DE102017201883A1

DE102017201883A1 - Gewichtungsmatrix zur Reduzierung von Artefakten bei paralleler Bildgebung

Info

Publication number: DE102017201883A1
Application number: DE102017201883.6A
Authority: DE
Inventors: Mario Zeller
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2018-08-09
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: DE102017201883B4; US20180224513A1; US10502801B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Gewichtungsmatrix, die bei der Erstellung von MR-Bildern eines Aufnahmevolumens einer Untersuchungsobjekts mit paralleler Bildgebung in einer MR-Anlage mit mehreren Empfangskanälen verwendet wird, mit den folgenden Schritten:- Bestimmen eines Referenzdatensatzes des Untersuchungsobjekts, bei dem zumindest ein Teilabschnitt des zugehörigen Rohdatenraums vollständig mit Rohdaten gefüllt ist,- Bestimmen eines ersten Teilbereichs im Aufnahmevolumen, in dem zumindest eine Komponente der MR-Anlage eine geringere Homogenität aufweist als in einem zweiten Teilbereich des Aufnahmevolumens,- Bestimmen von zumindest einem ersten Empfangskanal unter den mehreren Empfangskanälen, der in dem ersten Teilbereich des Aufnahmevolumens eine höhere Signalintensität liefert als andere Empfangskanäle der mehreren Empfangskanäle,- Berechnen der Gewichtungsmatrix, mit der bei der parallelen Bildgebung nicht aufgenommene Rohdatenpunkte anhand des Referenzdatensatzes bestimmt werden, wobei bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix der zumindest eine erste Empfangskanal geringer gewichtet wird als die anderen Empfangskanäle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Gewichtungsmatrix, die bei der Erstellung von MR-Bildern eines Aufnahmevolumens eines Untersuchungsobjekts mit paralleler Bildgebung in einer MR-Anlage mit mehreren Empfangskanälen verwendet wird. Weiterhin wird die zugehörige MR-Anlage sowie ein Computerprogrammprodukt und ein elektronisch lesbarer Datenträger bereitgestellt.
MR-Systeme mit einer relativ kurzen Bohrung haben eine reduzierte Homogenität des Grundmagnetfelds B0 und eine reduzierte Gradientengenauigkeit an den Rändern des Gesichtsfelds in Bohrungsrichtung, die üblicherweise als z-Achse bezeichnet wird. Für koronare und sagittale Aufnahmen führt dies zu komprimierten Bereichen in den rekonstruierten Bildern mit hoher Signalintensität in den Bereichen am Rand der Bohrung, da durch die Inhomogenität des Gradientenfelds und/oder des Polarisationsfelds B0 mehrere Bereiche eines Untersuchungsobjekts auf einem Bildpunkt abgebildet werden, wodurch sich die Signalintensität in diesem Bildpunkt erhöht. Dies bedeutet, dass durch die falsche Ortskodierung Bildpunkte mit erhöhter Signalintensität existieren. Diese Bereiche befinden sich in der Regel am Rande des Gesichtsfelds in z-Richtung, auch Field of View (FOV) genannt. Zusätzlich treten bei Bildgebungssequenzen mit der Verwendung der parallelen Bildgebungstechnik, wie beispielsweise GRAPPA, oft Artefakte an ganzzahligen Vielfachen der Position FOVz/R auf, wobei R der Beschleunigungsfaktor ist. Bei der parallelen Bildgebung werden die fehlenden nicht gemessenen Rohdatenbereiche mit Hilfe von mehreren Empfangskanälen und deren unterschiedlichen Spulensensitivitäten berechnet. über sogenannte Referenzmessungen oder Kalibrierungsmessungen werden die Spulensensitivitäten ermittelt. Hierfür ist jedoch ein guter Referenz- bzw. Kalibrierungsdatensatz notwendig. Wenn dieser fehlerhaft ist, dann sind auch die mit der parallelen Bildgebung berechneten MR-Bilder fehlerhaft. Der Grund für die Artefakte bei der parallelen Bildgebung liegt auch darin, dass die Bildgebungsalgorithmen üblicherweise nicht in der Lage sind, örtlich begrenzte Bereiche mit sehr hoher Signalintensität zu behandeln, die wie oben erläutert am Rande der MR-Systemkomponenten auftreten können. Dies führt insbesondere bei der parallelen Bildgebung zu der nicht vollständigen Unterdrückung von sogenannten Aliasing-Artefakten in diesen Bereichen.
Dieses Phänomen ist besonders prominent bei Spin-Echo-Sequenzen, da dort die Dephasierung aufgrund von B0-Inhomogenitäten oder Gradienteninhomogenitäten eine geringere Rolle spielt und nicht zu einer Signalauslöschung führt wie bei Gradientenechosequenzen.
