DE102016213062A1

DE102016213062A1 - Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten mit einem Magnetresonanzgerät

Info

Publication number: DE102016213062A1
Application number: DE102016213062.5A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Andre de Oliveira
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2016-07-18
Filing date: 2016-07-18
Publication date: 2018-01-18
Also published as: US10261156B2; US20180017650A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten mit einem Magnetresonanzgerät umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Aufnahme von ersten Rohdaten mit einer ersten Diffusionswichtung, welche ersten Rohdaten einer ersten k-Raum-Matrix zugeordnet werden, – Aufnahme von zweiten Rohdaten mit einer zweiten Diffusionswichtung, welche einer zweiten k-Raum-Matrix zugeordnet werden, wobei die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix an zumindest einer Position voneinander verschieden sind, – Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten basierend auf den ersten Rohdaten und den zweiten Rohdaten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Magnetresonanzgerät, ein Computerprogrammprodukt sowie einen computerlesbaren Datenträger zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten
Bei Magnetresonanzgeräten wird üblicherweise das zu untersuchende Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein Patient, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe einer Gradienteneinheit ein Magnetfeldgradient angelegt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Signale) ausgesendet, was dazu führen soll, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der resultierenden Präzession der Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale (MR-Signale), abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Für eine bestimmte Messung ist eine bestimmte MR-Sequenz, auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenzpulsen, insbesondere Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen besteht. Zeitlich passend hierzu müssen Auslesefenster gesetzt werden, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten MR-Signale erfasst werden. Maßgeblich für die Bildgebung ist dabei insbesondere das Timing innerhalb der Sequenz, d. h. in welchen zeitlichen Abständen welche Pulse aufeinander folgen.
Der Datenraum, in dem die MR-Signale vorliegen, wird als k-Raum bezeichnet. Die MR-Signale werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix, einem Teilbereich des k-Raums, abgelegt. Alle komplexen Zahlenwerte der k-Raum-Matrix werden als Rohdaten bezeichnet. Aus den Rohdaten können beispielsweise mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation zugehörige Bilddaten rekonstruiert werden.
Die Belegung der k-Raum-Matrix mit komplexen Zahlenwerten beeinflusst die Bilddaten. Für eine korrekte Widergabe der Anatomie des Untersuchungsobjektes erfüllt die k-Raum-Matrix typischerweise das Nyquist-Kriterium. Zusätzlich bestimmt die k-Raum-Matrix die Auflösung der Bilddaten, also die Größe der Pixel der Bilddaten. Um die Auflösung der Bilddaten zu erhöhen, muss die k-Raum-Matrix vergrößert werden. Je größer die Auflösung der Bilddaten, desto geringer ist die Größe der Pixel der Bilddaten. Die komplexen Zahlenwerte des Zentrums des k-Raums bestimmen den Kontrast der Bilddaten. Die k-Raum-Matrix ist im Zentrum des k-Raums typischerweise belegt.
In der diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildgebung, der Diffusions-Bildgebung, kann die Diffusionsbewegung von bestimmten Stoffen im Körpergewebe gemessen und räumlich aufgelöst dargestellt werden. Die Diffusions-Bildgebung hat sich im klinischen Alltag insbesondere bei neurologischen Fragestellungen etabliert. Zusätzlich wird die Diffusions-Bildgebung auch in zunehmendem Maße im Umfeld der onkologischen, kardiologischen und muskuloskelettalen Erkrankungen eingesetzt.
Für die Erzeugung von diffusionsgewichteten Bilddaten müssen zunächst diffusionskodierte Rohdaten akquiriert werden. Dies erfolgt mit speziellen MR-Sequenzen, die im Folgenden als Diffusions-Sequenzen bezeichnet werden. Kennzeichnend bei Diffusions-Sequenzen ist, dass zusätzlich zu den Magnetfeldgradienten zur Ortskodierung Magnetfeldgradienten, sogenannte Diffusionsgradienten, zur ortsabhängigen Dephasierung und Rephasierung der Kernspins geschalten werden. An einer Raumposition ist die Dephasierung und die Rephasierung typischerweise gleich stark, sodass es zu einer Neutralisation der Dephasierung durch die Rephasierung kommt. Bei Vorliegen einer Diffusionsbewegung der Kernspins können die Kernspins einer unterschiedlich starken Dephasierung und Rephasierung ausgesetzt sein, sodass es insgesamt betrachtet zu einer Dephasierung kommt, wodurch die MR-Signale modifiziert werden können. Derartig aufgenommene MR-Signale werden als diffusionskodierte Rohdaten bezeichnet. Die zugehörigen Bilddaten werden als diffusionskodierte Bilddaten bezeichnet.
Bei der Diffusions-Bildgebung werden in der Regel mehrere diffusionskodierte Bilddaten mit unterschiedlichen Diffusionswichtungen, d. h. mit unterschiedlichen Diffusionsgradienten, aufgenommen und miteinander kombiniert. Die Stärke der Diffusionswichtung wird meist durch den sogenannten Diffusionsgewichtungsfaktor, auch als „b-Wert“ bezeichnet, definiert. Die unterschiedlichen diffusionskodierten Bilddaten bzw. die daraus zu kombinierenden diffusionsgewichteten Bilddaten können dann zu den gewünschten diagnostischen Zwecken verwendet werden.
Ein typisches Beispiel für diffusionsgewichtete Bilddaten sind Bilder oder Parameterkarten, bei denen ein freier Diffusionsprozess mit einem scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC = apparent diffusion coefficient) angenommen wird. Dieser Prozess ist dadurch charakterisiert, dass in Abhängigkeit von dem Diffusions-Gewichtungsfaktor die Signalstärke gemäß einem exponentiellen Zusammenhang abnimmt. Die diffusionsgewichteten Bilddaten werden demnach vorzugsweise als ADC-Karten angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten mit einem Magnetresonanzgerät anzugeben, wobei besonders hohe Diffusionsgradienten berücksichtigt werden können. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten mit einem Magnetresonanzgerät umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
– Aufnahme von ersten Rohdaten mit einer ersten Diffusionswichtung, welche ersten Rohdaten einer ersten k-Raum-Matrix zugeordnet werden,
– Aufnahme von zweiten Rohdaten mit einer zweiten Diffusionswichtung, welche einer zweiten k-Raum-Matrix zugeordnet werden,
wobei die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix an zumindest einer Position voneinander verschieden sind,
– Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten basierend auf den ersten Rohdaten und den zweiten Rohdaten.
Rohdaten werden typischerweise durch das Ausspielen einer MR-Sequenz erzeugt. Für die Aufnahme der ersten Rohdaten wird vorzugsweise eine erste MR-Sequenz ausgespielt, welche ein Diffusionskodierungsmodul umfasst. Das Diffusionskodierungsmodul umfasst vorzugsweise zwei erste Diffusionsgradienten in eine räumliche Richtung. Das Diffusionskodierungsmodul kann weitere Diffusionsgradienten in weitere räumliche Richtungen umfassen. Für die Aufnahme der ersten Rohdaten erzeugt das Diffusionskodierungsmodul typischerweise eine erste Diffusionswichtung, die typischerweise durch den ersten Diffusionsgradienten und/oder dessen induzierten ersten b-Wertes charakterisiert ist. Die ersten Rohdaten werden der ersten k-Raum Matrix zugeordnet. Die Menge aller mit der ersten Diffusionswichtung aufgenommenen ersten Rohdaten zugewiesenen Positionen entspricht typischerweise der ersten k-Raum-Matrix.
