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Die Erfindung betrifft eine Optimierung von Schichtmultiplexing-Verfahren in der Magnetresonanz-Technik.
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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 einem Magnetresonanzgerät 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.
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Der Wunsch nach immer schnelleren MR-Aufnahmen im klinischen Umfeld führt momentan zu einer Renaissance von Verfahren, bei denen mehrere Bilder simultan aufgenommen werden. Allgemein lassen sich diese Verfahren dadurch charakterisieren, dass zumindest während eines Teils der Messung gezielt Transversalmagnetisierung von zumindest zwei Schichten gleichzeitig für den Bildgebungsprozess genutzt wird („Multi-Schicht-Bildgebung“, „Schicht-Multiplexing“). Im Gegensatz dazu wird bei der etablierten „Mehrschicht-Bildgebung“ das Signal von zumindest zwei Schichten alternierend, d. h. vollständig unabhängig voneinander mit entsprechender längerer Messzeit aufgenommen.
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Bekannte Verfahren hierzu sind beispielsweise die sogenannte Hadamard-Kodierung, Verfahren mit simultaner Echo-Refokussierung, Verfahren mit Breitband-Datenaufnahme oder auch Verfahren, die eine parallele Bildgebung in Schicht-Richtung einsetzten. Zu den letztgenannten Verfahren gehören beispielsweise auch die CAIPIRINHA-Technik, wie sie von Breuer et al. in „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration (CAIPIRINHA) for Multi-Slice Imaging", Magnetic Resonance in Medicine 53, 2005, S. 684–691 beschrieben ist, und die blipped CAIPIRINHA-Technik, wie sie von Setsompop et al. in „Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty", Magnetic Resonance in Medicine 67, 2012, S. 1210–1224, beschrieben wird.
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Bei derartigen Schichtmultiplexing-Verfahren wird ein sogenannter Multi-Band-RF-Puls verwendet, um zwei oder mehr Schichten gleichzeitig anzuregen oder anderweitig zu manipulieren, z.B. zu refokussieren oder zu sättigen. Ein solcher Multi-Band-RF-Puls ist dabei z.B. ein Multiplex von individuellen RF-Pulsen, die zur Manipulation der einzelnen gleichzeitig zu manipulierenden Schichten verwendet werden würden. Durch das Multiplexing erhält man z.B. einen Grundbandmodulierten Multi-Band-RF-Puls aus einer Addition der Pulsformen der individuellen RF-Pulse.
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Um die resultierenden Signale der verschiedenen Schichten trennen zu können, wird beispielsweise den individuellen RF-Pulsen vor dem Multiplexing, z.B. durch Addieren eines linearen Phasenanstiegs, je eine unterschiedliche Phase aufgeprägt, wodurch die Schichten im Ortsraum gegeneinander verschoben werden. Diese Verschiebung wird durch den sogenannten Bildbereich-Verschiebungsfaktor („FOV (field of view) shift factor“) kontrolliert.
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In 2 ist beispielhaft die Wirkung von drei verschiedenen Bildbereich-Verschiebungsfaktoren BVF1, BBVF2 und BVF3 bei einer gleichzeitigen Aufnahme von zwei Schichten S1 und S2 dargestellt. In der oberen Zeile von 2 sind schematisch die in den Schichten S1 und S2 enthaltenen Informationen dargestellt. Bei einem Bildbereich-Verschiebungsfaktor BVF1 von 1, sind wie in der zweiten Zeile von 2 dargestellt die Informationen der beiden Schichten S1 und S2 nicht in einem aus den gleichzeitig für die Schichten S1 und S2 gemessenen Signalen rekonstruierten kollabierten Bild B1(BVF1) gegeneinander verschoben. Bei einem Bildbereich-Verschiebungsfaktor BVF2 von 2 sind die Informationen der beiden Schichten S1 und S2 in einem aus den gleichzeitig für die Schichten S1 und S2 gemessenen Signalen rekonstruierten kollabierten Bild B2(BVF2) jedoch um die Hälfte des vollen Bildbereichs (FOV) gegeneinander verschoben. Bei einem Bildbereich-Verschiebungsfaktor BVF3 von 3 sind die Informationen der beiden Schichten S1 und S2 in einem aus den gleichzeitig für die Schichten S1 und S2 gemessenen Signalen rekonstruierten kollabierten Bild B3(BVF3) hingegen um ein Drittel des vollen Bildbereichs (FOV) gegeneinander verschoben.
