DE102016217675A1 - Verbesserte Erzeugung von Bildpunkt-Zeit-Serien eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik - Google Patents

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Abstract

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Bildpunkt-Zeit-Serie eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik werden in einer Wiederholung einer Pulssequenz Messdaten für einen unterabgetasteten Messdatensatz entlang einer k-Raum-Trajektorie aufgenommen. Die Pulssequenz wird mindestens noch einmal wiederholt unter Einstrahlung von jeweils anderen RF-Pulsen und/oder unter Schaltung von jeweils anderen Gradienten derart, dass bei jeder Wiederholung nach dem einen RF-Anregungspuls Messdaten entlang einer weiteren k-Raum-Trajektorie gemessen und in jeweiligen Messdatensätzen gespeichert werden, wobei die Wiederholungen derart durchgeführt werden, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang optimiert gewählten k-Raum-Trajektorien gemessen werden. Aus den erhaltenen Messdatensätzen werden je ein Bilddatensatz rekonstruiert aus dem mindestens eine Bildpunkt-Zeit-Serie für mindestens einen Bildpunkt aus den rekonstruierten Bilddatensätzen erstellt wird. Durch die optimierte Wahl der in aufeinanderfolgenden Wiederholungen abgetasteten k-Raum-Trajektorien können Artefakte vermieden werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verbesserung von mittels Magnetresonanztechnik erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien.
  • Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einer Magnetresonanzanlage in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B0-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
  • Eine Magnetresonanz-Bildgebung mittels einer Magnetresonanzanlage kann dazu dienen, eine Anwesenheit und/oder eine Verteilung eines Stoffs, welcher sich in einem Untersuchungsobjekt befindet, zu bestimmen. Der Stoff kann dabei beispielsweise ein, möglicherweise pathologisches, Gewebe des Untersuchungsobjekts, ein Kontrastmittel, eine Markierungssubstanz oder ein Stoffwechselprodukt sein.
  • Informationen über die vorliegenden Stoffe können dabei nicht auf vielfältige Weise aus den aufgenommenen Messdaten gewonnen werden. Eine relativ einfache Informationsquelle sind z.B. aus den Messdaten rekonstruierte Bilddaten. Es gibt jedoch auch komplexere Verfahren, die, z.B. aus Bildpunkt-Zeit-Serien von aus sukzessive gemessenen Messdatensätzen rekonstruierten Bilddaten, Informationen über das untersuchte Untersuchungsobjekt ermitteln.
  • Zu derartigen Verfahren gehören beispielsweise Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren (MRF-Verfahren), bei denen Signalverläufe von aus zeitlich nacheinander mit verschiedenen Aufnahmeparametern aufgenommenen Messdaten rekonstruierten Bilddaten mittels Mustererkennungsverfahren („pattern recognition“) mit Signalverläufen einer zuvor ermittelten Datenbank von für bestimmte Stoffe charakteristischen Signalverläufen („dictionary“) verglichen werden, um die in den aus den Messdaten rekonstruierten Bilddaten repräsentierten Stoffe bzw. die räumliche Verteilung von gewebespezifischen Parametern (wie die Transversalrelaxation T2 oder die Longitudinalrelaxation T1; sogenannte T1- und T2-Karten) in dem abgebildeten Untersuchungsobjekt zu ermitteln.
  • Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren sind beispielsweise in dem Artikel von Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting", Nature, 495: S. 187–192 (2013), dem Artikel von Jiang et al., „"MR Fingerprinting Using Fast Imaging with Steady State Precession (FISP) with Spiral Readout", Magnetic Resonance in Medicine 74: S. 1621–1631 (2015) oder auch dem Artikel von Cloos et al. „Online Radial Multiband Magnetic Resonance Fingerprinting", ISMRM 2016: S. 608 bekannt.
  • In dem genannten Artikel von Jiang et al. wird ein MRF-Verfahren beschrieben, bei dem eine FISP („Fast Imaging with Steady State Precession“)-Sequenz verwendet wird, die 1000 Mal unter Variation der Wiederholzeit TR und des Flipwinkels wiederholt wird, wobei bei jeder Wiederholung Messdaten entlang einer spiralförmigen k-Raum-Trajektorie aufgenommen werden. In dem beschriebenen Verfahren werden 24 Wiederholungen benötigt, um das k-Raum-Zentrum mit der k-Raum-Trajektorie gemäß Nyquist vollständig abzutasten und sogar 48 Wiederholungen, um insgesamt eine Auflösung von 256·256 zu erreichen, bei der auch der periphere k-Raumbereich gemäß Nyquist vollständig abgetastet ist. Die verwendete k-Raum-Trajektorie wird daher in jeder Wiederholung um einen Winkelschritt von 360°/48 = 7,5° rotiert. Ein Messdatensatz einer Wiederholung, aus dem Bilddaten rekonstruiert werden, ist somit 48-fach unterabgetastet. Daher weisen die rekonstruierten Bilddaten, aus denen die mit der Datenbank zu vergleichenden Bildpunkt-Zeit-Serien erstellt werden, starke Unterabtastungs-Artefakte auf. Obwohl Jiang et al. in dem Artikel schließen, dass diese Unterabtastungsartefakte sich insgesamt herausmitteln und daher keinen Einfluss auf die Parameterkarten haben, die als Ergebnisse des Vergleichs mit der Datenbank erhalten werden, können doch räumliche fehlerhafte Abweichungen /Verschiebungen („spatial bias“), die auch als Shading-Artefakte bezeichnet werden, in den Parameterkarten auftreten.
