 4π – Ω‘ (1)
Da die Teiloberfläche A‘ einem Viertel der Kugeloberfläche entspricht, entspricht die Teiloberfläche A dreiviertel oder 75% der Kugeloberfläche.
Mit dem Bezugszeichen 31 sind Trajektorien in 2 dargestellt, welche jeweils auch eine Ausleserichtung definieren, die durch den Pfeil am jeweiligen Ende der Trajektorie gekennzeichnet wird. Betrachtet man die Ausleserichtung jeder Trajektorie 31 als einen Vektor, welcher durch den Kugelmittelpunkt 40 verläuft, definiert jede Ausleserichtung in der Ausleserichtung einen Punkt auf der Kugeloberfläche. Nur wenn dieser Punkt auf der Teiloberfläche A liegt, werden die MR-Daten, die entlang der Trajektorie 31 in der Ausleserichtung erfasst wurden, bei der Rekonstruktion des MR-Bildes berücksichtigt.
Mit dem Bezugszeichen 32 ist die primäre Ausleserichtung gekennzeichnet, welche in der Mitte des erlaubten Raumwinkelbereichs liegt. Stellt man sich die primäre Ausleserichtung 32 als einen Vektor vor, welcher durch den Kugelmittelpunkt 40 verläuft, definiert die primäre Ausleserichtung in der primären Ausleserichtung 32 einen Punkt 41 auf der Kugeloberfläche. Der kürzeste Abstand zwischen einem Punkt auf der Begrenzungslinie 42 der Teiloberfläche A zu diesem Punkt 41 ist für alle Punkte auf der Begrenzungslinie 42 gleich lang. Daher liegt der Punkt 41 im Zentrum oder in der Mitte der Teiloberfläche A und die primäre Ausleserichtung 32 in der Mitte des durch die Teiloberfläche A definierten Raumwinkelbereichs.
In 3a sind für einen zweidimensionalen Fall im K-Raum radial verlaufende Trajektorien 31 dargestellt. Diese Trajektorien 31 verlaufen alle durch einen Mittelpunkt 30 und sind isotrop verteilt.
In 3b ist eine primäre Ausleserichtung 32 in negativer ky-Richtung oder in einem Winkel von 90° dargestellt, wobei diese primäre Ausleserichtung 32 einen auf 180° beschränkten Winkelbereich 33, welcher in diesem Fall von 0° bis 180° verläuft, definiert. Man erkennt dass der geradlinige Verlauf der Trajektorien 31 in 3b dem geradlinigen Verlauf der Trajektorien 31 3a entspricht. Da allerdings bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 3b nur der Winkelbereich 33 von 0° bis 180° erlaubt ist, wurde die Ausleserichtung von allen Trajektorien, welche ursprünglich in dem Winkelbereich von 180° bis 360° lagen, umgedreht bzw. die ursprüngliche Ausleserichtung dieser Trajektorien wurde um 180° gedreht, so dass anschließend jede Trajektorie 31 in dem erlaubten Winkelbereich 33 liegt.
In 3c ist eine primäre Ausleserichtung 32 in positiver ky-Richtung oder in einem Winkel von 270° (–90°) dargestellt. Auch die in 3c dargestellte primäre Ausleserichtung 32 definiert einen auf 180° beschränkten Winkelbereich 33, welcher in diesem Fall von 180° bis 360° verläuft. Der geradlinige Verlauf der Trajektorien 31 in 3c entspricht dem geradlinigen Verlauf der Trajektorien 31 in 3a und 3b. Da allerdings bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der 3c nur der Winkelbereich 33 von 180° bis 360° erlaubt ist, wurde ausgehend von der Ausleserichtung der Trajektorien aus 3a, welche ursprünglich in dem Winkelbereich von 0° bis 180° lagen, umgedreht, so dass nun die Ausleserichtung von jeder Trajektorie 31 in dem erlaubten Winkelbereich 33 liegt.