Die zweite Diffusionswichtung unterscheidet sich vorzugweise von der ersten Diffusionswichtung. Die erste Diffusionswichtung oder die zweite Diffusionswichtung kann als Referenz verwendet werden. Die Diffusionswichtung, insbesondere diejenige, die als Referenz verwendet werden kann, kann einen Diffusionsgradienten von Null, insbesondere einen b-Wert von Null, aufweisen.
Die erste k-Raum-Matrix ist typischerweise ein Teilbereich des k-Raums. Der k-Raum umfasst typischerweise beliebig viele Punkte. Die erste k-Raum-Matrix ist typischerweise in allen Dimensionen des k-Raumes begrenzt und umfasst vorzugsweise das Zentrum des k-Raums. Die erste k-Raum-Matrix weist typischerweise definierte Abstände zwischen den einzelnen Einträgen der k-Raum-Matrix auf. Die Ausgestaltung der auszuspielenden MR-Sequenz definiert typischerweise die erste k-Raum-Matrix. Insbesondere ein von der MR-Sequenz umfasstes erstes Auslesemodul kann die Reihenfolge und die Anzahl der aufzunehmenden Rohdaten und damit die erste k-Raum-Matrix bestimmen. Analoges gilt für die zweite k-Raum-Matrix, wobei diese insbesondere durch ein zweites Auslesemodul bestimmt wird.
Die erste MR-Sequenz kann derart ausgestaltet sein, dass bei ihrem Ausspielen die ersten Rohdaten mit der ersten Diffusionswichtung und die zweiten Rohdaten mit der zweiten Diffusionswichtung aufgenommen werden. Die Aufnahme der zweiten Rohdaten mit der zweiten Diffusionswichtung kann durch das Ausspielen einer zweiten MR-Sequenz erfolgen. Die Aufnahme der zweiten Rohdaten unterscheidet sich von der Aufnahme der ersten Rohdaten vorzugsweise durch das dabei verwendete Diffusionskodierungsmodul und/oder durch den von dem Diffusionskodierungsmodul erzeugten b-Wert. Darüber hinaus ist das zweite Auslesemodul vorzugsweise derart verändert, dass eine zweite k-Raum-Matrix mit Rohdaten befüllt wird.
Die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix sind an zumindest einer Position voneinander verschieden. Die Positionen des k-Raums, welchen die ersten Rohdaten und die zweiten Rohdaten zugeordnet werden, unterscheiden sich demnach. Darüber hinaus unterscheiden sich typischerweise die die ersten Rohdaten von den zweiten Rohdaten, also jeweils die komplexen Zahlenwerte, auch an einer Position, an der die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix nicht leer sind. Die erste k-Raum-Matrix gibt folglich einen ersten Wertebereich des k-Raums für die ersten Rohdaten an. Die ersten Rohdaten entsprechen den dem ersten Wertebereich zuzuordnenden Zahlenwerte. Die zweite k-Raum-Matrix gibt einen zweiten Wertebereich des k-Raums für die zweiten Rohdaten an. Die zweiten Rohdaten entsprechen den dem zweiten Wertebereich zuzuordnenden Zahlenwerte.
Für die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten werden die ersten Rohdaten und die zweiten Rohdaten verwendet. Rohdaten liegen im k-Raum vor. Diffusionsgewichtete Bilddaten werden vorzugsweise derart bestimmt, dass sie im Bildraum vorliegen. Hierfür kann eine Fouriertransformation, insbesondere eine Rekonstruktion der ersten und/oder der zweiten Rohdaten erfolgen. Algorithmen können eine Kombination und/oder Modulation der ersten Rohdaten und/oder der zweiten Rohdaten im k-Raum vornehmen. Algorithmen können eine Kombination und/oder Modulation der fouriertransformierten ersten Rohdaten und/oder der fouriertransformierten zweiten Rohdaten im Bildraum vornehmen. Bei der Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten wird der Unterschied der ersten k-Raum-Matrix und der zweiten k-Raum-Matrix vorzugsweise berücksichtigt. Bei der Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten wird der Unterschied der ersten k-Raum-Matrix und der zweiten k-Raum-Matrix vorzugsweise derart kompensiert, dass die diffusionsgewichteten Bilddaten möglichst genau denjenigen diffusionsgewichteten Bilddaten entsprechen, die bei übereinstimmender erster k-Raum-Matrix und zweiter k-Raum-Matrix erzeugt werden könnten, insbesondere wenn die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix der größeren der beiden k-Raum-Matrizen im erfindungsgemäßen Verfahren entsprechen. Die diffusionsgewichteten Bilddaten können im k-Raum vorliegen. Die diffusionsgewichteten Bilddaten können im Bildraum vorliegen. Die diffusionsgewichteten Bilddaten können einem Nutzer des Magnetresonanzgerätes angezeigt werden.
Die diffusionsgewichteten Bilddaten können beispielsweise ADC-Karten sein, die basierend auf Bilddaten mit der ersten Diffusionswichtung und Bilddaten mit der zweiten Diffusionswichtung generiert werden. Hierfür kann eine Interpolation der Diffusionswichtung vorteilhaft sein. So gilt typischerweise für ein Pixel der Bilddaten der folgende Zusammenhang: I(b) = I₀ exp( – ADC·b) (1) ADC entspricht dabei dem Wert der ADC-Karte für das Pixel, I₀ der Signalintensität des Referenz-Bilddaten, welche mit einem b-Wert von Null aufgenommen wurde, b dem b-Wert und I(b) der Signalintensität der Bilddaten, welche mit dem b-Wert b aufgenommen werden. Anhand der ADC-Karte kann also die Signalintensität der Bilddaten für verschiedene b-Werte bestimmt werden. Für die Bestimmung der b-Karte liegen vorzugsweise mehrere Bilddaten vor, die mit verschiedenen b-Werten aufgenommen wurden. Dieser Zusammenhang gilt insbesondere für kleinere b-Werte. Basierend auf Gleichung 1 kann die Signalintensität von Bilddaten mit b-Werten, die im Vergleich zu den b-Werten der zur Generierung der ADC-Karte verwendeten Bilddaten erhöht sind, nur ungenau bestimmt werden. Eine Ursache hierfür kann beispielsweise das mit den b-Werten zunehmende Rauschen in den Bilddaten sein.
Eine starke Diffusionswichtung entspricht typischerweise einem großen magnetischen Moment, einem Gradientenmoment, des Diffusionsgradienten. Das Gradientenmoment ist insbesondere proportional zum Zeitintegral der Gradientenamplitude. Limitationen der Bauweise des Magnetresonanzgerätes, insbesondere der Gradientenspulen, begrenzen typischerweise die Gradientenamplitude und/oder das in einem bestimmten Zeitraum erzeugbare magnetische Moment. Um bei der Bestimmung der ADC-Karte hohe b-Werte berücksichtigen zu können (vgl. Gleichung 1), sind Aufnahmen mit einer entsprechend starken Diffusionswichtung, also mit einem entsprechend hohen b-Wert, erforderlich.