  • Ein weiteres Beispiel für Verfahren, die aus Bildpunkt-Zeit-Serien von aus sukzessive gemessenen Messdatensätzen rekonstruierten Bilddaten Informationen über das Untersuchungsobjekt ableiten, sind Verfahren der funktionellen Magnetresonanzbildgebung (fMRI). Bei der funktionellen Magnetresonanzbildgebung werden MR-Bilder des Gehirns eines Probanden oder Patienten aufgenommen während dieser verschiedenen Stimuli ausgesetzt wird. Aus einem Vergleich von Bildpunkt-Zeit-Serien der aufgenommenen MR-Bilder mit dem zeitlichen Verlauf der jeweiligen Stimuli werden Informationen über bei den jeweiligen Stimuli aktive Gehirnregionen gewonnen. Zu den fMRI-Verfahren gehören beispielsweise DSC(„dynamic susceptibility contrast“)-Verfahren, BOLD(„blood oxygenation level-dependent“)-Verfahren oder auch VASO („vascular space occupancy“)-Verfahren, wie sie z.B. in dem Artikel von Belliveau et al., „Functional Mapping oft he Human Visual Vortex by Magnetic Resonance Imaging", Science 254: S. 716–719 (1991), in dem Artikel von Ogawa et al., „Brain magnetic ressonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation", Proc. Natl. Acad. Sci. 87: S. 9868–9872 (1990) oder in dem Artikel von Lu et al., „Functional Magnetic Resonance Imaging Based on Changes in Vascular Space Occupancy" Magnetic Resonance in Medicine 50: S. 263–274 (2003) beschrieben werden.
  • Beispielsweise bei BOLD-fMRI-Verfahren wird in der Regel eine zeitliche Serie von z.B. T2*-sensitiven Bilddatensätzen aufgenommen, in denen temporäre Signaländerungen durch eine statistische Analyse mit Vergleich zu einem funktionalen Paradigma, z.B. auch räumliche Korrelationen in charakteristischen zeitlichen Signalverläufen an Ruhezuständen („resting state fmri“) festgestellt werden. Dabei kann z.B. eine 2D-Multi-Schicht-Gradienten-EPI-Sequenz (EPI: „echo planar imaging“) mit einer „zick-zack“ kartesischen k-Raum-Trajektorie („blipped EPI“) oder auch mit einer spiralförmigen k-Raum-Trajektorie („spiral EPI“) eingesetzt werden, um die Messdaten aufzunehmen. Dabei werden weitverbreitet sogenannte „single-shot“-Verfahren verwendet, bei denen nach einer Anregung ein vollständiger Satz an Messdaten, z.B. für eine Schicht, aufgenommen werden, aus denen die Bilddaten für die Bildpunkt-Zeit-Serien rekonstruiert werden. Diese single-shot-Verfahren benötigen jedoch längere Wiederholzeiten TR je größer die Auflösung der aufgenommenen Messdaten sein soll. Lange Wiederholzeiten TR können aber zu Off-Resonanz-Artefakten, Verzerrungs- oder Blurring-Artefakten, führen.
  • Um die Wiederholzeiten TR trotz höherer Auflösung nicht zu verlängern, können sogenannte parallele Akquisitionstechniken (PAT: „Parallel Acquisition Technique“), wie z.B. GRAPPA („GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition“) oder SENSE („Sensitivity Encoding“), bei denen mit Hilfe von mehreren RF-Spulen nur eine gemäß dem Nyquist-Theorem im k-Raum unterabgetastete Anzahl an Messdaten aufgenommen werden, eingesetzt werden. Die „fehlenden“ Messdaten werden in diesen Verfahren auf Basis von Sensitivitätsdaten der verwendeten RF-Spulen und Kalibrierungsdaten aus den gemessenen Messdaten ergänzt bevor die Bilddaten rekonstruiert werden.
  • Dadurch, dass nur ein Teil der eigentlich für eine vollständige Abtastung benötigten Messdaten aufgenommen werden (typischerweise z.B. nur die Hälfte oder ein Viertel), wird die für das Auslesen der Messdaten benötigte Auslesezeit und damit die Wiederholzeit reduziert. Allerdings werden die genannten Sensitivitätsdaten der RF-Spulen und Kalibrierungsdaten benötigt, was zusätzliche Messungen erfordert.
  • Eine andere Möglichkeit, um die Wiederholzeiten kurz zu halten und Off-Resonanz-Artefakte zu vermeiden ist es, sogenannte „multiple-shot“-Verfahren zu verwenden, in denen die für eine gemäß Nyquist vollständige Abtastung erforderlichen Messdaten auf mehrere Wiederholungen aufgeteilt werden, sodass nach einer Anregung nur ein Teil der für eine gemäß Nyquist vollständige Abtastung erforderlichen Messdaten aufgenommen wird. Aus den in den mehreren Wiederholungen aufgenommenen Messdaten werden dann die für die Bildpunkt-Zeit-Serien benötigten Bilddaten rekonstruiert. Diese Vorgehensweise hat jedoch auch Nachteile, denn einerseits kann die Aufteilung der Messdaten auf verschiedene Wiederholungen zu Phasenfehlern zwischen den Messdaten der verschiedenen Wiederholungen, auch Segmentierungs-Artefakte genannt, führen, andererseits ist die Zeit, die für einen gemäß Nyquist vollständigen Datensatz benötigt wird, entsprechend der benötigten Wiederholungen ein Vielfaches der Wiederholzeit TR, wodurch die Messdauer insgesamt stark erhöht wird. Das ist insbesondere bei Event-bezogener fMRI-Verfahren und auch Ruhezustands-fMRI-Verfahren ein großer, kaum zu akzeptierender Nachteil.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile bei MR-Verfahren, welche Bildpunkt-Zeit-Serien zur Gewinnung von Informationen über ein Untersuchungsobjekt nutzen, zu vermeiden bzw. zu reduzieren.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer Bildpunkt-Zeit-Serie eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 10, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 12.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer jeweils gemäß Nyquist unterabgetasteten Aufnahme von Messdaten in mehreren Wiederholungen entlang variierter k-Raum-Trajektorien die Reihenfolge der k-Raum-Trajektorien entlang derer in den aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten aufgenommen werden, Einfluss auf die in den Messdaten enthaltenen Artefakte, insbesondere die enthaltenen Unterabtastungsartefakte und Einfaltungsartefakte, hat.