Da die Ausleserichtungen bei den in 3b und 3c dargestellten Ausführungsformen nur einen Winkelbereich von 180° überstreichen, können höchstens Trajektorien deren Ausleserichtungen am Rand des Winkelbereichs (bei 0° und 180°) liegen, antiparallel verlaufen. Dagegen existieren gerade im Bereich der primären Ausleserichtung 32 keine Trajektorien mit antiparallelen Ausleserichtungen.
In 4 ist der Flussplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Im Schritt S1 wird eine primäre Ausleserichtung und damit ein zugehöriger Raumwinkelbereich (dreidimensionaler Fall) oder Winkelbereich (zweidimensionaler Fall) bestimmt, in dessen Mitte die primäre Ausleserichtung liegt. Im Schritt S2 werden Trajektorien bestimmt und im Schritt S3 werden die MR-Daten entlang dieser Trajektorien erfasst.
In den Schritten S4 bis S6 wird überprüft, welche MR-Daten für die Rekonstruktion des MR-Bildes eingesetzt werden. Dazu wird für jede Trajektorie im Schritt S4 überprüft, ob die Ausleserichtung der Trajektorie innerhalb des im Schritt S1 definierten Raumwinkelbereichs liegt. Nur wenn dies der Fall ist, werden die MR-Daten im Schritt S5 als für die Rekonstruktion des MR-Bildes zu berücksichtigende MR-Daten gekennzeichnet.
Wenn im Schritt S6 erkannt wird, dass alle Trajektorien überprüft worden sind, wird das MR-Bild nur anhand der im Schritt S5 gekennzeichneten MR-Daten im Schritt S7 rekonstruiert.
In 5 ist der Flussplan eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Im Schritt S11 wird, wie im Schritt S1 (4), eine primäre Ausleserichtung und damit ein zugehöriger Raumwinkelbereich (dreidimensionaler Fall) oder Winkelbereich (zweidimensionaler Fall) bestimmt, in dessen Mitte die primäre Ausleserichtung liegt. Im Schritt S12 werden Trajektorien und die Reihenfolge, in welcher diese Trajektorien abzutasten sind, bestimmt.
Anschließend werden die Schritte S13 bis S15 für alle vorab bestimmten Trajektorien durchgeführt. Im Schritt S13 wird überprüft, ob die Ausleserichtung der jeweiligen Trajektorie außerhalb des im Schritt S11 liegenden Raumwinkelbereichs bzw. Winkelbereichs liegt. Nur wenn dies der Fall ist, wird die ursprüngliche Ausleserichtung im Schritt S14 invertiert oder umgedreht. Anschließend werden MR-Daten in der Ausleserichtung entlang der jeweiligen Trajektorie im Schritt S15 erfasst.
Im Schritt S16 wird überprüft, ob alle im Schritt S12 bestimmten Trajektorien abgetastet worden sind. Wenn dies der Fall ist, wird im Schritt S17 ein MR-Bild anhand der erfassten MR-Daten rekonstruiert.
Bei dem Verfahren gemäß 4 erfolgt das Abtasten des K-Raums entlang von radial verlaufenden Trajektorien mit beliebigen Ausleserichtungen. Allerdings werden dann zur Rekonstruktion des MR-Bildes nur diejenigen MR-Daten eingesetzt oder herangezogen, welche entlang von Trajektorien abgetastet wurden, deren Ausleserichtung innerhalb des vorab definierten Raumwinkelbereichs liegt. Mit anderen Worten werden zahlreiche MR-Daten zwar erfasst, aber nicht zur Rekonstruktion des MR-Bildes eingesetzt.
Im Gegensatz dazu wird bei dem Verfahren gemäß 5 vor dem Erfassen der MR-Daten überprüft, ob die Ausleserichtung einer Trajektorie innerhalb des vorab bestimmten Raumwinkelbereichs liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Ausleserichtung invertiert und die MR-Daten werden entlang der Trajektorie in der invertierten Ausleserichtung erfasst. Das MR-Bild wird dann anhand aller erfassten MR-Daten rekonstruiert.