Eine Möglichkeit, diese Artefakte zu vermindern, besteht darin, MR-Signale zu mitteln, wobei die MR-Signale zwei- oder mehrfach aufgenommen werden, beispielsweise zweifach, d.h. einmal mit Aufnahme der geraden k-Raum-Linien und einmal eine Aufnahme der ungeraden k-Raum-Linien. Die zentralen k-Raum-Linien beider Aufnahmen werden dann kombiniert und zur Berechnung der Referenz- bzw. Kalibrierungsdatensätze verwendet. Durch ein derartiges Verfahren heben sich die Artefakte im finalen zusammengesetzten Bild auf, jedoch verdoppelt sich zumindest die Messzeit, was ein bedeutender Nachteil ist.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile zu verringern und insbesondere die Artefakte zu verringern, die in den Teilbereichen des Aufnahmevolumen auftreten, an denen große Inhomogenität im B0 Feld oder im Gradientenfeld vorliegen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind weitere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Gewichtungsmatrix bereitgestellt, die bei der Erstellung von MR-Bildern eines Aufnahmevolumens eines Untersuchungsobjekts mit paralleler Bildgebung in einer MR-Anlage mit mehreren Empfangskanälen verwendet wird. Es wird ein Referenzdatensatz des Untersuchungobjekts bestimmt, bei dem zumindest ein Teilabschnitt des zugehörigen Rohdatenraums vollständig mit Rohdaten gefüllt ist. Weiterhin wird ein erster Teilbereich im Aufnahmevolumen bestimmt, in dem zumindest eine Komponente der MR-Anlage eine geringere Homogenität aufweist als in einem zweiten Teilbereich des Aufnahmevolumens. Weiterhin wird zumindest ein erster Empfangskanal unter den mehreren Empfangskanälen bestimmt, der in dem ersten Teilbereich des Aufnahmevolumens eine höhere Signalintensität liefert als andere Empfangskanäle der mehreren Empfangskanäle. Anschließend wird die Gewichtungsmatrix berechnet, mit der bei der parallelen Bildgebung nicht aufgenommene Rohdatenpunkte unter Verwendung des Referenzdatensatzes bestimmt werden. Bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix wird nun der zumindest eine Empfangskanal geringer gewichtet als die anderen Empfangskanäle.
Die entstehenden Artefakte in dem ersten Teilbereich können verringert werden, da diese hauptsächlich von den Empfangskanälen herrühren, die in dem ersten Teilbereich mit der geringen Homogenität eine hohe Signalintensität liefern bzw. eine hohe Spulensensitivität haben. Bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix für die fehlenden Rohdatenpunkte in der parallelen Bildgebung werden diese Empfangskanäle geringer gewichtet, sodass bei der Berechnung der Gewichtungs- bzw. Kalibrierungsmatrix diese Empfangskanäle im ersten Teilbereich eine Gewichtung erhalten, die geringer ist als die Gewichtung der Empfangskanäle in dem zweiten Teilbereich, wo die Inhomogenität geringer ausfällt als im ersten Teilbereich.
Hierbei ist es möglich, bei dem zumindest einem ersten Empfangskanal eine Rohdatenintensität gegenüber der Rohdatenintensität der anderen Empfangskanäle zu verringern, zumindest um den Faktor 1,2 oder größer, beispielsweise den Faktor 5, oder den Faktor 10. Die Gewichtungsmatrix wird dann mit der derart verringerten Rohdatenintensität in dem zumindest einem ersten Empfangskanal berechnet, d.h. in den Empfangskanälen, die im ersten Teilbereich eine hohe Signalintensität aufweisen. Bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix werden gemessen MR-Signale verwendet. Durch die Verringerung der Signalintensität bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix übertragen sich die durch höhere Inhomogenität bedingten Artefakte im geringeren Maße auf die zu berechneten fehlenden Rohdatenpunkte bei der parallelen Bildgebung.
Weiterhin ist es möglich, dass zu der verringerten Rohdatenintensität ein künstliches Rauschen hinzugefügt wird bevor die Gewichtungsmatrix berechnet wird. Weiterhin ist es möglich die Rohdatenintensität in dem zumindest einem Empfangskanal vollständig nur durch künstliches Rauschen zu setzen, wobei dann die Gewichtungsmatrix mit der Rohdatenintensität in den zumindest ein erster Empfangskanal berechnet wird, der nur künstliches Rauschen enthält.
Insgesamt werden durch diese Maßnahme die Gesamtintensität bzw. das Signal zum Rauschverhältnis verringert, so dass die anderen Kanäle, bei denen die Inhomogenität geringer ist, einen größeren Beitrag leisten, und somit die Gewichtungsmatrix die Artefakte im ersten Teilbereich weniger auf die restlichen Bereiche des Untersuchungsvolumens übertragen.