  • Diese sind nicht allein durch den Grad der Unterabtastung bestimmt, sondern hängen auch z.B. von Hardware-Komponenten der verwendeten Magnetresonanzanlage ab, wie z.B. der Gradientenleistung. Dies ist insbesondere durch gewisse gerätespezifische Inhomogenitäten und Soll-Abweichungen bedingt. Durch derartige Inhomogenitäten und Soll-Abweichungen werden die angestrebten, geplanten k-Raum-Trajektorien tatsächlich nicht exakt eingehalten, wodurch Rest-Momente der geschalteten Gradienten erhalten bleiben können. Diese Rest-Momente unterscheiden sich je nach den, z.B. für das Auslesen der Messdaten, geschalteten Gradienten, wodurch für verschiedene k-Raum-Trajektorien verschiedene Rest-Momente bestehen bleiben, was zu (weiteren) Artefakten führt.
  • Weitere Gründe, warum tatsächlich gemessene k-Raum-Trajektorien von den geplanten k-Raum-Trajektorien abweichen können und damit warum Artefakte auftreten können, sind beispielsweise unkompensierte verbleibende Wirbelströme und Wechselwirkungen/Interferenzen („cross terms“), Inhomogenitäten im B1-Feld oder auch Fehler in der Zeiteinteilung der Sequenz.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer Bildpunkt-Zeit-Serie eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik umfasst die Schritte:
    • – Einstrahlen von RF-Pulsen, Schalten von Gradienten und Auslesen von durch die eingestrahlten RF-Pulse und die geschalteten Gradienten erzeugten Echosignalen gemäß einer Pulssequenz derart, dass entlang einer ersten k-Raum-Trajektorie Messdaten nach einer Anregung mit einem RF-Anregungspuls aufgenommen und in einem Messdatensatz gespeichert werden, wobei der Messdatensatz gemäß Nyquist unterabgetastet ist,
    • – Wiederholen der Pulssequenz mindestens einmal unter Einstrahlung von jeweils anderen RF-Pulsen und/oder unter Schaltung von jeweils anderen Gradienten derart, dass bei jeder Wiederholung nach dem einen RF-Anregungspuls Messdaten entlang einer weiteren k-Raum-Trajektorie gemessen und in jeweiligen Messdatensätzen gespeichert werden, wobei die Wiederholungen derart durchgeführt werden, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang optimiert gewählten k-Raum-Trajektorien gemessen werden,
    • – Rekonstruieren eines Bilddatensatzes pro Messdatensatz,
    • – Bilden mindestens einer Bildpunkt-Zeit-Serie für mindestens einen Bildpunkt aus den rekonstruierten Bilddatensätzen, die eine Signalintensität des Bildpunktes im Verlauf der Aufnahmezeiten der Messdatensätze wiedergibt,
    • – Speichern der Bildpunkt-Zeit-Serie.
  • Durch die erfindungsgemäße Optimierung der Wahl der k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten aufgenommen werden, können störende Artefakte in aus den Messdaten einer Wiederholung rekonstruierten Bilddaten vermieden oder zumindest reduziert werden. Dadurch können insbesondere mittels MRF-Verfahren erzielte Ergebnisse z.B. für Parameterkarten des untersuchten Untersuchungsobjekts verbessert werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Optimierung der Wahl der k-Raum-Trajektorien, entlang derer Messdaten nacheinander aufgenommen werden sollen, können auch bei fMRI-Verfahren die für die Bildpunkt-Zeit-Serien benötigten Bilddaten aus unterabgetasteten Messdaten, die in einer Wiederholung gemessen wurden, rekonstruiert werden, ohne die Qualität der aus den Bildpunkt-Zeit-Serien zu gewinnenden Informationen zu beeinträchtigen. Dabei werden insbesondere Segmentierungs-Artefakte vermieden, da die Wiederholzeiten TR gegenüber gemäß Nyquist vollständigen Aufnahmen verkürzt sind.
  • Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung und einer Optimierungseinheit.
  • Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
  • Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Rechensystems ausgeführt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
  • Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 ein grob schematisch dargestelltes Pulssequenzdiagramm, wie es für ein erfindungsgemäßes Verfahren eingesetzt werden kann,
  • 3 ein Beispiel einer möglichen Verteilung von k-Raum-Trajektorien,
  • 4 ein Beispiel einer herkömmlichen Auswahl von durch Rotation bestimmter weiterer k-Raum-Trajektorien,
  • 5 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Auswahl von durch Rotation bestimmter weiterer k-Raum-Trajektorien,
  • 6 ein weiteres Beispiel einer Auswahl von durch Translation bestimmter weiterer k-Raum-Trajektorien,
  • 7 eine schematisch Darstellung des Zusammenhangs von Messdatensätzen und Bilddatensätzen im zeitlichen Verlauf,
  • 8 ein Beispiel einer erfindungsgemäß erstellten Bildpunkt-Zeit-Serie,
  • 9 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäß erstellten Bildpunkt-Zeit-Serie,
  • 10 ein Vergleich einer nicht auf Grundlage von erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien ermittelten Parameterkarte mit einer auf Grundlage von erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien ermittelten Parameterkarte,
  • 11 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
  • 1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung einer Bildpunkt-Zeit-Serie eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik
  • Dabei wird eine Pulssequenz z.B. entsprechend einem gewünschten Kontrast oder anderer gewünschter Eigenschaften der mit der Pulssequenz auslesbaren Messdaten auf übliche Weise gewählt (Block 101).
  • Die Pulssequenz wird mit in einer ersten Wiederholung (i = 1) mit einem ersten Satz an Parametern Pi durchgeführt, wobei Messdaten entlang einer ersten k-Raum-Trajektorie Ti abgetastet werden sollen (P; T)i. Eine k-Raum-Trajektorie entlang derer Messdaten in einer Wiederholung gemessen werden kann den k-Raum kartesisch, spiralförmig, radial oder auch in einer die vorgenannten Abtastarten mischenden oder sogar entlang einer frei erdachten Trajektorie abtasten.
  • Gemäß der Pulssequenz werden RF-Pulse in ein Untersuchungsobjekt eingestrahlt, Gradienten geschaltet und durch die eingestrahlten RF-Pulse und die geschalteten Gradienten erzeugte Echosignalen ausgelesen (Block 103). Dabei werden nach einer Anregung mit einem RF-Anregungspuls Messdaten entlang der k-Raum-Trajektorie Ti aufgenommen und in einem Messdatensatz MDSi gespeichert. Die k-Raum-Trajektorie und die Abtast-Auflösung sind dabei dergestalt, dass der Messdatensatz MDSi gemäß Nyquist unterabgetastet ist. Aus jedem Messdatensatz MDSi wird ein Bilddatensatz BDSi rekonstruiert (Block 109), wobei auch nur ein Teil der in dem Messdatensatz MDSi enthaltenen Messdaten für die Rekonstruktion verwendet werden kann. Somit erhält man einen Bilddatensatz BDSi pro Wiederholung i, d.h. insgesamt N Bilddatensätze BDSi.