Aufgrund der Schaltung der Diffusionsgradienten ist in der Diffusions-Bildgebung die Dauer zwischen der Erzeugung der MR-Signale und der Aufnahme der MR-Signale mittels einer Empfangsantenne im Vergleich zu MR-Sequenzen ohne Diffusionsgradienten typischerweise länger. Die aufzunehmenden MR-Signale werden mit der Zeit typischerweise schwächer, weshalb die Schaltung der Diffusionsgradienten möglichst kurz dauern sollte. Um einen gewünschten b-Wert zu erzielen, müssen bei einem verkürzten Diffusionsgradienten dessen Amplitude und/oder dessen Steigrate typischerweise erhöht werden. Die Amplitude und/oder die Steigrate, die für Diffusionsgradienten verwendet werden, stellen meist die höchsten Anforderungen an das Magnetresonanzgerät.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass abhängig von der Diffusionswichtung für die aufzunehmenden Rohdaten eine k-Raum-Matrix gewählt werden kann. Insbesondere kann abhängig von der Diffusionswichtung die Menge der aufzunehmenden Rohdaten bestimmt werden. So können beispielsweise bei stärkerer Diffusionswichtung weniger Rohdaten aufgenommen werden. Dadurch kann beispielsweise die Echozeit der MR-Sequenz für verschiedene b-Werte konsistent gewählt werden.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Dauer zur Erzeugung der Diffusionswichtung angepasst werden. Dadurch kann beispielsweise die erste Diffusionswichtung und die zweite Diffusionswichtung mit gleicher Amplitude des Diffusionsgradienten erzeugt werden. Die mit den ersten Rohdaten und mit den zweiten Rohdaten zu befüllenden k-Raum-Matrizen können derart angepasst werden, dass beispielsweise die Dauer zwischen HF-Pulsen konstant bleibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten kann demnach flexibel Aufnahmen mit unterschiedlich starken Diffusionswichtungen berücksichtigen. Insbesondere können Restriktionen der Gradientenspulen beim Ausspielen von Diffusionsgradienten, insbesondere bei hohen b-Werten, umgangen werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können bei Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten besonders hohe Diffusionsgradienten verwendet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Messung von Rohdaten mit einer besonders hohen Diffusionswichtung, sodass die daraus zu rekonstruierenden Bilddaten nicht anhand Gleichung 1 zu berechnen, also zu extrapolieren sind. Die daraus bestimmten diffusionsgewichteten Bilddaten sind demnach für hohe b-Werte besonders genau.
Gemäß einer fiktiven Annahme liege eine Übereinstimmung der ersten k-Raum-Matrix mit der zweiten k-Raum-Matrix bei einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten vor. Gemäß der fiktiven Annahme kann eine Diffusions-Sequenz mit einer gesetzten Echozeit, mit einem gesetzten Auslesemodul und mit einer gesetzten Diffusionswichtung Rohdaten erzeugen. Ein b-Wert und/oder eine Diffusionswichtung können als hoch bezeichnet werden, wenn gemäß der fiktiven Annahme unter voller Ausnutzung der Spezifikation einer Gradientenspule, welche zum Ausspielen des Diffusionsgradienten verwendet wird, eine Diffusions-Sequenz mit einer gesetzten Echozeit und mit einem gesetzten Auslesemodul keine Rohdaten erzeugen kann. Eine Echozeit kann als kurz bezeichnet werden, wenn gemäß der fiktiven Annahme unter voller Ausnutzung der Spezifikation einer Gradientenspule, welche zum Ausspielen des Diffusionsgradienten verwendet wird, eine Diffusions-Sequenz mit einem gesetzten b-Wert und mit einem gesetzten Auslesemodul keine Rohdaten erzeugen kann. Eine Auflösung kann als hoch bezeichnet werden, wenn die Auflösung ein derartiges Auslesemodul erfordert, dass gemäß der fiktiven Annahme unter voller Ausnutzung der Spezifikation einer Gradientenspule, welche zum Ausspielen des Diffusionsgradienten verwendet wird, eine Diffusions-Sequenz mit einer gesetzten Echozeit und mit einem gesetzten b-Wert ohne Verlängerung der Messdauer keine Rohdaten erzeugen kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die zweite Diffusionswichtung stärker als die erste Diffusionswichtung. Der zweite Diffusionsgradient erzeugt demnach vorzugsweise ein stärkeres Gradientenmoment, einen größeren b-Wert und damit eine stärkere Dephasierung als der erste Diffusionsgradient. Die ersten Rohdaten unterliegen demnach vorzugsweise einer Diffusionswichtung, die sich von der Diffusionswichtung der zweiten Rohdaten unterscheidet. Der zweite Diffusionsgradient kann eine größere Amplitude als der erste Diffusionsgradient aufweisen und/oder eine kürzere Dauer und/oder eine größere Steigrate. Der erste Diffusionsgradient kann Null betragen, sodass die ersten Rohdaten Referenzdaten ohne Diffusionswichtung entsprechen. Es können weitere Rohdaten mit zumindest einer weiteren Diffusionswichtung aufgenommen werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass aufgrund der Wahl verschiedener Diffusionswichtungen die diffusionsgewichteten Bilddaten besonders genau bestimmt werden können. Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht die Verwendung besonders großer Diffusionswichtungen und damit die Bestimmung besonders genauer ADC-Karten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die zweite k-Raum-Matrix kleiner als die erste k-Raum-Matrix. Die zweite k-Raum-Matrix ist demnach vorzugsweise an weniger Positionen des k-Raums mit Rohdaten befüllt, als die erste k-Raum-Matrix. Das Kodierungsmodul zu Aufnahme der ersten Rohdaten akquiriert demnach bevorzugt mehr Rohdaten, tastet also mehr Positionen im k-Raum ab, als das Kodierungsmodul zu Aufnahme der zweiten Rohdaten. Die Menge der ersten Rohdaten ist vorzugsweise größer als die Menge der zweiten Rohdaten. Würden die ersten Rohdaten zu Bilddaten rekonstruiert werden, so würden diese vorzugsweise eine höhere Auflösung aufweisen als die zu Bilddaten rekonstruierten zweiten Rohdaten.
Die Dauer der Aufnahme von Rohdaten korreliert typischerweise mit der Menge der aufzunehmenden Rohdaten. Die zweiten Rohdaten können demnach vorzugsweise schneller aufgenommen werden als die ersten Rohdaten. Ein Aufnahmeschema bestimmt typischerweise die k-Raum-Matrix und die zeitliche Reihenfolge, gemäß der die k-Raum-Matrix befüllt wird, also die zeitliche Reihenfolge der Aufnahme der Rohdaten. Typischerweise kann das Aufnahmeschema durch die Wahl eines von der MR-Sequenz umfassten Kodierungsmoduls bestimmt werden.