Weiterhin ist es möglich bei dem zumindest einen ersten Empfangskanal eine Rohdatenintensität mit einem Glättungsfilter zu filtern, beispielsweise mit einem Gauß-Filter, bevor die Gewichtungsmatrix dann mit den gefilterten Rohdatenintensitäten berechnet wird.
All die oben genannten verschiedenen Möglichkeiten helfen dabei, die Kanäle mit hoher Signalintensität bei hohen Inhomogenitäten geringer zu gewichten, so dass die durch die Inhomogenitäten bedingten Ungenauigkeiten bei der Bilderstellung nicht oder in geringere Maße verwendet werden zur Berechnung der fehlenden Rohdatenpunkte.
Für die Bestimmung des zumindest ein ersten Empfangskanals sind mehrere Möglichkeiten gegeben. Die Rohdatenintensität kann auf der Grundlage von Identifizierungsdaten des Aufnahmevolumens bestimmt werden. Bei diesen Identifizierungsdaten können Spulensensitivitätskarten der mehreren Empfangsspulen verwendet werden, ein Rohdatensatz mit einer vergleichsweise geringen Auflösung, bei dem jedoch der Rohdatenraum vollständig aufgenommen wurde oder in einer Datenbank abgelegte Daten, die aus vorherigen Messungen oder Feldberechnungen gewonnen wurden.
Die parallele Bildgebung kann hierbei derart ausgebildet sein, dass eine Phasenkodierrichtung in der parallelen Bildgebung derart gewählt ist, dass der erste Teilbereich des Aufnahmevolumens weiter vom Isozentrum des Magneten der MR-Anlage entfernt ist als der zweite Teilbereich, wobei sich der erste Teilbereich in Phasenkodierrichtung an den zweiten Teilbereich anschließt. Dies bedeutet, dass sich der zweite Teilbereich in Phasenkodierrichtung mittig um das Isozentrum befindet, während in den Randbereichen die Empfangsspulen identifiziert werden, die in diesen Randbereichen eine hohe Signalintensität liefern.
Die MR-Bilder des Untersuchungsobjekts bei der parallelen Bildgebung können dann unter Verwendung der wie oben erläutert berechneten Gewichtungsmatrix bestimmt werden.
Der erste Teilbereich im Aufnahmevolumen kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass dort eine Beziehung zwischen dem physikalischen Ort in der MR-Anlage zur Lamorfrequenz jeweils mehr als 10 % von einem Sollwert abweicht, beispielsweise mehr als 5 % oder mehr als 7 %. Der Sollwert ist hierbei ein linearer Zusammenhang zwischen den physikalischen Ort in der MR-Anlage und der Lamorfrequenz bei der Anwendung von Gradienten und ist ein konstanter Zusammenhang bei dem B0 Feld ohne Schaltung von Gradienten.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine MR-Anlage mit einer Steuereinheit und einer Speichereinheit, wobei die Speichereinheit von der Steuereinheit ausführbare Steuerinformationen speichert, wobei die MR-Anlage ausgebildet ist bei der Ausführung der Steuerinformationen in der Steuereinheit die oben beschriebenen Schritte durchzuführen.
Weiterhin ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen mit Programmmitteln, die in eine Speichereinheit der Steuereinheit der MR-Anlage ladbar sind, um die Schritte des oben und nachfolgend genau beschrieben Verfahrens durchzuführen, wenn die Programmmittel in der Steuereinrichtung ausgeführt werden. Weiterhin ist ein elektronisch-lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch-lesbaren Steuerinformationen vorgesehen, die Steuerinformationen sind dabei derart ausgestaltet, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in der Steuereinheit der MR-Anlage das Verfahren wie oben beschrieben durchführen.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1 schematisch eine MR-Anlage, mit der erfindungsgemäß bei der Verwendung paralleler Bildgebungstechnik Artefakte bedingt durch höhere Inhomogenität in einem Teilbereich der MR-Anlage vermindert werden können,
2 schematisch ein Beispiel eines MR-Bildes, bei dem in einem Randbereich ein Artefakt auftritt, dass mit der MR-Anlage von 1 vermieden werden kann,
3 ein Beispiel eines Flussdiagramms mit den Schritten zur Neuberechnung einer Gewichtungsmatrix mit der die Artefakte, wie in 2 gezeigt, vermindert werden können,
4 schematisch Daten von verschiedenen Empfangskanälen, die verwendet werden, um die Empfangskanäle zu identifizieren, die eine hohe Signalintensität in einen ersten Teilbereich mit hoher Feldinhomogenität aufweisen.