  • Ein grob schematisches Beispiel einer anwendbaren Pulssequenz ist in 2 anhand eines Pulssequenzdiagramms dargestellt. Nach einem Anregungspuls RF-Ai wird nach einer Echozeit TEi ein Echosignal ESi, jeweils dargestellt in der obersten, die Hochfrequenzaktivität darstellenden Zeile (RF), in einem Auslesezeitraum Ri ausgelesen (ADC). Je nach Pulssequenz können zwischen dem Anregungspuls RF-Ai und dem Echosignal ESi auch noch weitere RF-Pulse geschaltet werden, auf deren Darstellung der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde. Nach einem Anregungspuls RF-Ai wird ein Gradientenzug GTi, der Gradienten in allen Gradientenrichtungen G umfassen kann, geschaltet, dessen genaue Ausgestaltung wiederum von der Art der gewählten Pulssequenz und der k-Raum-Trajektorie Ti abhängt, und dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. Daher ist der Gradientenzug GTi nur durch einen Kasten angedeutet. Nach einer Wiederholzeit TRi, die erfindungsgemäß variieren kann, wird das Pulssequenzdiagramm wiederholt, wie durch den folgenden Anregungspuls RF-Ai+1 angedeutet ist, wobei in jeder Wiederholung i andere Gradienten in dem Gradientenzug GTi geschaltet und/oder andere RF-Pulse eingestrahlt werden können. Beispielsweise kann in jeder Wiederholzeit TRi ein Flipwinkel eingestrahlter RF-Pulse, insbesondere des Anregungspulses RF-Ai variiert werden. Insgesamt werden N Wiederholungen durchgeführt (i = 1, ..., N), wobei N eine natürliche Zahl größer als Eins ist und, je nach Anwendung, auch mehrere hundert bis mehrere tausend sein kann.
  • In einer Abfrage 105 wird abgefragt, ob bereits alle N gewünschten Wiederholungen durchgeführt und die entsprechenden N Messdatensätze MSDi gespeichert wurden. Ist dies nicht der Fall („n“, Abfrage 105), wird eine für die nächste Wiederholung optimale k-Raum-Trajektorie gewählt und die Parameter der Pulssequenz entsprechend angepasst und ggf. zusätzlich variiert (Block 107). In der Regel wird sich eine gewählte weitere k-Raum-Trajektorie Ti+1 von einer vorhergehenden k-Raum-Trajektorie Ti unterscheiden. Mit dem so erhaltenen nächsten Parametern Pi+1 und der gewählten weiteren k-Raum-Trajektorie Ti+1 ((P;T)i+t) wird die Pulssequenz wiederholt und somit eine erneute Messung (Block 103) durchgeführt, derart, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang den optimiert gewählten k-Raum-Trajektorien Ti, Ti+1 gemessen werden.
  • Die weitere k-Raum-Trajektorie Ti+1 ist hierbei beispielsweise durch Anwenden einer Rotation und/oder einer Translation auf die erste k-Raum-Trajektorie T1 oder durch eine Verkürzung einer anderen k-Raum-Trajektorie bestimmt. Es können auch andere geometrische Operationen, wie Spiegelungen oder Vergrößerungen oder Verkleinerungen, eingesetzt werden, um weitere k-Raum-Trajektorien aus bereits gewählten k-Raum-Trajektorien zu bestimmen. Es ist weiterhin denkbar, dass z.B. Korrekturen, beispielsweise bezüglich Wirbelströmen und/oder Verzögerungen, angewendet werden, welche z.B. in kx- und ky-Richtung unterschiedlich sein können, und die die jeweilige k-Raum-Trajektorie beeinflussen. Z.B. kann eine weitere k-Raum-Trajektorie auch als Teilstück einer anderen zu verwendenden k-Raum-Trajektorie konstruiert sein, die gegebenenfalls noch rotiert und/oder verschoben werden kann. Die verwendeten Rotationen und/oder Translationen sowie ggf. Teilstücke, auf die eine weitere k-Raum-Trajektorie im Vergleich zu einer anderen verkürzt wird, werden derart gewählt, dass der k-Raum in einer gewünschten Art und Weise durch alle verwendeten k-Raum-Trajektorien abgedeckt wird.
  • Hierzu kann auch zunächst eine Menge von zu verwendenden k-Raum-Trajektorien Ti festgelegt werden, die für die Wiederholungen verwendet werden sollen, und die z.B. den k-Raum insgesamt in einer gewünschten Art und Weise abdecken, z.B. um eine gewünschte Über- oder Unter-Abtastung oder eine Abtastungs-Verteilung im relevanten k-Raum zu erreichen. Grundsätzlich können hierbei auch k-Raum-Trajektorien, die nicht durch geometrische Operationen voneinander abgeleitet werden können gewählt werden. Die gewünschte Abtastungs-Verteilung kann hierbei insbesondere in Bezug auf eine gewünschte Verwendung der erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien bestimmt werden. Die Menge der verwendenden k-Raum-Trajektorien Ti legt somit auch eine Anzahl n an verschiedenen insgesamt anzuwendenden k-Raum-Trajektorien Ti fest.
