DE102016224175A1

DE102016224175A1 - EPI mit Zickzack-Trajektorie und paralleler Bildgebung

Info

Publication number: DE102016224175A1
Application number: DE102016224175.3A
Authority: DE
Inventors: Robin Heidemann; Patrick Liebig
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-07
Also published as: US10775467B2; US20180156884A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur echoplanaren MR-Bildgebung, bei der MR-Signale in einem Rohdatenraum mit einer zickzackartigen Trajektorie erfasst werden, mit den folgenden Schritten:Aufnehmen von MR-Rohdatenpunkten mit einer Abfolge von Auslesegradienten und Phasenkodiergradienten derart, dass eine zickzackartige unterabgetastete Trajektorie (52, 72) in einem erfassten Rohdatenraum (51, 71) erfasst wird, dass eine zickzackartige unterabgetastete Trajektorie (52, 72) in einem erfassten Rohdatenraum (51, 71) derart erfasst wird, dass die Signalechos um bis zu einem Viertel des erfassten Rohdatenraums in Richtung einer Ausleseachse verschoben sind,Rekonstruieren von einer zusätzlichen zickzackartigen Trajektorie (53, 73) mittels Verfahren der parallelen Bildgebung im erfassten Rohdatenraum (51, 71) anhand der erfassten zickzackartigen Trajektorie,Rekonstruieren von zumindest einem MR-Bild auf Grundlage einer interlaced Fourier-Transformation, iFT.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur echoplanaren MR-Bildgebung, bei der MR-Signale mit einer zickzackartigen Trajektorie im Rohdatenraum erfasst werden. Die Erfindung betrifft weiterhin die zugehörige Magnetresonanzanlage zur Durchführung des Verfahrens. Weiterhin sind ein Computerprogrammprodukt und ein elektrisch lesbarer Datenträger vorgesehen.
In der Magnetresonanztomographie, MRT, sind schnelle Aufnahmeverfahren nach dem EPI(Echo Planar Imaging)-Prinzip bekannt. Eine mögliche EPI-Aufnahmetechnik verwendet die sognannte Zickzack-Trajektorie, bei der eine kontinuierliche Phasenkodierung bei gleichzeitigen sinusförmigen Auslesegradienten verwendet wird. Diese Technik hat den Vorteil, weniger Lärm bei der MR-Signalaufnahme zu erzeugen und durch die effektivere, kontinuierliche Datenaufnahme eine kürzere Echozeit zu erzielen. Bei einer derartigen kontinuierlichen Phasenkodierung liegen die Datenpunkte jedoch nicht auf einem kartesischen Raster, was Grundvoraussetzung für die Verwendung einer kartesisch parallelen Bildgebung wie GRAPPA (Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition) ist. Aus der DE 10 2013 100 349 A1 ist die Verwendung einer Phasenkodierung bekannt, die derart ausgebildet ist, dass die Daten auf einer mathematisch korrekten Zickzack-Trajektorie liegen. Es können auch andere Formen gewählt werden, sie müssen nur exakt ein skalierter Betrag des Auslesegradienten sein.
Hierbei ist es möglich, die im Mittel nicht unterabgetasteten MR-Daten mittels interlaced Fourier Transformation (iFT) zu einem MR-Bild zu konstruieren. Bei einer unterabgetasteten, d.h. einer beschleunigten, Datenakquisition können die Daten nicht mehr mit der iFT rekonstruiert werden. In einem derartigen Fall muss eine GRAPPA-Rekonstruktion verwendet werden unter Berücksichtigung der Tatsache, dass bei einem angenommenen Beschleunigungsfaktor von 2 in der Akquisition die GRAPPA-Rekonstruktion mit einem Rekonstruktionsfaktor von 4 verwendet werden muss. Dies liegt daran, dass die GRAPPA Rekonstruktion separiert in den geraden oder ungeraden k-Raumzeilen im Rohdatenraum angewandt wird. Diese separierten Datensätze sind nun bereits für eine unbeschleunigte Aufnahme 2-fach unterabgetastet. Für eine 2-fach beschleunigte Aufnahme sind diese bereits 4-fach unterabgetastet. Durch den höheren Rekonstruktionsfaktor in der GRAPPA-Rekonstruktion steigt der sogenannte g-Faktor, der zusammen mit dem Beschleunigungsfaktor der Akquisition den Signal-zu-Rausch Verlust durch die parallele Bildgebungsrekonstruktion beschreibt. Werden in unterabgetasteten Daten mittels paralleler Bildgebung zusätzliche Daten rekonstruiert, liegt in der Mitte der k-Raumzeilen nun ein Bereich mit zweifacher Unterabtastung. Dies bedeutet, dass eine Kombination der GRAPPA-Rekonstruktion mit einem Beschleunigungsfaktor und Verwendung der iFT nicht möglich ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine beschleunigte Aufnahme mit der Verwendung von parallelen Bildgebungstechniken zu verwenden, und gleichzeitig das Rauschen im aufgenommenen MR-Bild nicht zu stark zu erhöhen.