5 zeigt schematisch eine Gewichtungsmatrix, bei der die identifizierten Empfangskanäle geringer gewichtet werden

1 zeigt schematisch eine MR-Anlage, mit der erfindungsgemäß Artefakte im einem Randbereich der MR-Anlage vermieden werden können, die durch Kodierung von unterschiedlichem Gewebe in einen einzigen Bildpunkt entstehen. Die Magnetresonanzanlage weist einen Magneten 10 zur Erzeugung eines Polariationsfeldes B0 auf, wobei eine auf einer Liege 11 angeordnete Untersuchungsperson das Untersuchungsobjekt 12 darstellt, das in ein Isozentrum Z0 des Magneten gefahren wird, um dort ortskodierten Magnetresonanzsignale des Untersuchungsobjekts aufzunehmen. Wie nachfolgend noch weiter im Detail erläutert wird, weist das Aufnahmevolumen einen ersten Aufnahmebereich 26a und 26b mit einer höheren Inhomogenität von MR-Komponenten auf und einen zweiten Aufnahmebereich 25, in dem die Homogenität der jeweiligen MR-Komponenten größer ist als im ersten Teilbereich. Als MR Komponente kann hierbei das Polarationsfeld B0 verwendet werden und/oder die Linearität der Magnetfeldgradienten, die durch nicht gezeigte Gradientenspulen für die Ortskodierung erzeugt werden. Durch Einstrahlen von Hochfrequenzpulsen und Schalten von Magnetfeldgradienten kann die durch das Polarationsfeld B0 erzeugte Magnetisierung gestört werden durch Auslenkung der Kernspins aus der Gleichgewichtslage, und die bei der Rückkehr in die Gleichgewichtslage in Empfangsspulen 5 bis 8 induzierten Ströme können in Magnetresonanzsignale umgewandelt werden. Die allgemeine Funktionsweise zur Erstellung von MR-Bildern unter der Detektion von Magnetresonanzsignalen, insbesondere bei der parallelen Bildgebung unter Verwendung einer Gewichtungsmatrix zur Erzeugung von nicht aufgenommenen Rohdatenpunkten sind dem Fachmann bekannt, sodass auf eine detaillierte Beschreibung hiervon verzichtet wird.
Die Magnetresonanzanlage weist weiterhin eine Steuereinheit 13 auf, die zur Steuerung der MR-Anlage verwendet wird. Die Steuereinheit 13 weist eine Gradientensteuerung 14 zur Steuerung und Schaltung der Magnetfeldgradienten auf und eine HF-Steuereinheit 15 zur Erzeugung und Steuerung der HF-Pulse zur Auslenkung der Kernspins aus der Gleichgewichtslage. Die HF-Einheit kann eine Multikanal HF-Einheit sein, die in mehreren unabhängigen Kanälen HF-Pulse erzeugt. In einer Speichereinheit 16 können beispielsweise die für die Aufnahme der MR-Bilder notwendigen Bildgebungsequenz abgespeichert werden, sowie alle weiteren Steuerinformationen, die notwendig sind, um die Erfindung auszuführen. Eine Bildsequenzsteuerung 17 steuert die Bildaufnahme und damit in Abhängigkeit von der gewählten Bildgebungssequenzen die Abfolge der Magnetfeldgradienten und der HF-Pulse und die Empfangsintervalle der MR-Signale. Damit steuert die Bildsequenzsteuerung 17 auch die Gradientensteuerung 14 und die HF-Steuereinheit 15. In einer Recheneinheit 20 können MR-Bilder berechnet werden, die auf eine Anzeige 18 angezeigt werden können. Eine Bedienperson kann über eine Eingabeeinheit 19 die MR-Anlage steuern. Die Recheneinheit kann unter anderem dazu verwendet werden, eine Gewichtungsmatrix oder den sogenannten Kernel wie dem GRAPPA-Kernel derart zu berechnen, dass die im ersten Teilbereich 26a und 26b auftretenden Inhomogenitäten nicht oder in geringerem Maße die Erstellung der MR-Bilder mit der parallelen Bildgebung beeinflussen.