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Wie z.B. im oben bereits genannten Artikel von Setsompop et al. beschrieben, können Qualitätseinbußen durch die verwendeten Schichtmultiplexing-Verfahren in den erhaltenen Messdaten, die durch den sogenannten Geometrie-Faktor („g-factor“) angegeben werden, durch Verschiebungen zwischen den Schichten reduziert werden, indem etwa Gradienten-Blips verwendet werden oder die Phasen der individuellen RF-Pulse entsprechend moduliert werden.
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Wie ebenfalls in dem genannten Artikel von Setsompop et al. aber auch bereits in dem genannten Artikel von Breuer et al. beschrieben, können die Signale der gleichzeitig angeregten oder sonst manipulierten Schichten zunächst wie Signale von nur einer Schicht zusammengefasst werden, um dann in der Nachverarbeitung durch ein paralleles Rekonstruktionsverfahren, z.B. ein (Schicht-)GRAPPA-Verfahren (GRAPPA: „GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition“) oder ein SENSE-Verfahren (SENSE: Sensitivity encoding“), getrennt zu werden.
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Möglichkeiten einer Quantifizierung der Qualität der Ergebnisse von Schichtmultiplexing-Verfahren sind beispielsweise in dem Artikel von Robson et al, „Comprehensive Quantification of Signal-to-Noise Ratio and g-Factor for Image-Based and k-Space-Based Parallel Imaging Reconstructions", Magnetic Resonance in Medicine 60: S. 895–907, 2008, beschrieben.
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Bei Schichtmultiplexing-Verfahren wird durch die gewählten Parameter wie den bereits oben beschriebenen Bildbereich-Verschiebungsfaktor, den Schichtabstand zwischen gleichzeitig zu detektierenden Schichten, die Größe der zur Trennung der Schichten verwendeten Schichttrennungskernel und der Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten (SMS-Faktor), die die Beschleunigung der Gesamtmessung im Vergleich zu einer konventionellen Einzel-Schicht-Messung angibt, auch die Qualität der erhaltenen Ergebnisse beeinflusst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Wahl der im Rahmen eines Schichtmultiplexing-Verfahrens verwendeten Parameter zu optimieren, um optimale Ergebnisse des Schichtmultiplexing-Verfahrens zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur optimierten Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels mindestens zwei Empfangsspulen mit Hilfe von einem Schichtmultiplexing-Verfahren gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 10, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 11 sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 12.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur optimierten Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels mindestens zwei Empfangsspulen mit Hilfe von einem Schichtmultiplexing-Verfahren, bei dem Magnetresonanz(MR)-Signale aus mindestens zwei unterschiedlichen Schichten des Untersuchungsobjekts gleichzeitig bei der Aufnahme der MR-Signale detektiert werden, umfasst die Schritte:
- a) Laden eines Referenz-Datensatzes, welcher alle zu messenden Schichten umfasst,
- b) Wählen eines ersten Parametersatzes für das Schicht-Multiplexing-Verfahren,
- c) Bestimmen eines Satzes an Schichttrennungskerneln auf Basis des Referenz-Datensatzes und des gewählten Parametersatzes,
- d) Bestimmen eines Qualitätswertes einer mit dem bestimmten Satz an Schichttrennungskerneln und dem gewählten Parametersatz durchführbaren Rekonstruktion von Einzelschichtdaten,
- e) Wählen eines weiteren Parametersatzes, der sich in mindestens einem Parameter von dem ersten Parametersatz unterscheidet,
- f) Wiederholen der Schritte c) und d) mit dem weiteren Parametersatz,
- g) Wiederholen der Schritte e) und f) mit weiteren Parametersätzen, die sich in zumindest einem Parameter von den bisher gewählten Parametersätzen unterscheiden, bis ein optimaler Parametersatz, mit dem ein gewünschter Qualitätswert erzielt wurde, ermittelt ist,
- h) Aufnehmen von Messdaten des Untersuchungsobjektes mit Hilfe des Schichtmultiplexing-Verfahrens unter Verwendung des optimalen Parametersatzes.