Dieses Ziel wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche erreicht. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Es wird ein Verfahren zur echoplanaren MR-Bildgebung bereitgestellt, bei dem MR-Signale in einem Rohdatenraum mit einer zickzackartigen Trajektorie erfasst werden. Hierbei werden MR-Rohdatenpunkte mit einer Abfolge von Auslesegradienten und Phasenkodiergradienten derart aufgenommen, dass eine zickzackartige unterabgetastete Trajektorie in einem erfassten Rohdatenraum erfasst wird.
Die Erfassung erfolgt derart, dass die Signalechos um bis zu einem Viertel des erfassten Rohrdatenraums in Richtung einer Ausleseachse verschoben sind. Weiterhin wird eine zusätzliche zickzackartige Trajektorie im erfassten Rohdatenraum rekonstruiert mittels paralleler Bildgebungsverfahren und unter Verwendung der erfassten zickzackartigen Trajektorie. Anschließend wird zumindest ein MR-Bild auf Grundlage einer interlaced Fourier-Transformation (iFT) rekonstruiert.
Durch die Verschiebung der Signalechos um bis zu einem Viertel des erfassten Rohdatenraums in Richtung der Ausleseachse wird erreicht, dass die Signalechos in einem Bereich des Rohdatenraums auftreten, bei denen der Abstand der Trajektorien in Phasenkodierrichtung einem Δky entsprechen. Dies bedeutet, dass ein neues Rohdatenzentrum an einem Ort liegt wo die Abtastung dicht genug erfolgt ist, um eine Rekonstruktion mithilfe der iFT durchzuführen. Wie bekannt, ist Δky proportional zu dem Integral über den Gradienten entlang der Phasenkodierachse mal der Zeit, in der der Gradient anliegt. Der Unterschied zwischen zwei Trajektorien in Richtung der Phasenkodierachse ist nun kleiner als ein Δky, was bedeutet, dass das Nyquist-Theorem hier erfüllt ist. Verschiebt man das Echo um weniger als ein Viertel, so liegt das Rohdatenzentrum in einem Bereich, in dem der Abstand zweier Punkte in Phasenkodierrichtung abwechselnd kleiner und größer als der vom Nyquist-Theorem geforderte Mindestabstand für eine faltungsfreie Rekonstruktion ist. Dies bedeutet, dass der mittlere Abstand benachbarter Punkte in Phasenkodierrichtung dem Nyquist-Kriterium entspricht und eine erfolgreiche Rekonstruktion der Daten möglich ist.
Vorzugsweise werden vor der Rekonstruktion von dem zumindest einem MR-Bild die Rohdaten im Rohdatenraum derart erweitert, dass ein Erweiterungssegment entsteht, wobei diese Erweiterung unter Anwendung einer Punktsymmetrie des Rohdatenraums zu einem Rohdatenzentrum zur Erstellung eines erweiterten Rohdatenraums erfolgt, der den erfassten Rohdatenraum und das Erweiterungssegment umfasst, wobei die Rohdaten im Erweiterungssegment unter Verwendung einer Punktspiegelung am Rohdatenzentrum berechnet werden.
Die Rohdaten im Erweiterungssegment können mithilfe der sogenannten Zero-Filling-Technik oder mit der Partial-Fourier-Technik bestimmt werden.
Die Signalechos können in Richtung einer Ausleseachse verschoben werden durch Verkürzung oder Verlängerung des dephasierenden Vorgradienten vor der Signalauslese. Bei einem verminderten dephasierenden Vorgradienten erfolgen Signale schon früher im Vergleich zu einem Fall, wenn das Signalecho in der Mitte eines Auslesefensters erfolgt. Hier erfolgt die Verschiebung des Signalechos in eine erste Richtung der Ausleseachse, beispielsweise um ein Viertel. Das Erweiterungssegment liegt dann relativ zum erfassten Rohdatenraum ebenfalls in der ersten Richtung der Ausleseachse.
Eine iFT kann beispielsweise auf den erfassten Rohdatenraum angewendet werden zur Erstellung eines Hybridraums, und eine iFT kann auf das Erweiterungssegment angewendet werden zur Erstellung eines Hybriderweiterungssegments, wobei der Hybridraum und das Hybriderweiterungssegment zusammengefügt werden zur Stellung eines Gesamthybridraums. Dieser Gesamthybridraum kann einer Fourier-Transformation entlang dieser Achse unterzogen werden zur Erstellung von dem zumindest einem MR-Bild.