In 2 ist schematisch ein MR-Bild 22 dargestellt, das ein MR-Bild von einem ersten Untersuchungsobjekt 23 und einem zweiten Untersuchungsobjekt 24 zeigt. Das Untersuchungsobjekt 24 ist in Phasenkodierrichtung am Rand der MR-Anlage positioniert, d.h. an dem Rand, an dem die Homogenität des Polarisationsfeldes B0 geringer ist und an dem die Linearität der Magnetfeldgradienten geringer ist als im dem Bereich, in dem das Objekt 23 angeordnet ist. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform wird angenommen, dass das erst Untersuchungsobjekt 23 im Wesentlichen mittig in dem Isozentrum Z0 des Magneten liegt. In diesem zweiten Teilbereich 25 liegt eine erste Homogenität des Polarisationsfeldes B0 und der Magnetfeldgradienten vor bei der Bildaufnahme. Auch nach Anpassung aller Systemkomponenten an das Untersuchungsobjekt, dem sogenannten Shimmen, ist ein erster Teilbereich 26a und 26b vorhanden, in denen die Magnetfeldhomogenität und die Gradientenlinearität geringer sind als im zweiten Teilbereich. Dieser erste Teilbereich kann dadurch definiert sein, dass die Beziehung zwischen dem physikalischen Ort im MR-System zur Lamorfrequenz der Spins jeweils um 5%, 7% oder 10% vom Sollwert abweicht, der bei Schaltung von Gradienten ein linearer Zusammenhang zwischen Ort und Lamorfrequenz ist und bei abgeschalteten Gradienten ein konstanter Wert ist. Durch die erhöhte Inhomogenität im Teilbereich 26a auf 26b, hier im Teilbereich des 26b kommt es für das Untersuchungsobjekt 24 zu vermehrter Platzierung von Gewebe in einem einzelnen Bildpunkt, wobei die Phasenkodierrichtung wie in 2 gezeigt senkrecht zu der Aufteilung des Aufnahmevolumens in die Teilbereiche liegt. Es können sich Artefakte 27 mit einer hohen Signalintensität ergeben, die bedingt sind durch die Tatsache, dass mehrere Bildpunkte bei der Rekonstruktion auf einen einzigen Punkt, d.h. ein einziges Pixel im MR-Bild platziert werden. Durch fehlerhafte Kalibrierung der parallelen Bildgebung aufgrund der hohen Signalintensität können diese Artefakte 27 zumindest teilweise als zusätzlicher Artefakt 27b in den Gesichtsfeldbereich 25 einfalten und dort das Objekt 23 überlagern, was die Diagnose erschweren kann. Derartige Artefakte 27b können vermindert bzw. verhindert werden, wenn die Gewichtungsmatrix der parallelen Bildgebung wie nachfolgend erläutert berechnet wird.
Die Artefakte treten insbesondere bei einer koronaren oder sagitalen Orientierung auf, wobei die Phasenkodierrichtung in Kopf- / Fußrichtung liegt, um flussinduzierte Artefakte zu verringern. Hierbei wird typischerweise nur ein sehr geringe Erstreckung des Gesichtsfeldes in Kopf- / Fußrichtung verwendet, wie beispielsweise 250mm, wobei jedoch auch Signale außerhalb des Gesichtsfeldes in Phasenkodierrichtung aufgenommen werden, dass sogenannte von „phase-oversampling“, um das Einfalten von Körperstrukturen außerhalb des Gesichtsfeldes in das Gesichtsfeld zu verhindern.
Die Erfindung findet insbesondere bei der parallelen Bildgebung Anwendung. Insbesondere bei der unter dem Namen GRAPPA bekannten Bildrekonstruktion ergeben sich Artefakte wie in 2 mit dem Bezugszeichen 27b beschrieben. Es wurde herausgefunden, dass erfindungsgemäß diese Artefakte von wenigen Empfangskanälen her rühren die eine hohe Signalintensität bzw. hohe Sensitivität in dem ersten Teilbereich 26a oder 26b haben. Die Signalintensität wird bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix verwendet, um mithilfe eines Referenzdatensatzes, bei dem zumindest ein Teilabschnitt des Rohdatenraums vollständig aufgenommen wurde, die Rohdatenpunkte bei der parallelen Bildgebung zu berechnen, die nicht aufgenommen wurden. Diese Empfangskanäle werden nun bestimmt, damit diese in der Gewichtungsmatrix geringer gewichtet werden als die Empfangskanäle, die in dem zweiten Teilbereich 25 von 2 eine hohe Sensitivität haben. In einem Schritt des Verfahrens werden die Empfangskanäle identifiziert, die einen hohen Signalbeitrag im dem ersten Teilbereich haben. Die Bestimmung dieser Empfangskanäle kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Beispielsweise ist es möglich, einen Identifizierungsdatensatz aufzunehmen, der eine geringere Auflösung aufweist als die MR-Bilder, die später mit der parallelen Bildgebung rekonstruiert werden sollen, wobei der zugehörige Rohdatenraum jedoch vollständig aufgenommen wird. Die Signalintensität in diesen Identifizierungsdaten kann nun in dem ersten Teilbereich 26a und 26b des Gesichtsfeldes in Phasenkodierrichtung für die verschiedenen Empfangsspulen verglichen werden und es können eine Anzahl von Spulenelementen identifiziert werden, die den höchsten Beitrag bzw. die höchste Signalintensität in diesem ersten Teilbereich aufweisen. Weiterhin ist es möglich, sogenannte Spulensensitivitätskarten zu verwenden und dann ebenso die Empfangskanäle zu identifizieren, die in dem ersten Teilbereich eine hohe Spulensensitivität aufreißen. Weiterhin ist es möglich Magnetfeldkarten zu verwenden, die es ermöglichen, den ersten Teilbereich 26a oder 26b wie in 2 gezeigt zu identifizieren. Weiterhin ist es möglich, Daten aus bereits in vorherigen Messschritten oder in der Vergangenheit bei ähnlichen Untersuchungen durchgeführten Bestimmungen der Empfangskanäle zu verwenden oder die Kanäle, die wahrscheinlich eine hohe Signalintensität aufweisen werden durch Simulation oder Berechnung auf Basis von Vorwissen über Objektorientierung und physikalische Parameter von Magnet und Gradientensystem zu ermitteln.