Ist die zweite Diffusionswichtung stärker als die erste Diffusionswichtung, so kann die für das Ausspielen der zweiten Diffusionsgradienten benötigte Zeit größer sein, als die für das Ausspielen der ersten Diffusionsgradienten benötigte Zeit. Um die Dauer zwischen HF-Pulsen und/oder die Echozeit für die ersten Rohdaten und die zweiten Rohdaten konstant zu halten, können für verschiedene Diffusionswichtungen verschiedene Aufnahmeschema gewählt werden. Insbesondere kann bei einer stärkeren zweiten Diffusionswichtung eine kleinere zweite k-Raum-Matrix gewählt werden. Das Aufnahmeschema der zweiten Rohdaten wird dann vorzugsweise so gewählt, dass das Timing der von der ersten MR-Sequenz umfassten HF-Pulse konstant gehalten wird.
Der Vorteil dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine gegebenenfalls erforderliche längere Dauer für das Ausspielen des Diffusionsgradienten durch eine kürzere Dauer für die Aufnahme der Rohdaten ausgeglichen werden kann. Das Timing zwischen den HF-Pulsen, das insbesondere die Intensität der MR-Signale beeinflusst, kann durch die Anpassung der k-Raum-Matrizen beibehalten werden. Die aufgenommenen Rohdaten weisen demnach vorzugsweise den gleichen Kontrast auf. Das Verfahren ermöglicht den Einsatz besonders hoher Diffusionswichtungen, wobei die Größe der k-Raum-Matrix und damit insbesondere die Auflösung der zu rekonstruierenden Bilddaten aus den Rohdaten als Parameter dient. Die Unterschiede der Rohdaten und/oder der aus den Rohdaten zu rekonstruierenden Bilddaten aufgrund der unterschiedlichen k-Raum-Matrizen kann anhand weiterer Verfahrensschritte ausgeglichen werden.
Eine k-Raum-Matrix kann in verschiedene Richtungen des k-Raumes verschieden dicht mit Rohdaten befüllt werden. Insbesondere können die Abstände zwischen Positionen der k-Raum-Matrix in unterschiedlichen Richtungen des k-Raums variieren. Werden zur Ortskodierung Phasenkodierung und Frequenzkodierung verwendet, so dauert die Phasenkodierung bei Aufnahme der Rohdaten typischerweise länger als die Frequenzkodierung.
Für eine Reduktion der Dauer der Aufnahme der zweiten Rohdaten aufgrund einer stärkeren und gegebenenfalls längeren zweiten Diffusionswichtung, kann es insbesondere effizient sein, die Phasenkodierung der zweiten k-Raum-Matrix im Vergleich zur ersten k-Raum-Matrix zu reduzieren. Die zweite k-Raum-Matrix ist vorzugsweise in Richtung der Phasenkodierung kleiner als die erste k-Raum-Matrix. Die zweite k-Raum-Matrix kann in Richtung der Frequenzkodierung gleich groß oder größer als die erste k-Raum-Matrix gewählt werden. Dadurch können die zu Bilddaten rekonstruierten zweiten Rohdaten in Richtung der Phasenkodierung eine geringere Auflösung, in Richtung der Frequenzkodierung die gleiche oder eine höhere Auflösung als die zu Bilddaten rekonstruierten ersten Rohdaten aufweisen. Insbesondere kann die Ausdehnung der k-Raum-Matrix in Richtung der Frequenzkodierung und/oder die gemäß dem Aufnahmeschema vorgesehene Dauer zur Abtastung, insbesondere die für die Frequenzkodierung verwendete Bandbreite, in Richtung der Frequenzkodierung dazu verwendet werden, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu variieren.
Ist die zweite k-Raum-Matrix kleiner als die erste k-Raum-Matrix, so können bei einer segmentierten Bildgebung, wie es beispielsweise bei echoplanaren MR-Sequenzen üblich ist, die zweiten Rohdaten gegebenenfalls mit einer geringeren Anzahl an Segmenten aufgenommen werden. Dadurch kann die Messzeit reduziert werden und/oder mehrere, im weiteren Verlauf gemittelte, Aufnahmen zur Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses aufgenommen werden. Eine höhere Diffusionswichtung kann demnach in der segmentierten MR-Bildgebung eine Verkürzung der Messdauer oder eine Erhöhung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses bewirken.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist die zweite k-Raum-Matrix ein Teilbereich der ersten k-Raum-Matrix. Die zweite k-Raum-Matrix ist demnach bevorzugt eine Teilmenge der ersten k-Raum-Matrix. Insbesondere stimmen die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix bevorzugt im Zentrum des k-Raums überein. Bevorzugt ist die zweite k-Raum-Matrix eine Teilmenge der ersten k-Raum-Matrix, wobei die Abstände benachbarter Positionen der beiden k-Raum-Matrizen übereinstimmen. Die k-Raum-Matrizen weisen vorzugsweise die gleiche Auflösung im k-Raum auf. Derart gewählte k-Raum-Matrizen können die Einhaltung des Nyquist-Kriteriums sicherstellen. Bevorzugt sind die erste k-Raum-Matrix und/oder die zweite k-Raum-Matrix um das k-Raum-Zentrum zentriert. Dadurch kann eine gute Übereinstimmung des Kontrastes der aus den ersten Rohdaten und den zweiten Rohdaten zu rekonstruierenden Bilddaten gewährleistet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die Aufnahme der ersten Rohdaten mit einer ersten Echozeit und die Aufnahme der zweiten Rohdaten mit der ersten Echozeit. Die Echozeit definiert die Dauer zwischen dem Ausspielen des Anregungspulses und dem Zeitpunkt, zu dem gemäß dem Aufnahmeschema das Zentrum des k-Raums ausgelesen wird. Dies minimiert typischerweise Abweichungen im Kontrast zwischen den zu Bilddaten rekonstruierten ersten Rohdaten und den zu Bilddaten rekonstruierten zweiten Rohdaten.