Durch die Verwendung des Erweiterungssegments bestehen zwei Möglichkeiten. In einer ersten Möglichkeit wird die Aufnahmezeit verkürzt bei einer gleich bleibenden Auflösung, bei der anderen Möglichkeit wird die Aufnahmedauer gleich gelassen und die Auflösung in Richtung der Ausleseachse erhöht. Bei der ersten Möglichkeit wird dies dadurch erreicht, dass das zumindest eine MR-Bild, dass rekonstruiert wird, eine gewünschte Auflösung aufweist, wobei die für die gewünschte Auflösung des zumindest einem MR-Bildes notwendige Aufnahmezeit verkürzt wird, indem der für die gewünschte Auflösung notwendige Rohdatenraum nicht vollständig aufgenommen wird. Der für die gewünschte Auflösung notwendige Rohdatenraum entspricht dem erweiterten Rohdatenraum mit dem Erweiterungssegment. Da in dem erweiterten Rohdatenraum nur ein Teilbereich erfasst wurde, wird die Aufnahmezeit verkürzt relativ zu einer Aufnahme, bei der für die gewünschte Auflösung der gesamte erweiterte Rohdatenraum mit MR-Signalen erfasst würde.
In der zweiten Option mit der erhöhten Auflösung wird das MR-Bild mit einer definierten Aufnahmezeit aufgenommen, wobei mit den in der definierten Aufnahmezeit aufgenommenen Rohdaten ohne Verwendung des Erweiterungssegments ein MR-Referenzbild mit einer definierten Auflösung rekonstruiert werden kann. Das mit der iFT rekonstruierte MR-Bild hat dann unter Verwendung des Erweiterungssegments eine höhere Auflösung als die definierte Auflösung, nämlich eine höhere Auflösung in Richtung der Ausleseachse.
Vorzugsweise erfolgt die Rekonstruktion der zusätzlichen zickzackartigen Trajektorie unter Verwendung des GRAPPA-Verfahrens. Es ist jedoch möglich, andere Verfahren zu verwenden. Allgemein können kartesische parallele Bildgebungsverfahren verwendet werden, z.B. auch SENSE (SENSitivity Encoding).
Die zusätzliche zickzackartige Trajektorie kann derart rekonstruiert werden, dass eine Steigung des letzten Segments der erfassten zickzackartigen Trajektorie in Richtung der positiven Phasenkodierrichtung ein entgegengesetztes Vorzeichen hat im Vergleich zu einer Steigung des letzten Segments der rekonstruierten zickzackartigen Trajektorie in Richtung der positiven Phasenkodierrichtung. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass die erfasste Trajektorie und die rekonstruierte Trajektorie an entgegengesetzten Ecken des Rohdatenraums in Phasenkodierrichtung enden bzw. beginnen.
Weiterhin wird eine Magnetresonanzanlage bereitgestellt mit einer Bildsequenzsteuerung zur zickzackartigen Trajektorie und einer Recheneinheit zur Rekonstruktion des zumindest einen MR-Bilds wie oben und nachfolgend im Detail beschrieben.
Weiterhin wird ein Computerprogrammprodukt bereitgestellt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programmmitteln, um die oben beschriebenen Schritte und die nachfolgend beschriebenen Schritte durchzuführen. Ein elektronisch lesbarer Datenträger weist darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen auf, die ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in der Magnetresonanzanlage das oben beschriebene Verfahren durchführen.
Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen, sofern es nicht explizit anders erwähnt ist, oder einzeln, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine MR-Anlage mit der erfindungsgemäß MR-Bilder berechnet werden können.
2 zeigt schematisch einen Rohdatenraum und den Zusammenhang zwischen zickzackartigen Trajektorien und deren Abstand zueinander.
3 zeigt schematisch einen Rohdatenraum mit einer aufgenommenen und rekonstruierten Trajektorie, wobei der in 3 gezeigte Rohdatenraum nicht ohne Artefakte rekonstruiert werden kann.
4 zeigt einen Rohdatenraum, der durch Erweiterung in Ausleserichtung derart mit zickzackartigen Trajektorien gefüllt ist, dass auch bei einer Unterabtastung eine artefaktfreie Rekonstruktion eines MR-Bilds möglich ist.
5 zeigt ein Beispiel eines Rohdatenraums, der vollständig aufgenommen wurde, bei dem jedoch eine artefaktfreie Rekonstruktion bei Unterabtastung nicht möglich ist.
6 zeigt die Aufnahme eines Rohdatenraums, bei der bei einer gegebenen Aufnahmezeit die Auflösung erhöht werden kann durch Erweiterung in Ausleserichtung.
7 zeigt die Aufnahme eines Rohdatenraums, bei der die Aufnahmezeit bei gleichbleibender Auflösung reduziert werden kann.