Claims

Verfahren zum Erstellen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) mit einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren umfasst: Erfassen von MR-Daten des Volumenabschnitts, indem die MR-Daten entlang von radialen Trajektorien (31) erfasst werden, wobei jeder der Trajektorien (31) eine Ausleserichtung zugeordnet ist, in welcher die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie (31) erfasst werden, und Rekonstruieren des MR-Bildes ausgehend von den erfassten MR-Daten, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rekonstruktion nur MR-Daten berücksichtigt werden, die entlang von Trajektorien erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich (33) beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche (A) einer Kugel definiert ist, und dass die Teiloberfläche (A) 75% der Oberfläche der Kugel entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Daten nur entlang von Trajektorien (31) erfasst werden, deren Ausleserichtung auf den Raumwinkelbereich (33) beschränkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien alle durch denselben Punkt (30; 40) verlaufen, welcher dem Kugelmittelpunkt (40) der Kugel entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teiloberfläche (A) 50% der Oberfläche der Kugel entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorien (31) in einer Ebene liegen, dass der Raumwinkelbereich einem Winkelbereich (33) entspricht, und dass der Winkelbereich (33) auf 180° beschränkt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine primäre Ausleserichtung (32) bestimmt wird, und dass der Raumwinkelbereich derart bestimmt wird, dass die primäre Ausleserichtung (32) in der Mitte des Raumwinkelbereichs angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Richtung von dem Mittelpunkt zu einer Störstelle definiert wird, und dass die primäre Ausleserichtung (32) abhängig von der Richtung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Ausleserichtung (32) abhängig von einem Material der Störstelle und/oder abhängig von einer Position der Störstelle und/oder abhängig von Eigenschaften einer Sequenz, mit welcher die MR-Daten entlang der Trajektorien (31) erfasst werden, bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Rekonstruierens des MR-Bildes mehrfach mit jeweils verschiedenen primären Ausleserichtungen durchgeführt wird, und dass anhand der mehreren rekonstruierten MR-Bilder das MR-Bild rekonstruiert wird, um eine Auftretenswahrscheinlichkeit von Artefakten zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem mehrfach durchgeführten Schritt des Rekonstruierens des MR-Bildes mit jeweils verschiedenen primären Ausleserichtungen eine Störstelle erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens von MR-Daten folgende Schritte umfasst: Bestimmen von beliebigen geradlinigen Trajektorien (31), welche alle durch den Mittelpunkt (30; 40) verlaufen, Bestimmen einer Reihenfolge der Trajektorien (31), und Erfassen der MR-Daten, indem die MR-Daten entlang der Trajektorien (31) in der bestimmten Reihenfolge erfasst werden, wobei eine Ausleserichtung einer der Trajektorien (31) umgedreht wird, wenn die Ausleserichtung außerhalb des Raumwinkelbereichs (33) liegt.
Magnetresonanzanlage zum Erstellen eines MR-Bildes eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen MR-Daten und zur Erstellung des MR-Bildes umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) MR-Daten des Volumenabschnitts erfasst, indem die Magnetresonanzanlage (5) die MR-Daten entlang von radialen Trajektorien (31) erfasst, wobei jeder der Trajektorien (31) eine Ausleserichtung zugeordnet ist, in welcher die MR-Daten entlang der jeweiligen Trajektorie (31) erfasst werden, und dass die Magnetresonanzanlage (5) das MR-Bild ausgehend von den erfassten MR-Daten rekonstruiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) bei der Rekonstruktion nur MR-Daten berücksichtigt, welche entlang von Trajektorien (31) erfasst wurden, deren Ausleserichtung auf einen Raumwinkelbereich (33) beschränkt ist, welcher durch eine Teiloberfläche (A) einer Kugel definiert ist, und dass die Teiloberfläche (A) 75% der Oberfläche der Kugel entspricht.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11 durchführen.