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Erfindungsgemäß werden somit erreichbare Qualitätswerte für verschiedene Parametersätze getestet, um einen optimalen Parametersatz zu bestimmen, mit dem das Schichtmultiplexing-Verfahren zur Messung von Messdaten des Untersuchungsobjekts eingesetzt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Schichtmultiplexing-Messungen mit einem optimalen Parametersatz durchgeführt, wodurch einerseits die Aufnahmezeit weiter verringert werden kann und gleichzeitig eine höhere Qualität der erzeugten Messdaten und rekonstruierten Bilder erreicht wird.
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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 mit einer Optimierungseinheit.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
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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.
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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.
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Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
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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:
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1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 schematische Beispiele für Wirkungen verschiedener Bildbereich-Verschiebungsfaktoren,
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3 ein schematisches Beispiel eines Teils eines möglichen Optimierungsergebnisses des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage.
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1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur optimierten Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels mindestens zwei Empfangsspulen mit Hilfe von einem Schichtmultiplexing-Verfahren, bei dem Magnetresonanz(MR)-Signale aus mindestens zwei unterschiedlichen Schichten des Untersuchungsobjekts gleichzeitig bei der Aufnahme der MR-Signale detektiert werden.
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Dabei wird ein Referenz-Datensatz RDS geladen (Block 101). Der Referenz-Datensatz RDS umfasst Referenzdaten für die in einer gewünschten Aufnahme von Messdaten mit Hilfe eines Schichtmultiplexing-Verfahrens zu messenden Schichten. Der Referenz-Datensatz RDS ist geeignet Schichttrennungskernel eines Schichtmultiplexing-Verfahrens zu kalibrieren. Der geladene Referenz-Datensatz RDS kann hierbei ein von dem mit dem Schichtmultiplexing-Verfahren zu messenden Untersuchungsobjekt mit einem konventionellen Einzelschicht-Verfahren aufgenommener Referenz-Datensatz oder ein aus einem Vorratsdatensatz oder einem künstlichen Datensatz erstellter Referenz-Datensatz sein.
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Wird der Referenz-Datensatz RDS direkt an dem Untersuchungsobjekt aufgenommen, an dem eine folgende Aufnahme von Messdaten mit Hilfe des Schichtmultiplexing-Verfahrens durchgeführt werden soll, ist der Referenz-Datensatz RDS bestmöglich auf das Untersuchungsobjekt abgestimmt. Ein solcher Referenz-Datensatz RDS kann für eine spätere (Wieder-)Verwendung in einem Vorratsdatensatz gespeichert werden.
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Es kann jedoch auch ein Vorratsdatensatz verwendet werden, der Referenz-Datensätze umfasst, die in vorhergehenden Messungen gemessen wurden. Dabei ist es denkbar, dass die von dem Vorratsdatensatz umfassten Referenz-Datensätze an unterschiedlichen Untersuchungsobjekten mit unterschiedlichen Messzielen (Auflösung, Bildbereich, etc.) aufgenommen wurden.
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Wird der Referenz-Datensatz RDS aus einem Vorratsdatensatz geladen, wird derjenige Referenz-Datensatz RDS aus den von dem Vorratsdatensatz umfassten Referenz-Datensätzen gewählt, welcher der gewünschten Schichtmultiplexing-Messung am besten entspricht. Der Grad der Entsprechung kann hierbei beispielsweise auf Basis der zu verwendenden Empfangsspulen, auf Basis eines in der Schichtmultiplexing-Messung zu messenden Untersuchungsbereichs, z.B. einer Körperregion eines Patienten, und/oder auf Basis der gewünschten Auflösung, Schichtanzahl usw. bestimmt werden. Dabei ist es auch denkbar, dass eine Geometrie eines Untersuchungsobjekts, von dem Messdaten mittels des Schichtmultiplexing-Verfahrens aufgenommen werden sollen, zunächst mit Hilfe einer Lokalisierungsmessung bestimmt wird und der Referenz-Datensatz gewählt wird, der der bestimmten Geometrie des Untersuchungsobjekts am besten entspricht.
