DE102017219682A1

DE102017219682A1 - Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes

Info

Publication number: DE102017219682A1
Application number: DE102017219682.3A
Authority: DE
Inventors: Mario Zeller
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-05-09
Also published as: US10782377B2; US20190137591A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes umfassend zumindest zwei Aufnahmen, bei welchen zumindest zwei Aufnahmen Rohdaten an Rohdatenpunkten eines Rohdatenraumes gewichtet mit einem ersten b-Wert erfasst werden, wobei
- der Rohdatenraum einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst und der erste Teilbereich mehr als die Hälfte der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes umfasst,
- bei den zumindest zwei Aufnahmen der erste Teilbereich jeweils vollständig abgetastet wird und der zweite Teilbereich verschiedenartig unterabgetastet erfasst wird,
- die Rohdaten kombiniert und
- zu Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert rekonstruiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Magnetresonanzgerät, ein Computerprogrammprodukt sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten.
In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse, beispielsweise Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale (MR-Signale), abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Der darzustellende Bereich des Untersuchungsobjektes ist der Untersuchungsbereich.
Für eine bestimmte Messung ist daher eine bestimmte Magnetresonanz-Steuerungssequenz (MR-Steuerungssequenz), auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenz-Pulsen, beispielsweise Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Gradientenachsen entlang verschiedener Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu werden Auslesefenster gesetzt, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten MR-Signale erfasst werden.
Der Datenraum, in dem die MR-Signale vorliegen, wird als Rohdatenraum bezeichnet. Die MR-Signale werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte an Rohdatenpunkten des Rohdatenraumes als Rohdaten abgelegt. Aus den Rohdaten können beispielsweise mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation zugehörige Bilddaten rekonstruiert werden. Die Belegung des Rohdatenraumes mit komplexen Zahlenwerten, also die Verteilung und/oder Anordnung der Rohdatenpunkte im Rohdatenraum, beeinflusst die Bilddaten. Für eine korrekte Widergabe der Anatomie des Untersuchungsobjektes bestimmt sich die Verteilung und/oder Anordnung der Rohdatenpunkte im Rohdatenraum durch das Nyquist-Kriterium abhängig von der Größe des Untersuchungsbereiches und der Auflösung der Bilddaten. Die Rohdatenpunkte sind im Rohdatenraum derart angeordnet, dass das Nyquist-Kriterium erfüllt ist, sofern Bilddaten basierend auf allen Rohdatenpunkten rekonstruiert werden.
Das Erfassen der MR-Signale, insbesondere das Abtasten des Rohdatenraumes, ist zeitaufwändig. Um die Dauer für eine Untersuchung hinsichtlich Kosteneffizienz, Patientenkomfort und Bewegungsartefakte möglichst gering zu halten, werden MR-Signale häufig nur an einem Teil der durch das Nyquist-Kriterium bestimmten Rohdatenpunkte im Rohdatenraum erfasst. Dabei wird der Rohdatenraum unterabgetastet. Im Rahmen der Unterabtastung nicht belegte, insbesondere nicht abgetastete Rohdatenpunkte können beispielsweise durch Ausnutzung von Sensitivitäten mehrerer Empfangsspulen im Rahmen der parallelen Bildgebung belegt werden. Bei der „partial Fourier“-Methode ist es ausreichend, etwas mehr als eine räumliche Hälfte der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes abzutasten und die nicht abgetasteten Rohdatenpunkte aufgrund von Symmetrieeigenschaften zu belegen. Bei der parallelen Bildgebung und bei der „partial Fourier“-Methode können demnach nicht abgetastete Rohdatenpunkte nachträglich aufgrund weiterer Erkenntnisse belegt werden, sodass das Nyquist-Kriterium bei der Rekonstruktion erfüllt ist. Nachteile derartiger Techniken liegen in Ring-Artefakten und Signalauslöschungen. Eine weitere Möglichkeit zur Reduktion der aufzunehmenden MR-Signale besteht in einer Reduktion der Auflösung der Bilddaten. Gemäß dem Nyquist-Kriterium erfordert dies eine geringere Anzahl an Rohdatenpunkten. Eine niedrigere Auflösung der Bilddaten ist jedoch in der Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) typischerweise nicht erwünscht.