  • Ein Beispiel einer möglichen Verteilung von k-Raum-Trajektorien ist in 3 gezeigt. Hierbei wurde eine spiralförmige k-Raum-Trajektorie verwendet, die in Rotationsschritten von 7,5° (= 360°/48) um das k-Raumzentrum rotiert wurde, um im Bereich des k-Raumzentrums insgesamt eine Überabtastung mit dem Faktor 2 und im peripheren Bereich insgesamt eine vollständige Abtastung gemäß Nyquist zu erreichen. Um diese gewünschte Abtastung zu erreichen, ist eine Mindestanzahl n von k-Raum-Trajektorien anzuwenden, entlang derer Messdaten in verschiedenen Wiederholungen aufgenommen werden (hier: n = 48). Die Verteilung der hier geltenden radialen Abtastrate „A“ gemäß Nyquist ist rechts über ansteigende Werte im k-Raum aufgetragen. Bei dieser Wahl der Abdeckung des k-Raums und der Form der k-Raum-Trajektorie kann es, insbesondere bei einer späteren Verwendung einer erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serie im Rahmen eines MRF-Verfahrens, sinnvoll sein, jede der hier n = 48 k-Raum-Trajektorien zumindest in einer Wiederholung zu verwenden oder sogar jede der n = 48 k-Raum-Trajektorien in allen Wiederholungen möglichst gleich oft zu verwenden. Damit kann erreicht werden, dass ein aus den insgesamt aufgenommenen Messdaten rekonstruiertes sekundäres Bild, beispielsweise eine Parameterkarte, möglichst frei von durch eine ansonsten vorhandene zeitliche Unterabtastung verursachten Artefakten ist.
  • So kann z.B. bei der Wahl der k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, eine Anzahl an verschiedenen insgesamt anzuwendenden k-Raum-Trajektorien und/oder einen Grad der Unterabtastung eines Messdatensatzes berücksichtigt werden.
  • Bei der Wahl der gewünschten Abtastung kann eine zumindest in bestimmten k-Raum-Bereichen, z.B. in einem zentralen Bereich und/oder in einem peripheren Bereich, möglichst homogene Abtastung gewünscht sein. Wie in dem Beispiel der 3 kann auch eine zum k-Raumzentrum hin dichter werdende Abtastung gewünscht sein. Um eine homogene Verteilung der Abtastung zu erhalten, kann beispielsweise bei einer kartesischen k-Raum-Trajektorie eine maximale Translation zwischen zwei zu verwendenden k-Raum-Trajektorien bestimmt werden und diese maximale Translation einer gewünschten Abtastdichte entsprechend in äquidistante Translationsschritte eingeteilt werden, um die eine äußerste k-Raum-Trajektorie verschoben wird, um eine weitere zu verwendende k-Raum-Trajektorie zu erhalten. Die Länge der äquidistanten Translationsschritte kann hierbei als Quotient der maximalen Translation geteilt durch die Anzahl N der durchzuführenden Wiederholungen oder geteilt durch eine (auch nicht-ganzzahlige) Zahl kleiner als N bestimmt werden. Analog kann auch bei einer Bestimmung der weiteren k-Raum-Trajektorien durch Rotation eine maximale Rotation (360°) durch die Anzahl N der durchzuführenden Wiederholungen oder durch eine (auch nicht-ganzzahlige) Zahl kleiner N geteilt werden, um Rotationsschritte zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine Menge an im Verlauf der Wiederholungen zumindest einmal zu verwendenden k-Raum-Trajektorien festgelegt werden, die bei der Wahl der k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, berücksichtigt werden können. Je größer die Zahl durch die die maximale Translation bzw. die maximale Rotation geteilt wird, d.h. je kleiner die Translationsschritte bzw. Rotationsschritte, desto höher wird die Auflösung bezüglich des insgesamt abgetasteten k-Raums.
  • Die weiteren k-Raum-Trajektorien sind dann durch eine schrittweise Rotation gemäß einer gewünschten Rotationsschrittweite und/oder durch eine schrittweise Translation gemäß einer gewünschten Translationsschrittweite bestimmt.
  • Aus einer solchen Menge an im Verlauf der Wiederholungen zumindest einmal zu verwendenden k-Raum-Trajektorien können k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, zufällig gewählt werden.
  • Aus dieser Menge an im Verlauf der Wiederholungen zumindest einmal zu verwendenden k-Raum-Trajektorien können k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, in einer nichtchronologischen Reihenfolge gewählt werden. Auf diese Weise können Artefakte durch nicht vollständig kompensierte Gradientenmomente oder versehentliches Messen von Signalen aus einer vorhergehenden Wiederholung vermieden oder zumindest minimiert werden.
  • Aus dieser Menge an im Verlauf der Wiederholungen zumindest einmal zu verwendenden k-Raum-Trajektorien können k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, derart gewählt werden, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang von k-Raum-Trajektorien, die alternierende Gradienten aufweisen, gemessen werden. Auf diese Weise werden störende Wirbelströme vermieden.
  • In jedem Fall kann die Wahl der nacheinander zu messenden k-Raum-Trajektorien gemäß mindestens eines der folgenden Kriterien optimiert werden: eine Reduzierung von Artefakten in den rekonstruierten Bilddatensätzen, eine Reduzierung einer räumlichen und/oder zeitlichen Verschiebung von Intensitätswerten in den rekonstruierten Bilddatensätzen. In einem einfachen Fall können für eine solche Optimierung Ergebnisse von z.B. nach verschiedenen der bereits oben genannten Kriterien gewählten aufeinanderfolgenden k-Raum-Trajektorien verglichen werden.
  • Werden die erfindungsgemäßen Bildpunkt-Zeit-Serien zur Verwendung mit MRF-Verfahren erstellt, können weitere Optimierungskriterien z.B. auch eine möglichst gute Reduzierung von räumlichen fehlerhaften Abweichungen in den als Ergebnis erhaltenen Parameterkarten und/oder eine möglichst große Homogenität von in den als Ergebnis erhaltenen Parameterkarten angezeigten Parameterwerten in Bereichen gleicher Gewebe sein. Eine derartige Homogenität kann beispielsweise über Referenzmessungen oder durch Messungen an zumindest in Teilbereichen homogenen Phantomen kontrolliert werden.
  • Werden die erfindungsgemäßen Bildpunkt-Zeit-Serien zur Verwendung mit fMR-Verfahren erstellt, können weitere Optimierungskriterien z.B. auch eine möglichst zufällige Verteilung der k-Raum-Trajektorien, um eine möglichst unempfindliche sogenannte Baseline aus den Bildpunkt-Zeit-Serien bestimmen zu können oder auch bei einer mehrfachen Anwendung eines gleichen Paradigmas jeweils während verschiedenen Anwendungen des Paradigmas zu gleichen Zeitpunkten des Paradigmas möglichst keine gleichen k-Raum-Trajektorien oder sogar möglichst orthogonale k-Raum-Trajektorien zu verwenden, um einen Mittelungseffekt zu erzielen.