Anschließend wird der Anteil dieser Empfangskanäle bei der Bestimmung der Gewichtungsmatrix verringert. Es ist möglich, den Signalbeitrag dieser identifizierten Empfangskanäle, der ersten Empfangskanäle, zu verringern. Beispielsweise ist es möglich, den Rohdatenwert durch eine vorgegebene Zahl zu dividieren, beispielsweise um einen Faktor 5 oder 10 zu verringern und anschließend künstliches Rauschen hinzuzufügen. Weiterhin ist es möglich die Signalintensität in diesen Kanälen nur durch Rauschen zu ersetzen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Rohdatenintensitäten in den jeweiligen Kanälen zu glätten, beispielsweise mithilfe eines Gauss'schen Filters.
Wie es bei der GRAPPA Rekonstruktion bekannt ist, werden fehlende Datenpunkte einer einzelnen Empfangsspule j rekonstruiert durch eine Linearkombination der Gewichtungsmatrix der aufgenommenen Rohdatenpunkte von allen N Spulen, wobei angenommen wird, dass N Spulen vorhanden sind. $S_{j} (k_{a}) = \sum_{i = 1}^{N} \sum_{b = 1}^{N_{b}} w (j, a, l, b) \cdot S_{l} (k_{b})$
In dieser Gleichung bedeutet Index S_j, das empfangene Signal in einer Spule j und k_a ist der Ort der fehlenden Rohdatenlinien im k-Raum, k_b sind die Orte der umgebenden aufgenommene Rohdatenlinien und w(j,a,l,b) sind die zu ermittelnden Gewichtungskoeffizienten. Üblicherweise reicht ein Kalibrations-Datensatz mit einigen Datenlinien k_b, beispielweise mit N_b gleich 20 aus, um zufriedenstellende Ergebnisse zu erreichen.
In den zuvor ermittelten mindestens einen Kanal S mit erhöhter Signalintensität in den Randbereichen werden nun die Signalintensitäten wie oben erläutert reduziert. Anschließend wird die Gewichtungsmatrix w(j,a,l,b) aus obiger Gleichung gemäß dem GRAPPA-Verfahren (d.h. durch Matrixinversion) ermittelt. Diese Gewichtungsmatrix kann dann auf die eigentliche parallele Bildgebung angewendet werden. Das Hinzufügen von künstlichen Rauschen bei der parallelen Bildgebung macht im vorliegenden Fall Sinn, da in dem vorliegenden Fall das Aufnahmevolumen einen zentralen Abschnitt, das eigentliche Gesichtsfeld aufweist und MR Signale in einem größeren Abschnitt aufgenommen werden durch sogenanntes „phase-oversampling“, wobei diese Abschnitte bei der Rekonstruktion anschließend nicht verwendet werden. Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine geringere Gewichtung der Kanäle mit ungewünschten Signalanteilen und hat jedoch so gut wie keinen Einfluss auf das Signal-zu-Rauschverhältnis im Bild, da die Empfangskanäle die den Bereich abdecken, der die gewünschte Bildinformation enthält, nicht betroffen ist.