In der diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildgebung, der Diffusions-Bildgebung, kann die Diffusionsbewegung von bestimmten Stoffen im Körpergewebe gemessen und räumlich aufgelöst dargestellt werden. Die Diffusions-Bildgebung hat sich im klinischen Alltag insbesondere bei neurologischen Fragestellungen etabliert. Zusätzlich wird die Diffusions-Bildgebung auch in zunehmendem Maße im Umfeld der onkologischen, kardiologischen und muskuloskelettalen Erkrankungen eingesetzt.
In der diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildgebung werden zunächst diffusionsgewichtete Rohdaten akquiriert. Die Stärke der Diffusionswichtung wird durch den sogenannten Diffusionsgewichtungsfaktor, auch als b-Wert bezeichnet, definiert. Im Rahmen der diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildgebung werden Rohdaten des Untersuchungsbereiches typischerweise mit verschiedenen Diffusionsgewichtungsfaktoren, also b-Werten, aufgenommen. Aus den unterschiedlich stark diffusionsgewichteten Rohdaten können jeweils Bilddaten des Untersuchungsbereiches gewichtet mit den entsprechenden b-Werten rekonstruiert werden. Basierend auf unterschiedlich stark diffusionsgewichteten Bilddaten kann beispielsweise eine Parameterkarte bestimmt werden, welche einen freien Diffusionsprozess mit einem scheinbaren Diffusionskoeffizienten (ADC = apparent diffusion coefficient) darstellt.
Die Aufnahme von diffusionsgewichtete Rohdaten erfolgt typischerweise basierend auf einer echoplanaren MR-Steuerungssequenz. Bei echoplanaren MR-Steuerungssequenzen kann ein Signalverlust durch eine kurze Echozeit, insbesondere durch ein schnelles Abtasten des Rohdatenraumes verhindert werden. Folglich liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besonders effizientes Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes umfasst zumindest zwei Aufnahmen, bei welchen zumindest zwei Aufnahmen Rohdaten an Rohdatenpunkten eines Rohdatenraumes gewichtet mit einem ersten b-Wert erfasst werden, wobei

- der Rohdatenraum einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst und der erste Teilbereich mehr als die Hälfte der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes umfasst,
- bei den zumindest zwei Aufnahmen der erste Teilbereich jeweils vollständig abgetastet wird und der zweite Teilbereich verschiedenartig unterabgetastet erfasst wird,
- die Rohdaten kombiniert und
- zu Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert rekonstruiert werden.

Es wurde erkannt, dass die Echozeit in der echoplanaren MR-Bildgebung durch eine Reduktion der aufzunehmenden Rohdaten reduziert werden kann. Bekannte Aufnahmetechniken mit Unterabtastung, wie beispielsweise parallele Bildgebung oder die „partial Fourier“-Methode, ermöglichen eine Rekonstruktion von Bilddaten basierend auf einem unterabgetasteten Rohdatenraum. Zusätzlich wurde erkannt, dass in der diffusionsgewichteten MR-Bildgebung, also bei Aufnahme von diffusionsgewichteten Rohdaten, insbesondere bei Verwendung echoplanarer MR-Steuerungssequenzen, im Rahmen einer MR-Steuerungssequenz Rohdaten mit gleichem b-Wert wiederholt aufgenommen werden. Werden beispielsweise Rohdaten mit gleichem b-Wert drei Mal aufgenommen, so können drei Bilddaten des gleichen Untersuchungsbereiches gewichtet mit dem gleichen b-Wert rekonstruiert werden und die drei Bilddaten gemittelt werden. Die gemittelten Bilddaten weisen typischerweise ein im Vergleich zu den nicht gemittelten, separaten Bilddaten ein verbessertes Signal-zu-Rauschen Verhältnis auf. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf wiederholten Aufnahmen mit verschiedenen Abtastmustern zur Unterabtastung des Rohdatenraumes. Dabei umfasst das Verfahren zumindest zwei Aufnahmen mit vorzugsweise voneinander verschiedenen Abtastmustern. Die zumindest zwei Aufnahmen werden vorzugsweise von einer MR-Steuerungssequenz umfasst.