8 zeigt schematisch ein Flussdiagramm mit Schritten, die durchgeführt werden zur artefaktfreien Rekonstruktion von MR-Bildern durch Erweiterung des Rohdatenraums in Ausleserichtung.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Weiterhin sind die Figuren schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Die in den Figuren dargestellten Elemente sind vielmehr derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und ihr Zweck für den Fachmann verständlich werden. Die in den Figuren dargestellten Verbindungen zwischen funktionellen Einheiten oder sonstigen Elementen können auch als indirekte Verbindung implementiert werden, wobei eine Verbindung drahtlos oder drahtgebunden sein kann. Funktionelle Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
In Bezug auf 1 wird eine MR-Anlage erläutert, mit der, wie nachfolgend erläutert wird, MR-Bilder aufgenommen werden mit der echoplanaren Bildgebung und einer Unterabtastung, wobei trotz der Unterabtastung artefaktfreie Bilder erzeugt werden. Die MR-Anlage 10 weist einen Magneten 11 zur Erzeugung eines Polarisationsfelds B0 auf, wobei eine auf einer Liege 12 angeordnete Untersuchungsperson 13 in den Magneten 11 gefahren wird, um dort ortskodierte Magnetresonanzsignale aus der Untersuchungsperson 13 aufzunehmen. Die zur Signalaufnahme verwendeten Spulen wie eine Ganzkörperspule oder Lokalspulen sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt. Die Erfindung kann bei der sogenannten parallelen Bildgebung Anwendung finden, bei der die MR-Signale gleichzeitig mit mehreren Lokalspulen, einem Spulenarray von Lokalspulen, aufgenommen werden. Durch Einstrahlen von Hochfrequenzpulsen und Schalten von Magnetfeldgradienten kann die durch das Polarisationsfeld B0 erzeugte Magnetisierung aus der Gleichgewichtslage ausgelenkt und ortskodiert werden, und die sich ergebende Magnetisierung wird von den Empfangsspulen detektiert. Wie durch Einstrahlen der HF-Pulse und durch Schalten von Magnetfeldgradienten in verschiedenen Kombinationen und Reihenfolgen MR-Bilder erzeugt werden können, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und wird hier nicht näher erläutert.
Die MR-Anlage weist weiterhin eine Steuereinheit 20 auf, die zur Steuerung der MR-Anlage 10 verwendet werden kann. Die Steuerung 20 weist eine Gradientensteuereinheit 15 zur Steuerung und Schaltung der notwendigen Magnetfeldgradienten auf. Eine HF-Steuereinheit 14 ist für die Steuerung und Generierung der HF-Pulse zur Auslenkung der Magnetisierung vorgesehen. Eine Bildsequenzsteuerung 16 steuert die Abfolge der Magnetfeldgradienten und HF-Pulse und damit indirekt die Gradientensteuereinheit 15 und die HF-Steuereinheit 14. Über eine Eingabeeinheit 17 kann eine Bedienperson die MR-Anlage steuern, und auf einer Anzeigeeinheit 18 können MR-Bilder und sonstige zur Steuerung notwendigen Informationen angezeigt werden. Eine Recheneinheit 19 mit mindestens einer Prozessoreinheit (nicht gezeigt) ist vorgesehen zur Steuerung der verschiedenen Einheiten in der Steuereinheit 20. Weiterhin ist eine Speichereinheit 21 vorgesehen, in der beispielsweise Programmmodule bzw. Programme abgespeichert sein können, die, wenn sie von der Recheneinheit 19 bzw. ihrer Prozessoreinheit ausgeführt werden, den Ablauf der MR-Anlage steuern können. Die Recheneinheit 19 ist, wie nachfolgend erläutert wird, ausgebildet, aus den erfassten MR-Signalen die MR-Bilder erfindungsgemäß so zu berechnen, dass eine Unterabtastung bei einer Zickzack-Trajektorie möglich ist, wobei gleichzeitig eine im Wesentlichen artefaktfreie Rekonstruktion mit zufriedenstellenden Signal zu -Rausch Verhältnis der MR-Bilder erreicht wird.
Wie nachfolgend im Detail erläutert wird, ist es für eine Kombination der interlaced Fourier-Transformation (iFT) und der parallelen Bildgebung notwendig, die beschleunigten Daten derart aufzunehmen, dass nach einer parallelen Bildrekonstruktion die Bedingungen für die iFT erfüllt sind, nämlich, dass der Abstand der Rohdateneinheit im Zentrum des Rohdatenraumes, d.h. des k-Raumes, das Nyquist-Theorem erfüllt, oder anders ausgedrückt kleiner oder gleich Δky ist. Dies kann auf zwei Arten erreicht werden. Die erste Möglichkeit besteht darin, nur 2/3 in Ausleserichtung des Rohdaten- oder k-Raums aufzunehmen. Dadurch verkürzt sich die Aufnahmezeit und nach einer partial Fourier Rekonstruktion in Ausleserichtung einer Ausleseachse ergibt dies die gleiche Auflösung wie ursprünglich für den k-Raum gewünscht. Das k-Raum-Zentrum liegt daraufhin in einem Bereich in dem das Nyquist-Kriterium erfüllt ist. Eine andere Möglichkeit dies zu erreichen, ist die Aufnahmedauer gleich zu lassen und durch Verändern des Vorgradienten in Richtung der Ausleseachse den aufgenommenen k-Raum zu verschieben. Da sich hierbei die Position des k-Raum-Zentrums nicht ändert, wird letztendlich der k-Raum asymmetrisch abgetastet. Und es wird wiederum erreicht, dass das k-Raum-Zentrum auf einem Bereich liegt, in dem das Nyquist-Kriterium erfüllt ist.