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Der Referenz-Datensatz RDS kann aber auch aus einem künstlichen Datensatz erstellt werden. Hierbei können insbesondere simulierte Daten verwendet werden. Die simulierten Daten des künstlichen Datensatzes können wiederum auf Basis der gewünschten Aufnahme von Messdaten mit dem Schichtmultiplexing-Verfahren, insbesondere der gewünschten Auflösung, des Bildbereichs etc. erstellt werden.
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Wird der Referenz-Datensatz RDS nicht an dem Untersuchungsobjekt gemessen sondern aus vorhandenen Daten (eines Vorratsdatensatzes oder eines künstlichen Datensatzes), kann das erfindungsgemäße Auffinden eines optimalen Parametersatzes oPS für eine Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mit dem Schichtmultiplexing-Verfahren und die dabei durchzuführenden Rechenschritte grundsätzlich auch unabhängig von der späteren Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mit dem Schichtmultiplexing-Verfahren stattfinden. Damit können beispielsweise für bestimmte Messziele (z.B Bildbereich, Auflösung, Untersuchungsobjekt) von Aufnahmen von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mit dem Schichtmultiplexing-Verfahren bereits optimale Parametersätze oPS in einem Parametersatz-Vorratsspeicher gespeichert und bei Bedarf z.B. auf Basis einer bestmöglichen Übereinstimmung der dem Referenz-Datensatz zugrunde liegenden und bei der gewünschten Messung gewünschten zu verwendenden Empfangsspulen (Anzahl, Art), des zugrunde liegenden zu messenden Untersuchungsbereichs, z.B. einer Körperregion eines Patienten, usw. gewählt werden.
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Es wird ein erster Parametersatz PS1 für das durchzuführende Schicht-Multiplexing-Verfahren ausgewählt (Block 103). Der erste Parametersatz PS1 kann insbesondere einen Bildbereich-Verschiebungsfaktor, einen Schichtabstand, eine Größe der Schichttrennungskernel und/oder eine Anzahl von gleichzeitig zu detektierenden Schichten als Parameter umfassen.
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Auf Basis des Referenz-Datensatzes RDS und des ersten Parametersatzes PS1 wird ein zugehöriger erster Satz an Schichttrennungskerneln K1 bestimmt (Block 105). Dabei wird entsprechend des in dem ersten Parametersatz PS1 enthaltenen Parametern beispielsweise eine aufzuprägende Phase und damit ein Bildbereich-Verschiebungsfaktor berücksichtigt, der z.B. auf aus dem Referenz-Datensatz entsprechend der durch den ersten Parametersatz PS1 gleichzeitig zu detektierenden Schichten konstruierten kollabierten Mehrschicht-Datensätzen angewendet wird. Eine derartige Bestimmung des Satzes an Schichttrennungskerneln K1 ist grundsätzlich bekannt und kann beispielsweise wie in dem genannten Artikel von Breuer et al. oder dem genannten Artikel von Setsompop et al. durchgeführt werden.
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Anhand des bestimmten Satzes an Schichttrennungskerneln K1 und dem gewählten Parametersatz PS1 wird ein Qualitätswert QM1 bestimmt, der die Qualität einer mit dem bestimmten Satz an Schichttrennungskerneln K1 und dem gewählten Parametersatz PS1 durchführbaren Rekonstruktion von Einzelschichtdaten wiedergibt (Block 107). Ein derartiger Qualitätswert QM1 kann beispielsweise auf eine in dem bereits genannten Artikel von Robson et al. beschriebene Art und Weise bestimmt werden.