  • In 4 ist nun ein Beispiel einer gewöhnlichen Wahl von durch Rotation bestimmter dreier in aufeinanderfolgenden Wiederholungen zu verwendender k-Raum-Trajektorien gezeigt. Die gezeigten k-Raum-Trajektorien entsprechen den in 3 gezeigten spiralförmigen k-Raum-Trajektorien, wobei zusätzlich die Rückführung zum k-Raumzentrum mit eingezeichnet ist. In dem gezeigten Beispiel ist jede nachfolgend zu verwendende k-Raum-Trajektorie chronologisch genau um den in 3 angegebenen Rotationsschritt von 7,5° gegenüber der vorhergehenden k-Raum-Trajektorie gewählt. Dies stellt keine optimale Wahl der k-Raum-Trajektorien, entlang derer Messdaten nacheinander aufgenommen werden sollen, dar.
  • Hingegen ist in 5 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Wahl von vier durch Rotation bestimmter in aufeinanderfolgenden Wiederholungen zu verwendender k-Raum-Trajektorien gezeigt. Die verschiedenen k-Raum-Trajektorien sind hierbei in unterschiedlicher Strichlinienart dargestellt, um eine Unterscheidung zu erleichtern. Die gezeigten erfindungsgemäß gewählten k-Raum-Trajektorien decken den k-Raum bereits nach den wenigen Wiederholungen breiter ab als die in 3 gezeigten. Die in 4 dargestellten k-Raum-Trajektorien wurden zufällig aus den 48 k-Raum-Trajektorien, die in 3 dargestellt sind, ausgewählt.
  • 6 zeigt ein Beispiel einer Auswahl von durch Translation bestimmter weiterer k-Raum-Trajektorien. Die gezeigten k-Raum-Trajektorien entsprechen hier einer kartesischen Abtastung des k-Raums, z.B. gemäß einer EPI Pulssequenz. Die erste k-Raum-Trajektorie T1 startet an dem Startpunkt P1. Die zweite k-Raum-Trajektorie T2, die in der folgenden Wiederholung verwendet werden soll, ist um einen Translationsschritt der 5-fachen kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien in positiver ky-Richtung verschoben. Die dritte k-Raum-Trajektorie T3, die in der dritten Wiederholung verwendet werden soll, ist wiederum um einen Translationsschritt der 5-fachen kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien in positiver ky-Richtung gegenüber der vorhergehenden k-Raum-Trajektorie T2 verschoben. Aufeinanderfolgend zu verwendende k-Raum-Trajektorien T1 und T2 bzw. T2 und T3 sind somit nicht chronologisch gemäß der kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien gegeneinander verschoben, sondern mit einer um den Faktor 5 erhöhten Schrittweite.
  • Ein derartiges Vielfach-Schritt-Schema kann mit unterschiedlichsten Vielfachen (ungleich Eins), auch nicht-ganzzahligen, durchgeführt werden. Abhängig von der Anzahl der insgesamt zu verwendenden verschiedenen k-Raum-Trajektorien n und der kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien Ti kann durch die Wahl des Vielfachen z.B. beeinflusst werden, wie gleichmäßig der k-Raum in aufeinanderfolgenden Wiederholungen abgetastet wird. Bei einem kleinen Vielfachen wird der k-Raum beispielsweise in wenigen Wiederholungen nur in einem kleinen Bereich abgedeckt (siehe z.B. ähnlich wie in 3), bei größeren Vielfachen wird bereits mit wenigen Wiederholungen ein größerer Bereich des relevanten k-Raums abgetastet.
  • Allgemein können die k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden, derart gewählt sein, dass eine k-Raum-Trajektorie durch eine Translation einer unmittelbar vorhergehenden k-Raum-Trajektorie um ein Vielfaches V der kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien bestimmt ist, wenn die weiteren k-Raum-Trajektorien durch Translation der ersten k-Raum-Trajektorie bestimmt sind.
  • Analog können die k-Raum-Trajektorien, entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden, auch derart gewählt werden, dass eine k-Raum-Trajektorie durch eine Rotation einer unmittelbar vorhergehenden k-Raum-Trajektorie um ein Vielfaches der kleinsten Rotationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien bestimmt ist, wenn die weiteren k-Raum-Trajektorien durch Rotation der ersten k-Raum-Trajektorie bestimmt sind.
  • Falls durch ein solches Vielfach-Schritt-Schema mit einer schrittweise mit einer Rotations- und/oder Translationsschrittweite von einem Vielfachen einer kleinsten Rotations- bzw. Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien Wahl von aufeinanderfolgend zu verwendenden k-Raum-Trajektorien nicht alle zu verwendenden k-Raum-Trajektorien erreicht werden, kann, kann als nächste zu verwendende k-Raum-Trajektorie eine bisher noch nicht verwendete k-Raum-Trajektorie gewählt werden, von der aus das gewünschte Schritt-Schema erneut durchgeführt wird.
  • Wurden bereits alle N gewünschten Wiederholungen durchgeführt und die entsprechenden N Messdatensätze MSDi gespeichert („y“, Abfrage 105), wird keine weitere Messung durchgeführt („stop“) und es wird für mindestens einen Bildpunkt (x, y) in den rekonstruierten Bilddatensätzen BDSi eine Bildpunkt-Zeit-Serie (x, y)(i) gebildet, die eine Signalintensität des Bildpunktes (x, y) im Verlauf der Aufnahmezeiten (und damit im Verlauf der nacheinander durchgeführten Wiederholungen i) der Messdatensätze MDSi wiedergibt. Üblicherweise wird eine solche Bildpunkt-Zeit-Serie (x, y)(i) für alle Bildpunkte (x, y), die in einem interessierenden Bereich in dem Untersuchungsobjekt liegen durchgeführt. Die gebildeten Bildpunkt-Zeit-Serien (x, y)(i) werden gespeichert.