Im Zusammenhang mit den 2 und 3 wird erläutert, unter welchen Bedingungen und Trajektorien eine artefaktfreie Rekonstruktion eines MR-Bilds mithilfe der iFT möglich ist oder nicht. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass bei artefaktfreier Rekonstruktion insbesondere berücksichtigt wird, wie stark das Rauschen in dem erzeugten MR-Bild vorliegt. In der nachfolgenden Diskussion wird angenommen, dass bei einem Abstand von Rohdatensegmenten der Zickzack-Trajektorie das Nyquist-Theorem erfüllt ist, wenn der Abstand in Richtung der Phasenkodierachse 1 Δky (einmal Δky) beträgt. 2 Δky (zweimal Δky) bedeutet eine einfache Unterabtastung, etc. In 2 ist ein Rohdatenraum 30 in kx- und ky-Richtung dargestellt, wobei kx die Ausleseachse und ky die Phasenkodierachse ist, wobei eine aufgenommene Trajektorie 31 diesen Rohdatenraum füllt. Der maximale Abstand im Zentrum des Rohdatenraums ist 1 Δky, während er am Rand 2 Δky beträgt. Dieser Rohdatensatz kann mit der iFT derart rekonstruiert werden, dass das Signal-zu-Rausch-Verhältnis zufriedenstellend ist und keine wesentlichen Artefakte auftreten, was nachfolgend als artefaktfrei bezeichnet wird. Weiterhin ist gestrichelt eine Rohdaten-Zickzack-Trajektorie 32 dargestellt, bei der die Aufnahme mit einem Beschleunigungsfaktor von 2 vorgenommen wurde, d.h. eine einfache Unterabtastung. Wie zu erkennen ist, haben die einzelnen Segmente der Trajektorie 32 in der Mitte einen Abstand von 2 Δky und am Rand einen maximalen Abstand von 4 Δky. Dieser Datensatz 32 kann mit der iFT nicht zu einem Bild ohne Artefakte rekonstruiert werden.
In 3 ist ein Rohdatenraum 40 dargestellt mit einer aufgenommenen Zickzack-Trajektorie 41. Wie dem Fachmann bekannt ist, erfolgt die zickzackartige Trajektorie durch einen periodisch geschalteten Auslesegradienten und durch eine Phasenkodiergradienten der dem Absolutwert des Auslesegradienten mit entsprechend niedrigerer Amplitude entspricht. Die Trajektorie wurde mit einem Beschleunigungsfaktor von 2 aufgenommen, d.h. nur 50 % der Rohdaten wurden aufgenommen, während die Trajektorie 42 mit parallelen Bildgebungstechniken z. B. GRAPPA rekonstruiert wurde. Dieser in 3 dargestellte Rohdatensatz kann mit der iFT nicht zu einem Bild ohne Artefakte rekonstruiert werden, da der maximale Abstand im Zentrum 2 Δky und am Rand 2 Δky beträgt. Ein weiteres Problem ist, dass die Kreuzungspunkte im zentralen Rohdatenbereich bei der iFT zu Artefakten führen. Für eine artefaktfreie Rekonstruktion wäre eine weitere GRAPPA-Rekonstruktion notwendig.