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Die bestimmten Qualitätswerte können somit insbesondere mit der Schichtmultiplexing-Rekonstruktion erzielte Signal-Rausch-Verhältnisse und/oder erzielte Geometrie-Faktoren, insbesondere jeweils ortsaufgelöst, wiederspiegeln.
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Beispielsweise, um einen Rechenaufwand für die Bestimmung der Qualitätswerte QM1 gering zu halten, kann die Bestimmung des Qualitätswertes QM1 eine künstliche Reduzierung der räumlichen Auflösung der verwendeten Daten (Block 109) umfassen. Dabei kann die Auflösung des Referenz-Datensatzes RDS beispielsweise auf ein gröberes Raster heruntergerechnet werden, bevor auf diesem gröberen Raster der Qualitätswert bestimmt wird.
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Die Bestimmung des Qualitätswertes QM1 (Block 107) kann eine Bestimmung von Rauschwerten ND umfassen. Derartige Rauschwerte ND können insbesondere durch Messen eines reinen Rauschens auf den verwendeten Empfangsspulen ermittelt werden.
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Mit einer Abfrage 115 kann geprüft werden, ob weitere Parametersätze getestet werden sollen. Ist bisher nur der erste Parametersatz PS1 verwendet worden, wird ein weiterer Parametersatz wPSi für das durchzuführende Schicht-Multiplexing-Verfahren ausgewählt, der sich in mindestens einem Parameter von dem ersten Parametersatz PS1 unterscheidet (Block 103‘), wobei i ein Zähler der weiteren Parametersätze und eine natürliche Zahl größer gleich Eins ist (i ≥ 1). Der weitere Parametersatz wPSi kann wieder insbesondere einen Bildbereich-Verschiebungsfaktor, einen Schichtabstand, eine Größe der Schichttrennungskernel und/oder eine Anzahl von gleichzeitig zu detektierenden Schichten als Parameter umfassen.
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In einem gewählten Parametersatz PS1, wPSi kann mindestens ein Parameter global festgelegt sein, d.h. in einem gewählten Parametersatz kann mindestens ein Parameter für alle enthaltenen Schichten bzw. alle enthaltenen Gruppen an gleichzeitig zu detektierenden Schichten gleich festgelegt sein. Beispielsweise kann für alle Gruppen an gleichzeitig zu detektierenden Schichten nur ein Bildbereich-Verschiebungsfaktor und/oder nur eine Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten und/oder nur ein Schichtabstand in einem gewählten Parametersatz PS1, wPSi festgelegt sein.
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Ein global festgelegter Schichtabstand kann vorteilhaft sein, um Sättigungseffekte durch Manipulationen der Spins in Nachbarschichten leichter zu vermeiden.
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Es ist aber auch denkbar, dass in einem gewählten Parametersatz PS1, wPSi mindestens ein Parameter nur lokal festgelegt ist, d.h. ein lokal festgelegter Parameter kann sich in einem gewählten Parametersatz z.B. regional und/oder für verschiedene Gruppen von gleichzeitig zu detektierenden Schichten unterscheiden. Beispielsweise kann für jede Gruppe an gleichzeitig zu detektierenden Schichten ein individueller Schichtabstand und/oder eine individuelle Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten und/oder ein individueller Bildbereich-Verschiebungsfaktor jeweils als Parameter nur lokal festgelegt sein. Eine lokale Festlegung von Parametern erhöht den Freiheitsgrad der verschiedenen gewählten Parametersätze PS1, wPSi und damit die Anzahl an unterschiedlichen wählbaren Parametersätzen. Der Parameter Bildbereich-Verschiebungsfaktor bietet sich besonders für eine lokale, d.h. für verschiedene Gruppen an gleichzeitig zu detektierenden Schichten verschiedene, Festlegung an, denn der Bildbereich-Verschiebungsfaktor beeinflusst lediglich das Rekonstruktionsergebnis des jeweiligen Gruppe an gleichzeitig zu detektierenden Schichten.