Die Anpassung der Gewichtungsmatrix wird schematisch in Zusammenhang mit Figur 4 und 5 näher erläutert. 4 zeigt schematisch die Signalbeiträge in den verschiedenen Empfangskanälen, in dem dargestellten Beispiel 20 Empfangskanäle, wobei jeder Kanal einen Identifizierungsdatensatz 41 darstellt. Die Identifizierungsdaten sind Rohdatensätze für die verschiedenen Kanäle. In diesen Kanälen und Identifizierungsdatensätzen 41 werden nun die Kanäle identifiziert, die in dem ersten Teilbereich 26a, 26b eine hohe Signalintensität haben. Beispielsweise können dies die Kanäle 3, 4, 5 und 19 sein. Diese identifizierten Empfangskanäle werden dann wie oben beschrieben modifiziert, d.h. in der Intensität reduziert, mit künstlichem Rauschen überlagert, gefiltert oder eine Kombination dieser Verfahren. In 5 ist die Gewichtungsmatrix schematisch dargestellt, wobei die einzelnen Zeilen die Kanäle 1-20 darstellen, während die einzelnen Spalten die Gewichtungsfaktoren für die einzelnen Kanäle darstellen. Wenn bei 20 Kanälen jeweils vier Nachbarn in die eine Richtung wie beispielsweise die ky-Richtung verwendet werden und fünf Nachbarn in die andere Richtung, beispielsweise der kx-Richtung, so ergeben sich 400 Gewichtungsfaktoren für jeden Kanal. Die in 5 dargestellte Gewichtungsmatrix 50 ist dabei die Gewichtungsmatrix für einen Kanal, beispielsweise Kanal 6, welche durch Lösen obiger Gleichung ermittelt wurde. In diesem Kanal 6 sind durch oben beschriebene Modifikation der Kanäle 3, 4, 5 und 19 nun die 20 x 400 Elemente derart abgeändert, dass in der Matrix für den dargestellten Kanal bei allen Matrixelementen, die Beiträge aus den Kanälen 3, 4, 5 und 19 beschreiben die Intensitäten reduziert wurden. Die entsprechenden Zeilen in der Gewichtungsmatrix und Gewichtungsfaktoren in den Zeilen der anderen Spurenelemente, die die Beiträge dieser vier Kanäle gewichten, weisen somit niedrigere Intensitäten auf.
3 fasst die Schritte zusammen. Das Verfahren startet in einem Schritt S31 und in einem Schritt S32 wird ein Referenzdatensatz bestimmt, der für die Berechnung der Gewichtungsmatrix verwendet wird. Vorzugsweise wird der Referenzdatensatz derart aufgenommen, dass ein k-Raum-Teilbereich vollständig aufgenommen wird, um die Gewichtungskoeffizienten in der Gewichtungsmatrix zu bestimmen. Anschließend wird in einem Schritt 33 der erste Teilbereich des Gesichtsfelds bestimmt, in dem eine geringere Homogenität des Polarisationsfeldes und/oder der Magnetfeldgradienten vorliegt, im Beispiel von 2 die Bereiche 26a und 26b. In einem Schritt S34 werden die Empfangskanäle bestimmt, die in diesem ersten Teilbereich 26a und 26b eine erhöhte Signalintensität bzw. eine erhöhte Spulensensitivität aufweisen. In einem Schritt S35 wird anschließend die Gewichtung der bestimmten Empfangskanäle reduziert und die lokale Gewichtungsmatrix wird berechnet für die parallele Bildgebung mit der reduzierten Gewichtung der Empfangskanäle in den Inhomogenitätsbereich. Anschließend kann in Schritt S36 die Gewichtungsmatrix für die parallele Bildgebung berechnet werden. In einem nicht gezeigten Schritt kann dann anschließend die so berechnete Gewichtungsmatrix angewendet werden bei der Bildrekonstruktion von Rohdaten, die mit der parallelen Bildgebung aufgenommen wurden. Die Bildgebungssequenz bei der parallelen Bildgebung kann beispielsweise eine Spinecho basierte Sequenz sein. Das Verfahren endet im Schritt S37.
Die oben beschriebene Erfindung ermöglicht es, Artefakte, die bei der Rekonstruktion von MR-Bildern bei der parallelen Bildgebung auftreten zu reduzieren oder zu minimieren.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Gewichtungsmatrix (50), die bei der Erstellung von MR-Bildern eines Aufnahmevolumens eines Untersuchungsobjekts (12) mit paralleler Bildgebung in einer MR-Anlage mit mehreren Empfangskanälen (5-8) verwendet wird, mit den folgenden Schritten: - Bestimmen eines Referenzdatensatzes des Untersuchungsobjekts, bei dem zumindest ein Teilabschnitt des zugehörigen Rohdatenraums vollständig mit Rohdaten gefüllt ist, - Bestimmen eines ersten Teilbereichs (26a, 26b) im Aufnahmevolumen, in dem zumindest eine Komponente der MR-Anlage eine geringere Homogenität aufweist als in einem zweiten Teilbereich (25) des Aufnahmevolumens, - Bestimmen von zumindest einem ersten Empfangskanal unter den mehreren Empfangskanälen (5-8), der in dem ersten Teilbereich des Aufnahmevolumens eine höhere Signalintensität liefert als andere Empfangskanäle der mehreren Empfangskanäle (5-8) , - Berechnen der Gewichtungsmatrix (50), mit der bei der parallelen Bildgebung nicht aufgenommene Rohdatenpunkte anhand des Referenzdatensatzes bestimmt werden, wobei bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix der zumindest eine erste Empfangskanal geringer gewichtet wird als die anderen Empfangskanäle.