In 4 ist nun ein Rohdatenraum dargestellt, bei dem die Rekonstruktion derart erfolgt, dass auch bei einer Unterabtastung durch den Faktor 2 eine artefaktfreie Rekonstruktion von MR-Bildern möglich ist. Der Rohdatenraum weist einen erfassten Rohdatenraum 51 auf, in dem eine zickzackartige Trajektorie 52 wie dargestellt aufgenommen wurde. Durch eine Verkürzung des dephasierenden Vorgradienten relativ zum Gradienten während der Auslesezeit erfolgt das Signalecho früher und nicht im geometrischen Zentrum des erfassten Rohdatenraums sondern in Rohdatenzentrum 60. Weiterhin erfolgt in dem dargestellten Beispiel, ähnlich wie in 3, eine Berechnung einer zusätzlichen zickzackartigen Trajektorie 53, beispielsweise mithilfe der GRAPPA-Rekonstruktion. Bei diesem erfassten Rohdatenraum ist im Zentrum und am Rand der maximale Abstand 2 Δky, so dass eine artefaktfreie Rekonstruktion, wie im Zusammenhang mit 2 und 3 erläutert, nicht möglich ist. Erfindungsgemäß wird nun der Rohdatenraum asymmetrisch ausgelesen und es kann ein erweiterter Rohdatenraum gebildet werden, bei dem zwei Drittel den erfassten Rohdatenraum 51 ausmachen und ein Drittel ein Erweiterungssegment 55. Der erweiterte Rohdatenraum 50 weist nun den erfassten Rohdatenraum 51 und das Erweiterungssegment 55 auf. Die Rohdatenpunkte im Erweiterungssegment 55 können durch das sogenannten Zero Filling oder mit Partial Fourier bestimmt werden. Hierbei wird die Punktsymmetrie des erweiterten Rohdatenraums verwendet. Hierfür wird das Rohdatenzentrum 60 verwendet. Die Rohdatenpunkte im Erweiterungssegment 55 werden durch Punktspiegelung am Rohdatenzentrum 60 berechnet. Wenn nun der erweiterte Rohdatenraum 50 betrachtet wird, so ist zu erkennen, dass im Rohdatenzentrum der Abstand nur 1 Δky beträgt, während er am Rand maximal 2 Δky beträgt. Weiterhin sind die Kreuzungspunkte der einzelnen zickzackartigen Trajektorien nicht bei dem Rohdatenzentrum 60. Damit ist eine artefaktfreie Rekonstruktion mit der iFT mit dem erweiterten Rohdatenraum 50 möglich. Damit ist es möglich, ein zweifach beschleunigtes MR-Bild mit der Echoplanarbildgebung aufzunehmen mit Verwendung einer GRAPPA-Rekonstruktion.
Ein in 5 dargestellter Rohdatenraum 61 hat in Richtung der Ausleseachse kx die gleiche Ausdehnung wie der erfasste Rohdatenraum 51 von 4. Es ist jedoch zu erkennen, dass sowohl im Rohdatenraum- oder k-Raumzentrum als auch am Rand der maximale Abstand der Segmente einer Trajektorie 2 Δky beträgt, so dass wiederum eine artefaktfreie Rekonstruktion nicht möglich ist. Ohne die Verschiebung des Signalechos ist eine artefaktfreie Rekonstruktion nicht möglich.
In 6 ist eine Ausführungsform ähnlich zu 4 dargestellt, wobei in Ausleserichtung wiederum zwischen einem aufgenommenen Rohdatenraum 71 und einem Erweiterungssegment 75 unterteilt ist. Die Länge des erfassten Rohdatenraums 71 mit der erfassten Trajektorie 73 und der rekonstruierten Trajektorie 72 entspricht wiederum der Länge des Rohdatenraums 61 von 5. Durch die asymmetrische Signalauslese und die Erweiterung mit Punktspiegelung um das Zentrum 76 in kx-Richtung mit der Auffüllung im Erweiterungssegment 75 wird der Rohdatenraum wieder derart verändert, dass im Rohdatenzentrum ein maximaler Abstand von 1 Δky vorliegt, während am Rand der maximale Abstand 2 Δky beträgt. Der erweiterte Rohdatenraum 70 kann somit artefaktfrei rekonstruiert werden. Die Aufnahmezeit ist die gleiche wie bei der Aufnahme des Rohdatenraums von 5, jedoch hat sich die Auflösung in kx Richtung gegenüber einem MR-Bild, das mit dem Rohdatenraum von 5 berechnet wird, erhöht.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bei kontinuierlicher Phasenkodierung Rohdatenpunkte unterabgetastet aufzunehmen. Bei dieser kontinuierlichen Phasenkodierung liegen die Rohdatenpunkte nicht auf einem kartesischen Raster, was jedoch Voraussetzung für die Verwendung einer kartesischen parallelen Bildgebung wie GRAPPA ist. Durch die Erweiterung in kx-Richtung und die asymmetrische Akquisition liegt das k-Raumzentrum nicht mehr in der Mitte des erfassten Rohdatenraums, wodurch erstens der maximale Abstand der Rohdatenpunkte verringert wird und weiterhin die Kreuzungspunkte von den einzelnen Segmenten der Trajektorie nicht im Rohdatenzentrum liegen. Es ist nun möglich, zum Beispiel nur in dem Segment mit dem k-Raumzentrum eine iFT durchzuführen, um ein Bild zu erhalten. Zusätzlich kann in dem Erweiterungssegment, welches vor allem hochfrequente k-Rauminformationen enthält, ebenfalls mittels iFT ein Bild erzeugt werden. Dieses Bild könnte mit dem ersten Bild kombiniert werden, um die Auflösung zu erhöhen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, nicht die Auflösung zu erhöhen, sondern in kx-Richtung weniger Daten aufzunehmen. In diesem Fall würde die Aufnahmezeit gegenüber einem vollständig abgetasteten Rohdatenraum verkürzt. Das fehlende Segment, das Erweiterungssegment, kann entweder durch Zero Filling ersetzt werden oder durch eine Partial-Fourier-Rekonstruktion aus den Daten der beiden aufgenommenen Segmente, da die Daten zum k-Raumzentrum punktsymmetrisch sind. Diese Ausführungsform ist in 7 beschrieben. Der in 7 dargestellte gesamte Rohdatenraum 90 hat in kx-Richtung die gleiche Ausdehnung wie der erfasste Rohdatenraum 71. Verglichen mit dem erfassten Rohdatenraum 71 wird jedoch nur der Rohdatenraum 91 erfasst und die Rohdaten im Erweiterungssegment 92 werden rekonstruiert unter Verwendung der Punktsymmetrie und Punktspiegelung am Rohdatenzentrum 93. Verglichen mit dem aufgenommenen Rohdatenraum 71 wird nun die gleiche Auflösung in kx-Richtung erreicht wie bei einem MR-Bild, das nur anhand des erfassten Rohdatenraum 71 erreicht werden würde, jedoch ist die Aufnahmedauer im Vergleich dazu verkürzt. Im Vergleich zu der Ausführungsform von 6 wird in 7 eine geringere Signalauslesedauer bei jedem Signalecho verwendet, wodurch die Gesamtaufnahmedauer verkürzt wird.