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Insbesondere können hierbei gewählte Parametersätze PS1, wPSi eine Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten als Parameter umfassen, und die Anzahl der gleichzeitig zu detektierenden Schichten in Abhängigkeit von festgestellten Qualitätswerten bereichsweise variiert werden. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass in Regionen, in denen ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und/oder ein geringer Geometrie-Faktor vorliegen, eine höhere Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten als Parameter lokal festgelegt wird als in Regionen, in denen ein niedriges SNR und/oder ein hoher Geometrie-Faktor vorliegt.
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Ist in den gewählten Parametersätzen PS1, wPSi die Größe der Schichttrennungskernel als Parameter enthalten, kann dieser Parameter ebenso entweder global oder lokal festgelegt sein. Häufig wird als Größe der Schichttrennungskernel eine 3×3-Matrix festgelegt. Insbesondere, wenn nur ein geringes SNR und/oder eine nur geringe räumliche Änderung der Sensitivitäten der verwendeten Empfangsspulen vorliegen, erlauben jedoch größere Schichttrennungskernel, z.B. 5×3-, 5×5- oder auch 7×3-Schichttrennungskernel oder größer, regelmäßig eine bessere Qualität in der Rekonstruktion der Einzelschichten im Rahmen von Schichtmultiplexing-Verfahren. Daher kann, z.B. in Abhängigkeit einer räumlichen SNR-Verteilung und/oder der räumlichen Verteilung der Sensitivität der verwendeten Empfangsspulen, die Größe der Schichttrennungskernel lokal unterschiedlich festgelegt werden.
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Auf Basis des Referenz-Datensatzes RDS und des aktuellen weiteren Parametersatzes wPSi wird ein zugehöriger weiterer Satz an Schichttrennungskerneln wKi bestimmt (Block 105‘). Dabei wird analog zu der Bestimmung des ersten Parametersatzes PS1 auf Basis des Referenz-Datensatzes RDS und des ersten Parametersatzes PS1 vorgegangen.
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Ein zu dem gewählten Parametersatz wPSi zugehöriger Qualitätswert wQMi einer mit dem bestimmten Satz an Schichttrennungskerneln wKi und dem gewählten Parametersatz wPSi durchführbaren Rekonstruktion von Einzelschichtdaten wird bestimmt (Block 107‘, ggf. Block 109‘), wobei wiederum analog zu der Bestimmung des zu dem ersten Parametersatz PS1 zugehörigen Qualitätswertes QM1 vorgegangen wird.
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Es werden somit die Schritte des Bestimmens eines zu einem gewählten Parametersatz wPSi gehörigen Satzes an Schichttrennungskerneln wKi (Block 105‘) und des Bestimmens eines zu einem gewählten Parametersatz wPSi gehörigen Qualitätswertes wQMi (Block 107‘, ggf. Block 109‘) mit weiteren Parametersätzen wPSi wiederholt.
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Mit einer Abfrage 115 kann wiederum geprüft werden, ob weitere Parametersätze getestet werden sollen. Dabei kann beispielsweise abgefragt werden, ob bereits alle gewünschten oder möglichen Parametersätze PS1 und wPSi gewählt (103, 103‘) und getestet (107, 107‘) wurden und/oder ob ein bestimmter Qualitätswert QM1, wQMi zumindest einem vorgegebenen gewünschten Mindestwert entspricht. Ist dies nicht der Fall, wird erneut ein weiterer Parametersatz, der sich wiederum in mindestens einem Parameter von bereits getesteten Parametersätzen unterscheidet, gewählt (Block 103‘) und ein zugehöriger Satz Schichttrennungskernel (Block 105‘) und ein zugehöriger Qualitätswert wQMi (Block 107‘) bestimmt, bevor erneut die Abfrage 115 durchgeführt wird. So werden die durch die Blöcke 103‘ bis 107‘ repräsentierten Schritte wiederholt bis ein optimaler Parametersatz oPS, mit dem ein gewünschter Qualitätswert erzielt wurde, ermittelt ist.