Insbesondere ermöglicht die Ausführungsform die Kombination einer starken zweiten Diffusionswichtung mit einer kurzen ersten Echozeit, welche erste Echozeit für die erste k-Raum-Matrix nur in Kombination mit einer geringeren als der zweiten Diffusionswichtung möglich ist. Die Verwendung kurzer Echozeiten ist insbesondere bei der MR-Bildgebung von Geweben mit kurzem T2*-Zeiten, wie beispielsweise der Leber, vorteilhaft. Da die Aufnahme der Rohdaten typischerweise mit einer echoplanaren MR-Sequenz oder der MR-Sequenz „RESOLVE“ erfolgt, sind kurze Echozeiten für ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis wichtig. Die Intensität der MR-Signale sinkt typischerweise mit zunehmender Echozeit.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die erste Echozeit derart gewählt sein, insbesondere kurz gewählt sein, dass sie mit einer ersten, vorzugsweise geringen, Diffusionswichtung kompatibel ist. Die Kompatibilität der ersten Echozeit mit der vorzugsweise stärkeren zweiten Diffusionswichtung wird durch eine Anpassung, insbesondere eine Verkleinerung der zweiten k-Raum-Matrix im Vergleich zur ersten k-Raum-Matrix erzielt. Die kurze Echozeit kann gemäß dieser Ausführungsform mit einer hohen Diffusionswichtung kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird die zweite k-Raum-Matrix derart angepasst, dass die Aufnahme der der zweiten k-Raum-Matrix zuzuordnenden zweiten Rohdaten mit der zweiten Diffusionswichtung und der ersten Echozeit mit dem Magnetresonanzgerät erfolgt. Das Aufnahmeschema der ersten k-Raum-Matrix und/oder der zweiten k-Raum-Matrix wird vorzugweise derart angepasst, dass trotz voneinander verschiedener erster und zweiter Diffusionswichtungen die Echozeit konstant ist. Dies minimiert typischerweise Abweichungen im Kontrast zwischen den zu Bilddaten rekonstruierten ersten Rohdaten und den zu Bilddaten rekonstruierten zweiten Rohdaten. Die Auswirkungen der voneinander verschiedenen k-Raum-Matrizen werden dadurch vorzugsweise auf die Auflösung begrenzt, welche bei Bedarf durch weitere Verfahrensschritte angepasst werden kann. Es können dadurch besonders starke Diffusionswichtungen erzeugt werden.
Die gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens bestimmten diffusionsgewichteten Bilddaten unterscheiden sich bevorzugt nicht von den folgendermaßen herkömmlich bestimmten diffusionsgewichteten Bilddaten:
– Aufnahme der ersten Rohdaten mit einer ersten Diffusionswichtung, welche ersten Rohdaten einer dritten k-Raum-Matrix zugeordnet werden,
– Aufnahme der zweiten Rohdaten mit einer zweiten Diffusionswichtung, welche ersten Rohdaten der dritten k-Raum-Matrix zugeordnet werden,
– Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten basierend auf den ersten Rohdaten und den zweiten Rohdaten, wobei die dritte k-Raum-Matrix der größeren der ersten oder der zweiten k-Raum-Matrix entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten die folgenden Verfahrensschritte:
– Identifizierung von zumindest einer Position der ersten k-Raum-Matrix, an welcher zumindest einen Position die zweite k-Raum-Matrix leer ist,
– Erweiterung der zweiten k-Raum-Matrix um die zumindest eine Position,
– Erweiterung der zweiten Rohdaten um die der zumindest einen Position zugeordneten ersten Rohdaten.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die erste k-Raum-Matrix und die zweite k-Raum-Matrix vorzugsweise verglichen und zumindest eine Position im k-Raum identifiziert, an der die die zweite k-Raum-Matrix leer ist. Diese Position wird gemäß dem geplanten Aufnahmeschema für die zweite Rohdaten vorzugsweise nicht mit komplexen Zahlenwerten der zweiten Rohdaten belegt. Die zweite k-Raum-Matrix wird vorzugsweise derart erweitert, also angepasst, dass die erweiterte zweite k-Raum-Matrix diese Position umfasst. Da für diese Position das Aufnahmeschema typischerweise keine zweiten Rohdaten vorsieht, kann die zweite k-Raum-Matrix nicht vollständig mit komplexen Zahlenwerten der zweiten Rohdaten oder zweiten Rohdaten belegt werden. Anstatt dessen werden dieser Position vorzugsweise die ersten Rohdaten zugeordnet, welche dieser Position der ersten k-Raum-Matrix zugeordnet werden. Die Vereinigungsmenge dieser Rohdaten mit den zweiten Rohdaten kann als erweiterte Rohdaten bezeichnet werden. Diese Verfahrensausführung entspricht einer k-Raum-basierten Kombination der Rohdaten bei unterschiedlichen k-Raum-Matrizen, also unterschiedlichen Belegungen des k-Raums für verschiedene Rohdaten.
Vorzugsweise ist die zweite k-Raum-Matrix kleiner als die erste k-Raum-Matrix. Vorzugsweise werden alle Positionen der ersten k-Raum-Matrix identifiziert, an denen die zweite k-Raum-Matrix leer ist. Ist die zweite k-Raum-Matrix eine Teilmenge der ersten k-Raum-Matrix, so entspricht die erweiterte zweite k-Raum-Matrix vorzugsweise der ersten k-Raum-Matrix.
Die Menge der erweiterten Rohdaten entspricht vorzugsweise der Menge der ersten Rohdaten. Werden diese jeweils zu Bilddaten rekonstruiert, so weisen sie typischerweise die gleiche Auflösung auf.
Vorzugsweise ist die zweite k-Raum-Matrix ein Ausschnitt des Zentrums der ersten k-Raum-Matrix. So können die kontrastbestimmenden zentralen zweiten Rohdaten mit der zweiten Diffusionswichtung aufgenommen werden. Der Teilbereich der ersten k-Raum-Matrix, um den die zweite k-Raum-Matrix erweitert wird, entspricht vorzugsweise dem Außenbereich der ersten k-Raum-Matrix, welcher typischerweise die Auflösung bestimmt. Die Diffusionswichtung beeinflusst typischerweise primär die Signalintensität und damit den Kontrast der zu rekonstruierenden Bilddaten.
Vorzugsweise ist die zweite Diffusionswichtung größer als die erste Diffusionswichtung. Die zweite Diffusionswichtung ist vorzugsweise derart stark, dass das Magnetresonanzgerät nicht dazu ausgebildet ist, Rohdaten mit der zweiten Diffusionswichtung für die erste k-Raum-Matrix aufzunehmen. Dies kann anhand dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht werden. Gemäß dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die kontrastbestimmenden Rohdaten mit einer hohen Diffusionswichtung mit auflösungsbestimmenden Rohdaten mit einer anderen Diffusionswichtung kombiniert werden. Die bestimmenden Eigenschaften für diffusionsgewichtete Bilddaten sind demnach bevorzugt in den erweiterten Rohdaten und in den ersten Rohdaten enthalten. Basierend auf den ersten Rohdaten und den erweiterten Rohdaten können analog zu herkömmlichen Verfahren diffusionsgewichtete Bilddaten erzeugt werden.
Die Eingangsparameter für diese Bestimmung sind typischerweise die ersten Rohdaten, die erweiterten Rohdaten, die erste Diffusionswichtung und die zweite Diffusionswichtung. Die weitere Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten kann vorsehen, dass die ersten Rohdaten zu ersten Bilddaten rekonstruiert werden und die erweiterten Rohdaten zu zweiten Bilddaten rekonstruiert werden, wobei die ersten Bilddaten und die zweiten Bilddaten die gleiche Auflösung aufweisen. Analog zur Formel 1 kann beispielsweise eine ADC-Karte bestimmt werden.
Anhand dieser Ausführungsform des Verfahrens können sowohl hoch aufgelöste diffusionsgewichtete Bilddaten erzeugt werden und hohe Diffusionswichtungen experimentell gemessen werden. Dadurch können insbesondere sehr genaue ADC-Karten erzeugt werden. Die k-Raum-basierte Ergänzung fehlender Rohdaten ist besonders zeitsparend.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten die folgenden Verfahrensschritte:

– Rekonstruktion der ersten Rohdaten zu ersten Bilddaten mit einer ersten Auflösung,
– Rekonstruktion der zweiten Rohdaten zu zweiten Bilddaten,
– Interpolation der zweiten Bilddaten zu interpolierten zweiten Bilddaten, sodass die interpolierten zweiten Bilddaten die erste Auflösung aufweisen,
– Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten basierend auf den ersten Bilddaten und den interpolierten zweiten Bilddaten.