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zumindest einen ersten Empfangskanal eine Rohdatenintensität gegenüber der Rohdatenintensität der anderen Empfangskanäle um zumindest einen Faktor 1,2 verringert wird und die Gewichtungsmatrix (50) mit der verringerten Rohdatenintensität in dem zumindest einen ersten Empfangskanal berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu der verringerte Rohdatenintensität ein künstliches Rauschen hinzugefügt wird bevor die Gewichtungsmatrix (50) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zumindest einen ersten Empfangskanal eine Rohdatenintensität mit einem Glättungsfilter gefiltert wird bevor die Gewichtungsmatrix (50) mit der gefilterten Rohdatenintensität berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohdatenintensität in dem zumindest einen ersten Empfangskanal durch künstliches Rauschen ersetzt wird und die Gewichtungsmatrix (50) mit dem künstlichen Rauschen in dem zumindest einen ersten Empfangskanal berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Empfangskanal identifiziert wird basierend auf Identifizierungsdaten (41) des Aufnahmevolumens.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierungsdaten auf der Grundlage von zumindest einer der folgenden Daten bestimmt werden: Spulensensitivitätsdaten (41) der mehreren Empfangsspulen (5-8), MR-Rohdatenintensitäten eines vollständig aufgenommenen MR-Rohdatensatzes, der eine geringere Auflösung aufweist, als die MR-Bilder, die mit der parallelen Bildgebung und der Gewichtungsmatrix berechnet werden, identifizierte Bereiche aus einem vorherigen Messschritt oder einer zurückliegenden Untersuchung, Berechnungen oder Simulationen auf Basis von Vorwissen über das untersuchte Objekt und die physikalischen Eigenschaften des MR-Systems.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Phasenkodierrichtung bei der parallelen Bildgebung derart gewählt wird, dass der erste Teilbereich (26a, 26b) des Aufnahmevolumens weiter von einem Isozentrum eines Magneten der MR-Anlage entfernt ist, als der zweite Teilbereich (25), wobei sich der erste Teilbereich in Phasenkodierrichtung an den zweiten Teilbereich anschließt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Bilder des Untersuchungsobjekts unter Verwendung von der berechneten Gewichtungsmatrix (50) berechnet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (26a, 26b) im Aufnahmevolumen derart bestimmt wird, dass dort eine Beziehung zwischen dem physikalischen Ort in der MR-Anlage zur Lamorfrequenz der Spins jeweils um mehr als 10% von einem Sollwert abweicht.
MR-Anlage mit mehreren Empfangskanälen, die ausgebildet ist, MR-Bilder eines Untersuchungsobjekts zu erstellen und eine Gewichtungsmatrix zu erzeugen, die bei der Erstellung der MR-Bilder eines Aufnahmevolumens eines Untersuchungsobjekts mit paralleler Bildgebung verwendet wird, wobei die MR-Anlage eine Steuereinheit (13) und eine Speichereinheit (16) aufweist, wobei die Speichereinheit (16) von der Steuereinheit ausführbare Steuerinformationen speichert, wobei die MR-Anlage ausgebildet ist bei Ausführung der Steuerinformationen in der Steuereinheit folgende Schritte auszuführen: - Bestimmen eines Referenzdatensatzes des Untersuchungsobjekts, bei dem zumindest ein Teilbereich des zugehörigen Rohdatenraums vollständig mit Rohdaten gefüllt ist, - Bestimmen eines ersten Teilbereichs (26a, 26b) im Aufnahmevolumen, in dem zumindest eine Komponente der MR-Anlage eine geringere Homogenität aufweist als in einem zweiten Teilbereich (25) des Aufnahmevolumens, - Bestimmen von zumindest einem ersten Empfangskanal unter den mehreren Empfangskanälen (5-8), der in dem ersten Teilbereich des Aufnahmevolumens eine höhere Signalintensität aufweist als andere Empfangskanäle der mehreren Empfangskanäle, - Berechnen der Gewichtungsmatrix, mit der bei der parallelen Bildgebung nicht aufgenommene Rohdatenpunkte anhand des Referenzdatensatzes bestimmt werden, wobei bei der Berechnung der Gewichtungsmatrix der zumindest eine erste Empfangskanal geringer gewichtet wird als die anderen Empfangskanäle.
MR-Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Anlage ausgebildet ist bei Ausführung der Steuerinformationen in der Steuereinheit ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches Programmmittel umfasst und direkt in eine Speichereinheit einer programmierbaren Steuereinheit einer MR-Anlage ladbar ist, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10 auszuführen, wenn die Programmmittel in der Steuereinrichtung ausgeführt werden.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinheit einer MR-Anlage das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10 durchführen.