Ein Abtastmuster gibt die im Rahmen einer Aufnahme abzutastenden Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes an. Werden alle Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes im Rahmen einer Aufnahme abgetastet, so ist der Rohdatenraum vollständig abgetastet und das Nyquist-Kriterium ist erfüllt. In diesem Fall kann die Rekonstruktion basierend auf einer Fourier-Transformation erfolgen. Weitere Techniken wie beispielsweise parallele Bildgebung oder die „partial-Fourier“-Methode zum Auffüllen nicht abgetasteter Rohdatenpunkte sind in diesem Fall typischerweise nicht erforderlich. Wird nur ein Teil der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes im Rahmen einer Aufnahme abgetastet, so wird der Rohdatenraum unterabgetastet.
Der Rohdatenraum ist erfindungsgemäß in einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich untergliedert. Der erste Teilbereich und/oder der zweite Teilbereich umfassen vorzugsweise eine erste Teilmenge und/oder eine zweite Teilmenge der vom Rohdatenraum umfassten Rohdatenpunkte. Die Vereinigungsmenge der vom ersten Teilbereich und vom zweiten Teilbereich umfassten Rohdatenpunkte entspricht vorzugsweise der Menge der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes. Der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich sind vorzugsweise disjunkt. Der erste Teilbereich ist vorzugsweise ein zusammenhängender Bereich an Rohdatenpunkten. Der zweite Teilbereich ist vorzugsweise ein zusammenhängender Bereich an Rohdatenpunkten. Ein zusammenhängender Bereich an Rohdatenpunkten umfasst typischerweise jeweils benachbarte Rohdatenpunkte. Das erste Abtastmuster unterscheidet sich typischerweise an zumindest einem Rohdatenpunkt vom zweiten Abtastmuster.
Ein erstes Abtastmuster einer ersten der zumindest zwei Aufnahmen unterscheidet sich vorzugsweise von einem zweiten Abtastmuster einer zweiten der zumindest zwei Aufnahmen. Das erste Abtastmuster unterscheidet sich vom zweiten Abtastmuster typischerweise im zweiten Teilbereich.
Die Kombination der Rohdaten erfolgt typischerweise im Rohdatenraum. Dabei werden vorzugsweise die im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen belegten Rohdatenpunkte konsolidiert. Die Kombination kann eine Überlagerung und/oder eine Mittelwertbildung der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten umfassen. Die Kombination der Rohdaten umfasst vorzugsweise eine Mittelwertbildung der erfassten Rohdaten des ersten Teilbereiches und eine Konsolidierung der erfassten Rohdaten des zweiten Teilbereiches. Vorzugsweise werden die erfassten Rohdaten der Rohdatenpunkte, die von mehr als einer der zumindest zwei Aufnahmen erfasst wurden, gemittelt. Vorzugsweise werden Rohdatenpunkte des ersten Teilbereiches gemittelt. Vorzugsweise werden Rohdaten an Rohdatenpunkten, die von genau einer der zumindest zwei Aufnahmen erfasst wurden, bei der Konsolidierung und/oder Kombination als Rohdaten und/oder als komplexe Werte als solches aufgenommen. Nach der Kombination der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten ist der erste Teilbereich des Rohdatenraumes vorzugsweise vollständig belegt. Der zweite Teilbereich des Rohdatenraumes ist vorzugsweise zumindest teilweise belegt. Die Belegung des zweiten Teilbereiches nach der Kombination bei nicht vollständiger konsolidierter Abtastung des zweiten Teilbereiches entspricht vorzugsweise einem Abtastmuster, das eine Rekonstruktion mittels eines Algorithmus zur parallelen Rekonstruktion ermöglicht.