Im Vergleich zu der vorhergehenden Ausführungsform verfolgt dieser Ansatz eine bildbasierte Kombination der verschieden diffusionsgewichteten Daten. Die Auflösung von zu Bilddaten rekonstruierten Rohdaten ist typischerweise durch die k-Raum-Matrix bestimmt, welche durch die Rohdaten belegt wird. Die zweiten Bilddaten weisen demnach typischerweise eine Auflösung auf, welche sich von der ersten Auflösung unterscheidet. Ist insbesondere die zweite k-Raum-Matrix eine Teilmenge der ersten k-Raum-Matrix bei gleicher k-Raum-Auflösung, so ist die zweite Auflösung der zweiten Bilddaten geringer als die erste Auflösung. Die Auflösung der zweiten Bilddaten kann beispielsweise durch Interpolation an die Auflösung der ersten Bilddaten angepasst werden. Hierbei wird typischerweise unter Berücksichtigung der Signalverteilung in benachbarten Pixeln die Pixelgröße verändert. Dies erfolgt typischerweise iterativ. Weisen die interpolierten zweiten Bilddaten und die ersten Bilddaten eine gleiche Auflösung auf, so können darauf basierend gemäß herkömmlichen Verfahren diffusionsgewichtete Bilddaten erzeugt werden. Die diffusionsgewichteten Bilddaten weisen typischerweise die Auflösung der Eingangsbilddaten, also die erste Auflösung auf. Die Eingangsparameter für diese Bestimmung sind typischerweise die erste Diffusionswichtung, bzw. der erste b-Wert, die zweite Diffusionswichtung, bzw. der zweite b-Wert, die ersten Bilddaten und die interpolierten zweiten Bilddaten. An diesen Eingangsparametern ist eine von der ersten k-Raum-Matrix abweichende zweite k-Raum-Matrix typischerweise nicht mehr erkenntlich. Vielmehr können anhand dieser Ausführungsform des Verfahrens sowohl hoch aufgelöste diffusionsgewichtete Bilddaten erzeugt werden und hohe Diffusionswichtungen experimentell gemessen werden. Dadurch können insbesondere sehr genaue ADC-Karten erzeugt werden. Die bildbasierte Interpolation ist besonders zeitsparend.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden in einem weiteren Verfahrensschritt basierend auf den diffusionsgewichteten Bilddaten dritte Bilddaten mit einer dritten Diffusionswichtung erzeugt. Gemäß Gleichung 1 kann eine ADC-Karte beispielsweise dazu verwendet werden, diffusionsgewichtete Bilddaten für weitere b-Werte zu berechnen, insbesondere zu extrapolieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Aufnahme von Rohdaten mit einer besonders hohen Diffusionswichtung. Zur Erzeugung einer ADC-Karte können gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren stark diffusionsgewichtete Daten mit einer sehr hohen Diffusionswichtung herangezogen werden und mit weiteren, schwächer diffusionsgewichteten Daten kombiniert werden. Es kann demnach ein besonders großer Bereich an b-Werten für die Erzeugung einer ADC-Karte verwendet werden. Es kann eine hohe Genauigkeit der ADC-Karte, insbesondere im Bereich der aufgenommenen Diffusionswichtungen, insbesondere für starke Diffusionswichtungen, erzielt werden. Bilddaten mit zumindest einer weiteren Diffusionswichtung können gemäß Gleichung 1 und aus gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten diffusionsgewichteten Bilddaten berechnet werden. Die Bilddaten mit zumindest einer weiteren Diffusionswichtung können einem Nutzer des Magnetresonanzgerätes angezeigt werden. Dieses Verfahren kann insbesondere für die Bestimmung von Bilddaten mit einer weiteren hohen Diffusionswichtung besonders genau sein.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten auszuführen. Dafür weist die Steuereinheit typischerweise eine Ausspieleinheit, eine Bestimmungseinheit mit einer Prozessoreinheit, einen Eingang und einen Ausgang auf.
Die Ausspieleinheit ist dazu ausgebildet, eine MR-Sequenz zu einer Aufnahme von ersten Rohdaten auszuspielen. Die Ausspieleinheit ist dazu ausgebildet, eine MR-Sequenz zu einer Aufnahme von zweiten Rohdaten auszuspielen. Über den Eingang können der Steuereinheit die Rohdaten und gegebenenfalls ein Algorithmus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bereitgestellt werden. Weitere, im Verfahren benötigte Funktionen, Algorithmen oder Parameter können der Steuereinheit und/oder der Bestimmungseinheit über den Eingang bereitgestellt werden.
Die Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, diffusionsgewichtete Bilddaten basierend auf den ersten Rohdaten und den zweiten Rohdaten zu bestimmen. Vorzugsweise wird die Bestimmung mittels in der Prozessoreinheit ausführbarer Algorithmen ausgeführt. Die Eigenschaft und/oder weitere Ergebnisse einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie beispielsweise die diffusionsgewichteten Bilddaten, können über den Ausgang bereitgestellt werden. Die Steuereinheit und/oder die Bestimmungseinheit können in das Magnetresonanzgerät integriert sein. Die Steuereinheit und/oder die Bestimmungseinheit können auch separat von dem Magnetresonanzgerät installiert sein. Die Steuereinheit und/oder die Bestimmungseinheit können mit dem Magnetresonanzgerät verbunden sein.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes sind analog zu den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät kann weitere Steuerungskomponenten aufweisen, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nötig und/oder vorteilhaft sind. Auch kann das Magnetresonanzgerät dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Vorzugsweise ist die Bestimmungseinheit Teil der Steuereinheit des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts. Auf einer Speichereinheit der Steuereinheit können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer die Prozessoreinheit einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuereinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Steuereinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Steuereinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Recheneinheit geladen werden kann, der mit dem Magnetresonanzgerät direkt verbunden oder als Teil des Magnetresonanzgeräts ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbarer Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinheit eines Magnetresonanzgeräts ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem computerlesbarer Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Ausführung eines Verfahrens zu einem Ausspielen einer Magnetresonanz-Sequenz, vorgesehen ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträgers entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Bestimmung einer Eigenschaft eines Organs, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer schematischen Darstellung,
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Diagramm einer Diffusions-Sequenz,
4 einen k-Raum,
5 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
7 ein Ablaufdiagramm einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildete Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15 auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Patiententisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist. Die Magneteinheit 13 ist mittels einer Gehäuseverkleidung 31 des Magnetresonanzgeräts nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 11 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Hochfrequenz-Pulse in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein.
Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Steuereinheit 24 auf. Die Steuereinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen von MR-Sequenzen. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Bilddaten können auf einer Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Bildgebungsparameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Steuereinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen. Die Steuereinheit 24 umfasst weiterhin eine Bestimmungseinheit 33. Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Bestimmungseinheit 33 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, das das jeweilige Verfahren auf einer Steuereinheit 24 implementiert, wenn es auf der Steuereinheit 24 ausgeführt wird. Ebenso kann ein computerlesbarer Datenträger 21 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 21 in einer Steuereinheit 24 eines Magnetresonanzgeräts 11 das beschriebene Verfahren durchführen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten mit einem Magnetresonanzgerät 11. Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit Verfahrensschritt 100, wobei erste Rohdaten 110 mit einer ersten Diffusionswichtung 51 aufgenommen werden und einer ersten k-Raum-Matrix 41 zugeordnet werden. In Verfahrensschritt 200 erfolgt die Aufnahme von zweiten Rohdaten 210 mit einer zweiten Diffusionswichtung 52, welche zweiten Rohdaten 210 einer zweiten k-Raum-Matrix 42 zugeordnet werden. Die erste k-Raum-Matrix 41 und die zweite k-Raum-Matrix 42 sind an zumindest einer Position voneinander verschieden. In Verfahrensschritt 300 werden die diffusionsgewichteten Bilddaten 310 basierend auf den ersten Rohdaten 110 und den zweiten Rohdaten 210 bestimmt. Hierbei werden typischerweise die ersten Rohdaten 110 und die zweiten Rohdaten 210 für die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten 310 verwendet.
3 zeigt ein Diagramm einer Diffusions-Sequenz, die zur Aufnahme von diffusionsgewichteten MR-Signalen ausgelegt ist. Das Diagramm stellt zwei Ausschnitte der Diffusions-Sequenz dar, wobei der erste Ausschnitt 71 eine erste Diffusionswichtung 51 und der zweite Ausschnitt 72 eine zweite Diffusionswichtung 52 erzeugt. Die horizontale Achse beschreibt dabei einen zeitlichen Verlauf. Auf der vertikalen Achse sind die Amplituden der Hochfrequenz-Pulse (HF) und der Magnetfeldgradienten (Gd, Gp, Gr) aufgetragen. Zusätzlich ist der zeitliche Verlauf der Auslesefenster (ADC) gekennzeichnet. Die Magnetfeldgradienten Gp und Gr werden zur Ortskodierung verwendet, insbesondere wird Gp zur Phasenkodierung und Gr zur Frequenzkodierung verwendet. Gd bezeichnet die Amplitude der Diffusionsgradienten. Der erste Ausschnitt 71 ist vorzugsweise folgendermaßen aufgebaut: Der Hochfrequenz-Puls 61 ist typischerweise ein Anregungspuls und erzeugt einen Flipwinkel von näherungsweise 90°. Anschließend wird der erste dephasierende Diffusionsgradient 511 ausgespielt, welcher eine erste Dephasierung verursacht. Es folgen ein weiterer Hochfrequenz-Puls 62 zur Refokussierung und ein erster rephasierender Diffusionsgradient 512, welcher die erste Dephasierung im statischen Fall durch Rephasierung neutralisiert. Die Diffusionsgradienten 511 und 512 erzeugen eine erste Diffusionswichtung 51. Es folgt ein erstes Auslesemodul 81, welches eine Abfolge von mehreren Magnetfeldgradienten zur Phasenkodierung Gp und Magnetfeldgradienten zur Frequenzkodierung Gr und entsprechende ADC-Auslesefenster umfasst. Der erste Abschnitt 71 kann mit variierenden Auslesemodulen 81 nacheinander ausgespielt werden und optional mit einem weiteren Abschnitt, beispielsweise dem zweiten Abschnitt verschachtelt werden.
Es folgt der zweite Abschnitt 72. Der zweite Abschnitt 72 weist vorzugsweise analog zum ersten Abschnitt 71 die Hochfrequenzpulse 61 und 62 auf. Der zweite Abschnitt 72 umfasst das zweite Auslesemodul 82, welches sich vorzugsweise vom ersten Auslesemodul 81 unterscheidet. Beispielsweise weißt das zweite Auslesemodul 82 im Vergleich zum ersten Auslesemodul 81 weniger Magnetfeldgradienten Gp zur Phasenkodierung und/oder weniger ADC-Auslesefenster auf. Der zweite Abschnitt 72 und/oder das zweite Auslesemodul 82 können dadurch kürzer als der erste Abschnitt 71 und/oder das erste Auslesemodul 71 sein.
Die Auslesemodule 81 und 82 ausgenommen weisen beide Abschnitte 71 und 72 vorzugsweise das gleiche Timing auf. Insbesondere ist die Echozeit der beiden Abschnitte 71, 72 vorzugsweise identisch. Die Dauer zwischen dem HF-Puls 61 des ersten Abschnittes 71 und dem Zeitpunkt des ersten Auslesemoduls 81, zu welchem das Zentrum des k-Raums 40 ausgelesen wird, entspricht vorzugsweise der Dauer zwischen dem HF-Puls 61 des zweiten Abschnittes 72 und dem Zeitpunkt des zweiten Auslesemoduls 82, zu welchem das Zentrum des k-Raums 40 ausgelesen wird. Die beiden Abschnitte 71 und 72 unterscheiden sich vorzugsweise in den Diffusionsgradienten 511, 512, 521, 522 und der daraus resultierenden Diffusionswichtung 51, 52. Die Diffusionsgradienten 521 und 522 in Abschnitt 72 erzeugen eine zweite Diffusionswichtung 52. Die zweite Diffusionswichtung 52 ist vorzugsweise stärker als die erste Diffusionswichtung 51. Die beiden Abschnitte 71 und 72 können im Rahmen einer MR-Sequenz ausgespielt werden. Eine MR-Sequenz kann derart ausgestaltet sein, dass sie die beiden Abschnitte 71 und 72 umfasst.