Das Verfahren ist in 8 zusammengefasst. Das Verfahren startet in Schritt S80 und in Schritt S81 werden zickzackartige Segmente einer Trajektorie aufgenommen, wobei nach der Signalaufnahme der Rohdatensatz in gerade und ungerade Echos aufgeteilt wird. Die Signalaufnahme erfolgt hierbei so, dass die maximale Signalintensität, das Zentrum des Signalechos verschoben ist, vorzugsweise um ein Viertel des aufgenommenen Rohdatenraums in Richtung der Ausleseachse. In Schritt S82 erfolgt jeweils für die geraden und ungeraden aufgenommene Rohdatenpunkte eine Rekonstruktion einer zusätzlichen Trajektorie mit Hilfe der parallelen Aufnahmetechnik. In Schritt S83 erfolgt die Erweiterung des Rohdatenraums in Ausleserichtung, wie es im Zusammenhang mit 4, 6 und 7 beschrieben wurde. Anschließend erfolgt in Schritt S84 eine iFT für jedes Segment des erweiterten Rohdatenraums entlang der Phasenkodierrichtung. Dies bedeutet, dass eine iFT beispielsweise für das Segment 71 von 6 und getrennt für das Erweiterungssegment 75 erfolgt bzw. für das Segment 51 von 4 und getrennt davon für das Segment 55. Nach diesem Schritt S84 und der iFT existieren nun ein teiltransformierter Rohdatenraum und ein teiltransformiertes Erweiterungssegment. Teiltransformiert deshalb, weil eine Fourier-Transformation nur entlang einer Richtung, entlang der Phasenkodierrichtung durchgeführt wurde. In Schritt S85 wird nun der teiltransformierte Rohdatenraum und das teiltransformierte Erweiterungssegment verwendet zur Anwendung einer inversen Fourier-Transformation zurück in den Rohdatenraum (inverse Fourier-Transformation in Phasenkodierrichtung). Dies führt nach Schritt S85 zu einem Hybridraum und einem Hybriderweiterungssegment. In Schritt S86 werden die in Schritt S85 erzeugten Elemente, der Hybridraum und das Hybriderweiterungssegment, zusammengefügt, so dass sich ein Gesamthybridraum ergibt. Nach dem Zusammenfügen der Daten in Schritt S86 kann in Schritt S87 die zweidimensionale Fourier-Transformation, wie bekannt, durchgeführt werden zur Erstellung des zumindest einen MR-Bilds. Das Verfahren endet in Schritt S88.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht bei EPI-Daten, die auf einer Zickzack-Trajektorie aufgenommen wurden, ein Verfahren anzuwenden, wie es aus der parallelen Bildgebungstechnik bekannt ist. Hierbei kann die iFT verwendet werden, bei der die geraden und ungeraden Echos einzeln phasenkorrigiert werden, damit sie auf kartesischen Koordinaten liegen. Dadurch können höhere Beschleunigungsfaktoren und eine bessere Bildqualität erzielt werden. Des Weiteren kann eine Partial-Fourier-Akquisition in kx-Richtung durchgeführt werden, welche die Akquisitionszeit weiter verkürzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013100349 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur echoplanaren MR-Bildgebung, bei der MR-Signale in einem Rohdatenraum mit einer zickzackartigen Trajektorie erfasst werden, mit den folgenden Schritten: - Aufnehmen von MR-Rohdatenpunkten mit einer Abfolge von Auslesegradienten und Phasenkodiergradienten derart, dass eine zickzackartige unterabgetastete Trajektorie (52, 73) in einem erfassten Rohdatenraum (51, 71) derart erfasst wird, dass die Signalechos um bis zu einem Viertel des erfassten Rohdatenraums in Richtung einer Ausleseachse verschoben sind, - Rekonstruieren von einer zusätzlichen zickzackartigen Trajektorie (53, 72) im erfassten Rohdatenraum (51, 71) mittels paralleler Bildgebungsverfahren anhand der erfassten zickzackartigen Trajektorie, - Rekonstruieren von zumindest einem MR-Bild auf Grundlage einer interlaced Fourier-Transformation, iFT.