Die Rekonstruktion kann basierend auf den kombinierten Rohdaten beispielsweise als Fourier-Transformation erfolgen. Die Verwendung bestimmter Rekonstruktionsalgorithmen, wie beispielsweise Algorithmen zu parallelen Rekonstruktion, können erforderlich sein, insbesondere, wenn nach Kombination der Rohdaten der Rohdatenraum nicht vollständig belegt ist. Anhand eines Algorithmus zur parallelen Rekonstruktion können beispielsweise nicht belegte Rohdatenpunkte in der Rekonstruktion berücksichtigt werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass diffusionsgewichtete Bilddaten besonders effizient erzeugt werden können. Die bei der echoplanaren Bildgebung typischerweise erforderliche Wiederholung und Mittelwertbildung von mehreren Aufnahmen mit gleichem b-Wert wird dazu verwendet, den Rohdatenraum möglichst vollständig abzutasten. Dabei verlängert sich die Dauer der zumindest zwei Aufnahmen, vorzugsweise die Dauer der gesamten MR-Steuerungssequenz, im Vergleich zu herkömmlichen wiederholten Aufnahmen nicht. Im Vergleich zu herkömmlichen wiederholten Aufnahmen ist nach der Kombination typischerweise ein größerer Teil des Rohdatenraumes belegt. Dies erhöht die Effizienz der MR-Steuerungssequenz und/oder der Aufnahmen. Einerseits kann das Signal-zu-Rauschen Verhältnis in den Bilddaten erhöht werden. Andererseits kann der Einsatz von Algorithmen zur Kompensation von unterabgetasteten Rohdaten, wie beispielsweise Algorithmen zur „partial Fourier“-Methode reduziert und/oder vermieden werden. Dadurch können Artefakte aufgrund der „partial Fourier“-Methode und/oder der parallelen Bildgebung, wie beispielsweise Ring-Artefakte und Signalauslöschungen, reduziert und/oder eliminiert werden. Zusätzlich kann die Aufnahme gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders zeiteffizient erfolgen.
Das effiziente Abtasten des Rohdatenraumes ermöglicht besonders kurze Echozeiten, was in der echoplanaren MR-Bildgebung Signalauslöschungen und/oder den T2-Verfall und/oder den T2*-Verfall reduziert. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, eine geringere Leistung einer Gradientenspuleneinheit eines Magnetresonanzgerätes zu kompensieren, indem beispielsweise eine aufgrund der geringeren Leistung der Gradientenspuleneinheit längere Echozeit in der echoplanaren MR-Bildgebung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die ursprüngliche Dauer verkürzt werden kann.
Als Alternative zum erfindungsgemäßen Verfahren kann bei zumindest einer Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen der erste Teilbereich auch unterabgetastet erfasst werden. Der Grad der Unterabtastung des ersten Teilbereiches kann dabei vom Grad der Unterabtastung des zweiten Teilbereiches bei einem ersten und/oder zweiten Abtastmuster der zumindest zwei Aufnahmen voneinander verschieden sein. Der Grad der Unterabtastung des ersten Teilbereiches ist vorzugsweise geringer als der Grad der Unterabtastung des zweiten Teilbereiches bei einem ersten und/oder zweiten Abtastmuster der zumindest zwei Aufnahmen. Auch kann ein zweites Abtastmuster der zumindest zwei Aufnahmen derart ausgestaltet sein, dass der erste Teilbereich unterabgetastet erfasst wird. Der Grad der Unterabtastung des ersten Teilbereiches kann sich beim ersten Abtastmuster und beim zweiten Abtastmuster voneinander unterscheiden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die zumindest zwei Aufnahmen derart ausgestaltet sind, dass der Rohdatenraum im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen vollständig abgetastet wird und/oder die anhand der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten das Nyquist-Kriterium erfüllen. Anhand der zumindest zwei Aufnahmen werden Rohdaten an allen Rohdatenpunkten des Rohdatenraumes erfasst. Dadurch kann die Rekonstruktion zu diffusionsgewichteten Bilddaten basierend auf den kombinierten Rohdaten beispielsweise anhand einer Fourier-Transformation erfolgen. Es kann auf komplexe Algorithmen zur Berücksichtigung nicht belegter Rohdatenpunkte verzichtet werden. Dadurch können ohne Reduktion des Signal-zu-Rauschen Verhältnisses aus den komplexen Algorithmen resultierende Artefakte vermieden werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Unterabtastung des zweiten Teilbereiches für die zumindest zwei Aufnahmen jeweils voneinander verschieden ist. Das erste Abtastmuster unterscheidet sich typischerweise an zumindest einem Rohdatenpunkt vom zweiten Abtastmuster, wobei dieser zumindest eine Rohdatenpunkt typischerweise vom zweiten Teilbereich umfasst wird. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine vollständige Aufnahme des Rohdatenraumes gemäß den zumindest zwei Aufnahmen möglich. Dadurch können diffusionsgewichtete Bilddaten besonders effizient erzeugt werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass der Grad der Unterabtastung der Anzahl der zumindest zwei Aufnahmen entspricht. Der Grad der Unterabtastung bezieht sich typischerweise auf die Unterabtastung des zweiten Teilbereiches. Insbesondere bei der parallelen Bildgebung gibt der Grad der Unterabtastung die Dichte der abgetasteten Zeilen des Rohdatenraumes an. So wird beispielsweise bei einer Unterabtastung von Grad vier jede vierte Zeile des Rohdatenraumes abgetastet. Sieht die entsprechende MR-Steuerungssequenz für diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vier Aufnahmen, also vier voneinander verschiedene Abtastmuster, vor, so kann jedes Abtastmuster Rohdaten einer anderen Zeile des Rohdatenraumes umfassen. Zusammengefasst wird gemäß dieser Ausführungsform der zweite Teilbereich unter Berücksichtigung der zumindest zwei Aufnahmen vollständig abgetastet. Dadurch kann auf komplexe Algorithmen zur Berücksichtigung nicht belegter Rohdatenpunkte verzichtet werden. Dadurch können ohne Reduktion des Signal-zu-Rauschen Verhältnisses aus den komplexen Algorithmen resultierende Artefakte vermieden werden. Zudem können gemäß dieser Ausführungsform die Rohdaten einer der zumindest zwei Aufnahmen derart ausgestaltet sein, dass diese beispielsweise mit einem Rekonstruktionsalgorithmus der parallelen Bildgebung zu Bilddaten, insbesondere zu vorläufigen Bilddaten, rekonstruierbar sind. Ebenso können die Rohdaten einer Aufnahme derart ausgestaltet sein, dass basierend auf diesen eine Phasenkarte in Auflösung der Bilddaten bestimmbar ist.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass der erste Teilbereich einen Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes umfasst. Das Zentrum des Rohdatenraumes ist typischerweise durch den Wert k=0 bestimmt. Ein Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes kann beispielsweise zwischen 3 und 30, bevorzugt zwischen 5 und 20, besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 benachbarte Geraden umfassend jeweils Rohdatenpunkte einer Zeile des Rohdatenraumes umfassen. Diese benachbarten Geraden umfassen vorzugsweise das Zentrum des Rohdatenraumes und/oder schließen es mittig ein. Rohdaten im Zentrum und im Bereich um das Zentrum sind typischerweise essentiell für den Kontrast der aus den Rohdaten zu rekonstruierenden Bilddaten. Das Zentrum und/oder der Bereich um das Zentrum sind demnach essentiell für die Bilddaten. Ebenso erfolgt bei unterabgetasteten Rohdaten eine Kalibrierung für die Kombination und/oder Rekonstruktion typischerweise basierend auf Rohdaten im Zentrum und/oder im Bereich um das Zentrum. Dies gilt beispielsweise für eine GRAPPA-Kalibrierung. Die Kalibrierung ist essentiell für die Qualität der resultierenden Bilddaten. Ebenso können Rohdaten im Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes zur Phasenkorrektur, insbesondere zur intrinsischen Phasenkorrektur, verwendet werden. Folglich können im Bereich um das Zentrum vollständig abgetastete Rohdaten für verschiedene qualitätsverbessernde Maßnahmen verwendet werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die erste Aufnahme und/oder die zweite Aufnahme kartesisch erfolgt. Der Vorteil von kartesisch aufgenommenen Rohdaten liegt darin, dass die Rohdaten kartesisch rekonstruiert werden können. Zudem sind geometrische Verzerrungen bei kartesischen Aufnahmen typischerweise gering und/oder gut korrigierbar. Nichtlineares Abtasten des Rohdatenraumes kann nicht-lineare Verzerrungen in den Bilddaten bewirken, welche schwierig korrigierbar sind.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren zumindest eine weitere Aufnahme weiterer Rohdaten mit einem zweiten b-Wert umfasst, wobei die weiteren Rohdaten zu Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert rekonstruiert werden und basierend auf den Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert und den Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert eine Diffusion bestimmt wird.