4 zeigt einen k-Raum 40 mit zwei k-Raum-Matrizen 41, 42. Es wird nur ein Ausschnitt des k-Raums 40 betrachtet. Die Ausdehnung des k-Raums 40 in vertikale ky und in horizontale Richtung kx ist prinzipiell unendlich groß. Schraffierte Kreise geben den Bereich des k-Raums 40 an, der durch die erste k-Raum-Matrix 41 belegt ist. Ein Teilbereich der ersten k-Raum-Matrix 41 wird auch von der zweiten k-Raum-Matrix 42 belegt. Die zweite k-Raum-Matrix 42 ist dabei kleiner als die erste k-Raum-Matrix 41.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden in Verfahrensschritt 100 erste Rohdaten 110 mit der ersten Diffusionswichtung 51 und der ersten Echozeit aufgenommen. Zusätzlich zu dem in 2 dargestellten Verfahren wird in Verfahrensschritt 150 die zweite k-Raum-Matrix 42 derart angepasst, dass die Aufnahme 200 der der zweiten k-Raum-Matrix 42 zuzuordnenden zweiten Rohdaten 210 mit der zweiten Diffusionswichtung 52 und der ersten Echozeit mit dem Magnetresonanzgerät 11 ausführbar ist. Die Aufnahme 200 der der zweiten k-Raum-Matrix 42 zuzuordnenden zweiten Rohdaten 210 erfolgt vorzugsweise unter Verwendung der ersten Echozeit. In Verfahrensschritt 300 werden die diffusionsgewichteten Bilddaten 310 basierend auf den ersten Rohdaten 110 und den zweiten Rohdaten 210 bestimmt. Optional können in einem weiteren Verfahrensschritt 400 basierend auf den diffusionsgewichteten Bilddaten 310 dritte Bilddaten mit einer dritten Diffusionswichtung erzeugt werden. Typischerweise erfolgt dies anhand einer Berechnung und/oder ohne weiteres Ausspielen einer MR-Sequenz oder eines Abschnittes einer MR-Sequenz.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verfahrensschritte 100 und 200 entsprechen den vorher beschriebenen Verfahrensausführungen. Verfahrensschritt 300, die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten 310, umfasst in dieser Ausführungsform vorzugsweise folgende weitere Verfahrensschritte: In Verfahrensschritt 301 erfolgt die Identifizierung von zumindest einer Position der ersten k-Raum-Matrix 41, an welcher zumindest einen Position die zweite k-Raum-Matrix 42 leer ist. Gemäß 4 entspricht dies einem nur in eine Richtung schraffierten Kreis. Vorzugsweise wird die Differenzmenge der ersten k-Raum-Matrix 41 und der zweiten k-Raum-Matrix 42 bestimmt.
Die zweite k-Raum-Matrix 42 wird vorzugsweise in Verfahrensschritt 302 um die zumindest eine Position erweitert. Die zweiten Rohdaten 210 werden vorzugsweise um die der zumindest einen Position zugeordneten ersten Rohdaten in Verfahrensschritt 303 erweitert. Insbesondere können die erste k-Raum-Matrix 41 und die zweite k-Raum-Matrix 42 gemäß dieser Ausführungsform in Übereinstimmung gebracht werden. In weiteren von Verfahrensschritt 300 umfassten Verfahrensschritten können die ersten Rohdaten 41 zu ersten Bilddaten und die zweiten Rohdaten 42 zu zweiten Bilddaten rekonstruiert werden, welche dann vorzugsweise eine ähnliche, insbesondere bevorzugt die gleiche räumliche Auflösung aufweisen. Basierend auf den ersten Bilddaten und den zweiten Bilddaten können die diffusionsgewichteten Bilddaten 310 bestimmt werden. Dabei kann beispielsweise ein herkömmliches Verfahren zur Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten unter Verwendung zweier Bilddaten, welche sich nur durch deren Diffusionswichtung unterscheiden, verwendet werden.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Verfahrensschritte 100 und 200 entsprechen den vorher beschriebenen Verfahrensausführungen. Verfahrensschritt 300, die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten 310, umfasst in dieser Ausführungsform vorzugsweise folgende weitere Verfahrensschritte: In Verfahrensschritt 311 werden die ersten Rohdaten 110 zu ersten Bilddaten 120 mit einer ersten Auflösung rekonstruiert. In Verfahrensschritt 312 werden die zweiten Rohdaten 210 zu zweiten Bilddaten 220 mit einer zweiten Auflösung rekonstruiert. Die erste Auflösung unterscheidet sich typischerweise von der zweiten Auflösung, da die erste k-Raum-Matrix 41 und die zweite k-Raum-Matrix 42 an zumindest einer Position des k-Raums 40 voneinander verschieden sind. Vorzugsweise ist die zweite k-Raum-Matrix 42 kleiner als die erste k-Raum-Matrix 41, sodass die zweite Auflösung geringer als die erste Auflösung ist. In Verfahrensschritt 313 erfolgt die Interpolation der zweiten Bilddaten 220 zu interpolierten zweiten Bilddaten 230, sodass die interpolierten zweiten Bilddaten 230 die erste Auflösung aufweisen. Die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten 310 erfolgt dann basierend auf den ersten Bilddaten 120 und den interpolierten zweiten Bilddaten 230.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten (310) mit einem Magnetresonanzgerät (11) umfassend die folgenden Verfahrensschritte: – Aufnahme von ersten Rohdaten (110) mit einer ersten Diffusionswichtung (51), welche ersten Rohdaten (110) einer ersten k-Raum-Matrix (41) zugeordnet werden, – Aufnahme von zweiten Rohdaten (210) mit einer zweiten Diffusionswichtung (52), welche zweiten Rohdaten (210) einer zweiten k-Raum-Matrix (42) zugeordnet werden, wobei die erste k-Raum-Matrix (41) und die zweite k-Raum-Matrix (42) an zumindest einer Position voneinander verschieden sind, – Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten (310) basierend auf den ersten Rohdaten (110) und den zweiten Rohdaten (210).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Diffusionswichtung (52) stärker als die erste Diffusionswichtung (51) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite k-Raum-Matrix (42) kleiner als die erste k-Raum-Matrix (41) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite k-Raum-Matrix (42) ein Teilbereich der ersten k-Raum-Matrix (41) ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Aufnahme der ersten Rohdaten (110) mit einer ersten Echozeit und die Aufnahme der zweiten Rohdaten (210) mit der ersten Echozeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite k-Raum-Matrix (42) derart angepasst wird, dass die Aufnahme der der zweiten k-Raum-Matrix (42) zuzuordnenden zweiten Rohdaten (210) mit der zweiten Diffusionswichtung (52) und der ersten Echozeit mit dem Magnetresonanzgerät (11) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten (310) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: – Identifizierung von zumindest einer Position der ersten k-Raum-Matrix (41), an welcher zumindest einen Position die zweite k-Raum-Matrix (42) leer ist, – Erweiterung der zweiten k-Raum-Matrix (42) um die zumindest eine Position, – Erweiterung der zweiten Rohdaten (210) um die der zumindest einen Position zugeordneten ersten Rohdaten.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten (310) die folgenden Verfahrensschritte umfasst: – Rekonstruktion der ersten Rohdaten (110) zu ersten Bilddaten (120) mit einer ersten Auflösung, – Rekonstruktion der zweiten Rohdaten (210) zu zweiten Bilddaten (220), – Interpolation der zweiten Bilddaten (220) zu interpolierten zweiten Bilddaten (230), sodass die interpolierten zweiten Bilddaten (230) die erste Auflösung aufweisen, – Bestimmung der diffusionsgewichteten Bilddaten (310) basierend auf den ersten Bilddaten (120) und den interpolierten zweiten Bilddaten (230).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Verfahrensschritt basierend auf den diffusionsgewichteten Bilddaten (310) dritte Bilddaten mit einer dritten Diffusionswichtung erzeugt werden.
Magnetresonanzgerät (11) mit einer Recheneinheit (24), die eine Bestimmungseinheit (33) umfasst, welche zu einer Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten (310) ausgelegt ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einem Speicher einer programmierbaren Recheneinheit (24) eines Magnetresonanzgerätes (11) ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten (310) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit (24) des Magnetresonanzgerätes (11) ausgeführt wird.
Computerlesbarer Datenträger (23), auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Bestimmung von diffusionsgewichteten Bilddaten (310) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.