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Rekonstruieren von dem zumindest einen MR-Bild die Rohdatenpunkte im Rohdatenraum (50, 70) derart erweitert werden, dass ein Erweiterungssegment (55, 75) entsteht, wobei diese Erweiterung unter Anwendung einer Punktsymmetrie des Rohdatenraums zu einem Rohdatenzentrum zur Erstellung eines erweiterten Rohdatenraums erfolgt, der den erfassten Rohdatenraum und das Erweiterungssegment umfasst, wobei die Rohdaten im Erweiterungssegment unter Verwendung einer Punktspiegelung am Rohdatenzentrum berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalechos in eine erste Richtung der Ausleseachse um ein Viertel des erfassten Rohdatenraums verschoben sind, wobei das Erweiterungssegment relativ zum erfassten Rohdatenraum in der ersten Richtung der Ausleseachse liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalechos nur soweit in Richtung der Ausleseachse verschoben werden, dass ein Abstand einer erfassten Trajektorie zu einer rekonstruierten Trajektorie in Richtung einer Phasenkodierachse kleiner als 1 Δky ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine iFT auf den erfassten Rohdatenraum angewendet wird zur Erstellung eines Hybridraums, wobei eine iFT auf das Erweiterungssegment angewendet wird zur Erstellung eines Hybriderweiterungssegments, wobei der Hybridraum und das Hybriderweiterungssegment zusammengefügt werden zur Erstellung eines Gesamthybridraums, wobei der Gesamthybridraum einer Fourier-Transformation entlang der Ausleseachse unterzogen wird zur Erstellung von dem zumindest einem MR-Bild.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Rekonstruktion der zusätzlichen Zickzack-Trajektorie (53, 72) unter Verwendung des GRAPPA-Verfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche zickzackartige Trajektorie (53, 72) derart rekonstruiert wird, dass eine Steigung des letzten Segments der erfassten zickzackartigen Trajektorie (52, 73) in Richtung der positiven Phasenkodierrichtung eine entgegengesetzte Steigung hat zu dem letzten Segment der rekonstruierten zickzackartigen Trajektorie (53, 72) in Richtung der positiven Phasenkodierrichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dass das zumindest eine MR Bild eine gewünschte Auflösung aufweist, wobei die für die Aufnahme des zumindest einen MR Bildes mit der wünschten Auflösung notwendige Aufnahmezeit verkürzt wird, indem der für die gewünschte Auflösung notwendige Rohdatenraum nicht vollständig mit Rohdaten aufgenommen wird, sondern dem erweiterten Rohdatenraum mit dem Erweiterungssegment entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dass das zumindest eine MR Bild in einer definierten Aufnahmezeit aufgenommen wird, wobei mit den in der definierten Aufnahmezeit aufgenommenen Rohdaten ohne Verwendung des Erweiterungssegments ein MR Referenzbild mit einer definierten Auflösung rekonstruiert werden kann, wobei das mit der iFT rekonstruierte zumindest eine MR Bild unter Verwendung des Erweiterungssegments eine höhere Auslösung aufweist als die definierte Auflösung.
Magnetresonanzanlage (10), die ausgebildet ist, bei einer echoplanaren MR-Bildgebung MR-Signale in einem Rohdatenraum mit einer zickzackartigen Trajektorie zu erfassen, wobei die Magnetresonanzanlage aufweist: - eine Bildsequenzsteuerung (16), die ausgebildet ist, MR-Rohdatenpunkte mit einer Abfolge von Auslesegradienten und Phasenkodiergradienten derart aufzunehmen, dass eine zickzackartige unterabgetastete Trajektorie (52, 73) in einem erfassten Rohdatenraum (51, 71) derart erfasst wird, dass die Signalechos um bis zu einem Viertel des erfassten Rohdatenraums in Richtung einer Ausleseachse verschoben sind, - eine Recheneinheit (19), die ausgebildet ist, - eine zusätzliche zickzackartige Trajektorie (53, 72) im erfassten Rohdatenraum (51, 71) mittels paralleler Bildgebungsverfahren anhand der erfassten zickzackartigen Trajektorie zu rekonstruieren, - zumindest ein MR-Bild auf Grundlage einer interlaced Fourier-Transformation, iFT zu rekonstruieren.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 10, wobei die Recheneinheit ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-9 auszuführen, wenn das Programm in der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (14) in einer Magnetresonanzanlage das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9 durchführen.