  • Dies ist weiter in 7 veranschaulicht, in der schematisch der Zusammenhang von Messdatensätzen MDSi und Bilddatensätzen BDSi im zeitlichen Verlauf, d.h. im Verlauf von i, dargestellt ist.
  • In der obersten Zeile sind die unterabgetasteten Messdatensätze MDSi, wie sie nacheinander in den Wiederholungen TRi aufgenommen wurden dargestellt, wobei beispielhaft die Wiederholungen i = 1, i = 2, i = 3, i = 4 und i = N explizit dargestellt sind. In der zweiten Zeile sind die aus den Messdatensätzen MDSi rekonstruierten Bilddatensätze BDSi in gleicher Weise dargestellt, wobei beispielhaft ein Bildpunkt (x, y) in den Bilddatensätzen BDSi markiert ist. Beispielsweise zu diesem Bildpunkt (x, y) kann die jeweilige Intensität des Bildpunktes (x, y) zu den, den Wiederholungen Ti entsprechenden Zeiten Ti gegen die Zeit, d.h. gegen die Nummer i der Wiederholung als Bildpunkt-Zeit-Serie aufgetragen werden.
  • Die gespeicherten Bildpunkt-Zeit-Serien (x, y)(i) können weiterhin mit einem Vergleichsdatensatz VDS(i) verglichen werden und aus dem Vergleich als Ergebnis Erg Informationen über das Untersuchungsobjekt gewonnen werden (Block 113).
  • Hierbei kommen insbesondere MRF-Verfahren und fMRI-Verfahren in Betracht, wobei der Vergleichsdatensatz entsprechend ein Signalverlauf aus einer Magnetresonanz-Fingerprinting-Datenbank, wobei als Ergebnis z.B. eine quantitative T1-Karte und/oder eine quantitative T2-Karte und/oder eine quantitative Protonendichtekarte gewonnen werden können, oder ein Paradigma eines funktionellen Magnetresonanzverfahrens, wobei als Ergebnis Informationen über aktive Gehirnareale gewonnen werden können, sein kann.
  • Beispiele für erfindungsgemäß erstellten Bildpunkt-Zeit-Serien sind in den 8 und 9 dargestellt. 8 zeigt den mit einer dünneren Linie dargestellten Verlauf der Intensitäten eines Bildpunktes (x, y) über der Zeit im Vergleich zu einem mit fetterer Linie dargestellten fMRI-Paradigma als Vergleichsdatensatz, zu dem gewisse Stimuli auf das Untersuchungsobjekt wirkten. In 9 ist ein Intensitätsverlauf eines Bildpunktes (x, y) über der Zeit mit einer dünneren Linie im Vergleich zu dem mit dickerer Linie dargestellten gefitteten Signalverlauf aus der MRF-Datenbank als Vergleichsdatensatz dargestellt. Trotz der Unterabtastung der den einzelnen Bilddatensätzen zugrunde liegenden Messdatensätze und den damit verbundenen Schwankungen der Intensitätswerte der erfindungsgemäßen Bildpunkt-Zeit-Serien, liegen die jeweiligen Vergleichsdatensätze gut im Mittel der Schwankungen. Das zeigt, dass räumliche wie auch (besonders im Falle der Anwendung bei fMRI) zeitliche Verschiebung von Intensitätswerten in den rekonstruierten Bilddatensätzen durch die erfindungsgemäße Erstellung der Bildpunkt-Zeit-Serien vermieden wurden.
  • 10 vergleicht eine nicht auf Grundlage von erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien ermittelte Parameterkarte (links) mit einer entsprechenden auf Grundlage von erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serien ermittelten Parameterkarte (rechts). In der links dargestellten Parameterkarte sind deutlich Shading-Artefakte zu sehen, wohingegen derartige Artefakte in der aus mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstellten Bildpunkt-Zeit-Serien, ansonsten in gleicher Weise ermittelten, rechts dargestellten Parameterkarte nicht zu sehen sind. Die Verwendung der erfindungsgemäß erzeugten Bildpunkt-Zeit-Serie für die Ermittlung der Parameterkarte hat somit zu einer Verringerung, wenn nicht gar vollständigen, Vermeidung der ungewünschten Artefakte geführt.
  • 11 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9. In der 11 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, beispielsweise aus mehreren Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2 oder mehr Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
  • Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise eines Patienten oder auch eines Phantoms, kann dieses auf einer Liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden. Die Schicht S stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Messdaten aufgenommen werden können.
  • Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5‘ und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7‘ steuern. Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
  • Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7‘ für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in einem zu manipulierenden Bereich (beispielsweise in zu messenden Schichten S) des Untersuchungsobjekts U zuständig. Dabei muss die Mittenfrequenz des, auch als B1-Feld bezeichneten, Hochfrequenz-Wechselfeldes nahe der Resonanzfrequenz der zu manipulierenden Spins liegen. Zur Erzeugung des B1-Feldes werden in der Hochfrequenzeinheit 7 mittels der Hochfrequenz-sende/empfangs-Steuerung 7’ gesteuerte Ströme an den HF-Spulen angelegt. Eine erfindungsgemäße Messdatenaufteilungseinheit 7a, die beispielsweise von der Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7‘ umfasst sein kann, bestimmt welche Messdaten erfindungsgemäß aufgenommen und welchem Datensatz zugeordnet werden.
  • Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Optimierungseinheit 15, mit welcher k-Raum-Trajektorien erfindungsgemäß optimiert gewählt werden können. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermeidung von Artefakten bei der Akquisition von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts durchzuführen.
  • Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
  • Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. Bilddaten angezeigt werden.
  • Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches ein Programm umfasst und das beschriebene Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene Verfahren durchführen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Artikel von Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting“, Nature, 495: S. 187–192 (2013) [0006]
    • Artikel von Jiang et al., „“MR Fingerprinting Using Fast Imaging with Steady State Precession (FISP) with Spiral Readout“, Magnetic Resonance in Medicine 74: S. 1621–1631 (2015) [0006]
    • Artikel von Cloos et al. „Online Radial Multiband Magnetic Resonance Fingerprinting“, ISMRM 2016: S. 608 [0006]
    • Jiang et al. [0007]
    • Artikel von Belliveau et al., „Functional Mapping oft he Human Visual Vortex by Magnetic Resonance Imaging“, Science 254: S. 716–719 (1991) [0008]
    • Artikel von Ogawa et al., „Brain magnetic ressonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation“, Proc. Natl. Acad. Sci. 87: S. 9868–9872 (1990) [0008]
    • Artikel von Lu et al., „Functional Magnetic Resonance Imaging Based on Changes in Vascular Space Occupancy“ Magnetic Resonance in Medicine 50: S. 263–274 (2003) [0008]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Bildpunkt-Zeit-Serie ((x, y)(i)) eines Untersuchungsobjektes (U) mittels Magnetresonanztechnik, umfassend die Schritte: – Einstrahlen von RF-Pulsen (RF-Ai, RF-Ai+1), Schalten von Gradienten (GTi) und Auslesen (Ri) von durch die eingestrahlten RF-Pulse (RF-Ai, RF-Ai + 1) und die geschalteten Gradienten (GTi) erzeugten Echosignalen (ESi) gemäß einer Pulssequenz derart, dass entlang einer ersten k-Raum-Trajektorie (Ti) Messdaten nach einer Anregung mit einem RF-Anregungspuls (RF-Ai) aufgenommen und in einem Messdatensatz (MDSi) gespeichert werden, wobei der Messdatensatz (MDSi) gemäß Nyquist unterabgetastet ist, – Wiederholen der Pulssequenz mindestens einmal unter Einstrahlung von jeweils anderen RF-Pulsen (RF-Ai+1) und/oder unter Schaltung von jeweils anderen Gradienten (GTi) derart, dass bei jeder Wiederholung nach dem einen RF-Anregungspuls (RF-Ai+1) Messdaten entlang einer weiteren k-Raum-Trajektorie (Ti+1) gemessen und in jeweiligen Messdatensätzen (MDSi) gespeichert werden, wobei die Wiederholungen derart durchgeführt werden, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang optimiert gewählten k-Raum-Trajektorien (Ti+1) gemessen werden, – Rekonstruieren eines Bilddatensatzes (BDSi) pro Messdatensatz (MDSi), – Bilden mindestens einer Bildpunkt-Zeit-Serie ((x, y)(i)) für mindestens einen Bildpunkt ((x, y)) aus den rekonstruierten Bilddatensätzen (BDSi), die eine Signalintensität des Bildpunktes ((x, y)) im Verlauf der Aufnahmezeiten der Messdatensätze (MDSi) wiedergibt, – Speichern der Bildpunkt-Zeit-Serie ((x, y)(i)).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jede weitere k-Raum-Trajektorie (Ti+1) durch Anwenden einer Rotation und/oder einer Translation auf die erste k-Raum-Trajektorie (Ti) und/oder durch Verkürzung einer anderen k-Raum-Trajektorie bestimmt ist.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1) entlang derer Messdaten in einer Wiederholung gemessen werden den k-Raum kartesisch, spiralförmig oder radial abtasten.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei gespeicherte Bildpunkt-Zeit-Serien ((x, y)(i)) mit einem Vergleichsdatensatz (VDS(i)) verglichen werden und aus dem Vergleich Informationen über das Untersuchungsobjekt (U) gewonnen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Vergleichsdatensatz (VDS(i)) ein Signalverlauf aus einer Magnetresonanz-Fingerprinting-Datenbank oder ein Paradigma eines funktionellen Magnetresonanzverfahrens ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wahl der k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1), entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, eine Anzahl (n) an verschiedenen insgesamt anzuwendenden k-Raum-Trajektorien und/oder einen Grad der Unterabtastung eines Messdatensatzes (MDSi) berücksichtigt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wahl der k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1), entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden sollen, eine Menge von verschiedenen k-Raum-Trajektorien, entlang derer zumindest einmal Messdaten gemessen werden sollen, berücksichtigt, und die k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1) derart gewählt werden, dass in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang von zufällig aus der Menge der verschiedenen k-Raum-Trajektorien gewählten k-Raum-Trajektorien und/oder entlang von nicht chronologisch aus der Menge der verschiedenen k-Raum-Trajektorien gewählten k-Raum-Trajektorien gemessen wird, und/oder die k-Raum-Trajektorien derart gewählt werden dass, in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten entlang von k-Raum-Trajektorien, die alternierende Gradienten aufweisen, gemessen werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die weiteren k-Raum-Trajektorien (Ti+1) durch eine schrittweise Rotation gemäß einer Rotationsschrittweite und/oder durch eine schrittweise Translation gemäß einer Translationsschrittweite bestimmt sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1), entlang derer in aufeinanderfolgenden Wiederholungen Messdaten gemessen werden, derart gewählt sind, dass eine k-Raum-Trajektorie (Ti+1) durch eine Rotation einer unmittelbar vorhergehenden k-Raum-Trajektorie (Ti) um ein Vielfaches einer kleinsten Rotationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien bestimmt ist, wenn die weiteren k-Raum-Trajektorien durch Rotation der ersten k-Raum-Trajektorie bestimmt sind, und/oder dass eine k-Raum-Trajektorie (Ti+1) durch eine Translation einer unmittelbar vorhergehenden k-Raum-Trajektorie (Ti) um ein Vielfaches einer kleinsten Translationsschrittweite zwischen zwei im Rahmen aller Wiederholungen zu verwendenden k-Raum-Trajektorien bestimmt ist, wenn die weiteren k-Raum-Trajektorien durch Translation der ersten k-Raum-Trajektorie bestimmt sind.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wahl der nacheinander zu messenden k-Raum-Trajektorien (Ti, Ti+1) gemäß mindestens eines der folgenden Kriterien optimiert ist: eine Reduzierung von Artefakten in den rekonstruierten Bilddatensätzen, eine Reduzierung einer räumlichen und/oder zeitlichen Verschiebung von Intensitätswerten in den rekonstruierten Bilddatensätzen.
  11. Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9) mit einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung (7‘) und einer Optimierungseinheit (15), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
  12. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (9) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
  13. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 12 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführen.
DE102016217675.7A 2016-09-15 2016-09-15 Verbesserte Erzeugung von Bildpunkt-Zeit-Serien eines Untersuchungsobjektes mittels Magnetresonanztechnik Pending DE102016217675A1 (de)

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