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Wird bei der Abfrage 115 festgestellt, dass bereits alle gewünschten oder möglichen Parametersätze PS1 und wPSi gewählt (103, 103‘) und getestet (107, 107‘) wurden und/oder ob ein bestimmter Qualitätswert QM1, wQMi zumindest einem vorgegebenen gewünschten Mindestwert QM entspricht, kann der beste der bestimmten Qualitätswerte QM1, wQMi bestimmt und der zugehörige Parametersatz (PS1, wPSi) als optimaler Parametersatz oPS ermittelt werden (Block 111).
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Unter Verwendung des ermittelten optimalen Parametersatz oPS können nun Messdaten MD einzelner Schichten des Untersuchungsobjektes mit Hilfe des Schichtmultiplexing-Verfahrens gleichzeitig aufgenommen und in Einzelschichtdaten ESD getrennt werden (Block 113).
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3 ist ein schematisches Beispiel eines Teils eines möglichen Optimierungsergebnisses des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei ist schematisch ein Kopf als Untersuchungsobjekt U dargestellt, der in einem Bildbereich FOV in beispielhaften vierzehn Schichten s1 bis s14 gemessen werden soll. Drei als Ergebnis der Optimierung jeweils gleichzeitig zu detektierende Schichtgruppen sind in 3 durch eine jeweilige eigene Schraffierung gekennzeichnet: s3–s13, s11–s14 sowie s5–s7–s9. Die gleichzeitig zu detektierende Schichtgruppe s3–s13 umfasst zwei Schichten und hat hierbei einen Schichtabstand von zehn Schichten. Die gleichzeitig zu detektierende Schichtgruppe s11–s14 umfasst ebenfalls zwei Schichten und hat aber einen Schichtabstand von drei Schichten. Die letzte dargestellte Schichtgruppe s5–s7–s9 umfasst drei Schichten mit einem Schichtabstand von zwei Schichten. Neben der Anzahl an gleichzeitig zu detektierenden Schichten und dem Schichtabstand dieser können auch weitere Parameter von Schichtgruppe zu Schichtgruppe als Ergebnis der Optimierung variieren. Beispielsweise können die Schichtgruppen s3–s13 und s5–s7–s9 einen Bildbereich-Verschiebungsfaktor von 3, aber die Sichtgruppe s11–s14 einen Bildbereich-Verschiebungsfaktor von 2 haben. Auch die Größe der jeweiligen Schichttrennungskernel kann durch die Optimierung für jede Schichtgruppe unterschiedlich ausfallen. Nach der Optimierung sind alle aufzunehmenden Schichten einer gleichzeitig zu detektierenden Schichtgruppe mit jeweils eigenen Parametern zugeordnet.
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4 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 4 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere besteht die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, insbesondere aus mindestens zwei Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
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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 Schichten S1 und S2 stellen exemplarisch zwei unterschiedlichen Schichten S1 und S2 des Untersuchungsobjekts dar, die bei einer Aufnahme von MR-Signalen gleichzeitig detektiert werden können.
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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.
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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 (insbesondere in verschiedene Schichten S1 und S2) des Untersuchungsobjekt 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.
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Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Optimierungseinheit 15 insbesondere zum Laden von Referenz-Datensätzen und Bestimmen von Qualitätswerten und ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur optimierten Aufnahme von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels mindestens zwei Empfangsspulen mit Hilfe von einem Schichtmultiplexing-Verfahren, bei dem Magnetresonanz(MR)-Signale aus mindestens zwei unterschiedlichen Schichten des Untersuchungsobjekts gleichzeitig bei der Aufnahme der MR-Signale detektiert werden, durchzuführen.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Breuer et al. in „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration (CAIPIRINHA) for Multi-Slice Imaging“, Magnetic Resonance in Medicine 53, 2005, S. 684–691 [0004]
- Setsompop et al. in „Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty“, Magnetic Resonance in Medicine 67, 2012, S. 1210–1224 [0004]
- Artikel von Setsompop et al. [0009]
- Artikel von Robson et al, „Comprehensive Quantification of Signal-to-Noise Ratio and g-Factor for Image-Based and k-Space-Based Parallel Imaging Reconstructions“, Magnetic Resonance in Medicine 60: S. 895–907, 2008 [0010]
- Artikel von Robson et al. [0035]