Zur Quantifizierung eines freien Diffusionsprozesses wird typischerweise der scheinbare Diffusionskoeffizient (ADC) bestimmt, der in Form einer räumlich aufgelösten ADC-Karte angegeben wird. Eine Diffusion kann anhand einer ADC-Karte angegeben werden. Zur Bestimmung der ADC-Karte sind typischerweise mehrere mit unterschiedlichen b-Werten gewichtete Bilddaten erforderlich. Gemäß dieser Ausführungsform werden Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert erzeugt. Die Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert basieren vorzugsweise auf zumindest einer weiteren Aufnahme weiterer Rohdaten mit einem zweiten b-Wert. Die Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert werden vorzugsweise analog zu den Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert erzeugt und basieren vorzugsweise auf zumindest zwei Aufnahmen. Im Rahmen der weiteren Aufnahme wird der erste Teilbereich demnach vorzugsweise vollständig abgetastet und der zweite Teilbereich unterabgetastet erfasst. Der zweite b-Wert unterscheidet sich vorzugsweise vom ersten b-Wert.
Der Vorteil dieser Ausführungsform des Verfahrens liegt darin, dass es eine Bestimmung einer Diffusion ermöglicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei zur Erzeugung weiterer diffusionsgewichteter Bilddaten verwendet werden. Dadurch können die für die Bestimmung der Diffusion erforderlichen Bilddaten besonders effizient und/oder zeitsparend erzeugt werden, wodurch die Diffusion besonders effizient und/oder zeitsparend bestimmt werden kann.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren eine Phasenkorrektur der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten umfasst. In der Gradientenechobasierten, insbesondere in der echoplanaren MR-Bildgebung ist eine Korrektur der Phase essentiell. Eine räumliche Variation der Phase kann beispielsweise durch ein inhomogenes Hauptmagnetfeld und/oder durch eine Bewegung des Untersuchungsobjektes während eines Diffusionskodiergradienten zur Diffusionswichtung bewirkt werden. Insbesondere bei Kombination von Rohdaten verschiedener Aufnahme für die Rekonstruktion von Bilddaten ist eine Phasenkorrektur der einzelnen Aufnahmen vorteilhaft. Dies kann beispielsweise gemäß Chang et al., „Interleaved Diffusion-Weighted EPI Improved by Adaptive Partial-Fourier and Multiband Multiplexed Sensitivity-Encoding Reconstruction“, doi 10.1002/mrm.25318, MRM oder gemäß WO 2015 184 226 A1 erfolgen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Phasenkorrektur die folgenden Schritte umfasst:

- Bestimmung einer ersten Phasenkarte basierend auf von im Rahmen einer ersten Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten ersten Rohdaten,
- Bestimmung einer Phasendifferenz basierend auf der ersten Phasenkarte und einer Referenz-Phasenkarte,
- Kompensation der Phasendifferenz in den ersten Rohdaten.

Eine Phasenkarte gibt vorzugsweise räumlich aufgelöst eine Phase an. Die erste Phasenkarte gibt vorzugsweise räumlich aufgelöst die Phase, insbesondere die Bildphase, bei der ersten Aufnahme, also die Phase der ersten Rohdaten im Bildraum an. Rohdaten sind typischerweise komplexe Zahlenwerte. Werden Rohdaten in den Bildraum, typischerweise durch Fourier-Transformation, transformiert, so kann die Phase, insbesondere die Bildphase, anhand des Phasenwinkels der komplexen Bilddaten, also der komplexen Zahlenwerte im Bildraum, bestimmt werden. Die erste Phasenkarte kann demnach durch Fourier-Transformation der ersten Rohdaten bestimmt werden. Werden die ersten Rohdaten vollständig berücksichtigt, so ist typischerweise ein Algorithmus zur Kompensation der Unterabtastung des zweiten Teilbereiches erforderlich. Vorzugsweise wird nur eine Teilmenge der ersten Rohdaten berücksichtigt. Vorzugsweise werden die ersten Rohdaten im Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes bei der Bestimmung der ersten Phasenkarte berücksichtigt. Der Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes wird vorzugsweise vom ersten Teilbereich umfasst. Folglich werden die Rohdaten im Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes vorzugsweise bei allen Aufnahmen aufgenommen und es kann eine vergleichbare Phasenkarte für alle Aufnahmen erzeugt werden. Die erste Phasenkarte basierend auf dem Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes weist typischerweise eine geringere Auflösung auf als die Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert.
Die Referenz-Phasenkarte ist typischerweise eine Phasenkarte basierend auf Referenz-Rohdaten. Die Rohdatenpunkte der für die Referenz-Phasenkarte berücksichtigten Rohdaten entsprechen vorzugsweise den Rohdatenpunkten der für die erste Phasenkarte berücksichtigten Rohdaten. Die Rohdatenpunkte der für die Referenz-Phasenkarte berücksichtigten Rohdaten entsprechen vorzugsweise dem Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes. Die Referenz-Phasenkarte und die erste Phasenkarte weisen vorzugsweise eine gleiche Auflösung auf. Die Referenz-Phasenkarte kann beispielsweise auf von im Rahmen einer zweiten Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten zweiten Rohdaten basieren. Die Referenz-Phasenkarte kann ein Mittelwert der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten und/oder der im Rahmen der MR-Steuerungssequenz erfassten Rohdaten sein. Die Referenz-Phasenkarte kann beispielsweise auf Rohdaten basieren, welche mit einem b-Wert gleich null gewichtet sind. Die Referenz-Phasenkarte ermöglicht eine intrinsische Phasenkorrektur.
Die Phasendifferenz kann durch Subtraktion der ersten Phasenkarte und der Referenz-Phasenkarte bestimmt werden. Die Phasendifferenz ist vorzugsweise räumlich aufgelöst. Die räumliche Auflösung der Phasendifferenz entspricht vorzugsweise der räumlichen Auflösung der Referenz-Phasenkarte und/oder der ersten Phasenkarte. Die Kompensation der Phasendifferenz umfasst vorzugsweise eine Eliminierung des Einflusses der Phasendifferenz auf die ersten Rohdaten. Vorzugsweise wird diese Ausführungsform des Verfahrens analog für weitere Rohdaten der zumindest zwei Aufnahmen mit erstem b-Wert und/oder für weitere Aufnahmen gewichtet mit einem zweiten b-Wert ausgeführt.
Diese Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht eine intrinsische Phasenkorrektur. Insbesondere kann die Phase aufgrund der Bestimmung einer Phasenkarte basierend auf den ersten Rohdaten, welche zur Erzeugung der Bilddaten verwendet werden, besonders genau bestimmt werden und die Phase besonders effizient korrigiert werden. Wird diese Ausführungsform des Verfahrens für jede der zumindest zwei Aufnahmen und vorzugsweise für jede Wichtung im Rahmen einer MR-Steuerungssequenz ausgeführt, so kann die Phase kontinuierlich überwacht und/oder bestimmt werden und folglich kontinuierlich korrigiert werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Kompensation der Phasendifferenz

- eine Rekonstruktion der ersten Rohdaten zu vorläufigen Bilddaten
- ein Entfernen der Phasendifferenz aus den vorläufigen Bilddaten
- und eine Rücktransformation der vorläufigen Bilddaten mit entfernter Phasendifferenz in den Rohdatenraum umfasst.

Die Kompensation der Phasendifferenz in den ersten Rohdaten erfolgt vorzugsweise im Bildraum, in welchem auch die Phasendifferenz vorzugsweise räumlich aufgelöst vorliegt. Hierfür werden die ersten Rohdaten vorzugsweise zu vorläufigen Bilddaten rekonstruiert, wobei typischerweise ein Algorithmus zur Kompensation der Unterabtastung des zweiten Teilbereiches erforderlich ist. Hierfür kann beispielsweise eine Methode zur parallelen Rekonstruktion oder die „partial Fourier“-Methode angewendet werden. Vorteilhaft wurde der zweite Teilbereich bei Aufnahme der ersten Rohdaten derart abgetastet, dass eine derartige Rekonstruktion zu vorläufigen Bilddaten trotz deren Unterabtastung möglich ist.
Die vorläufigen Bilddaten umfassen vorzugsweise Phaseninformationen, insbesondere den Imaginärteil der transformierten komplexen Zahlenwerte. Die Phasendifferenz kann dann von den vorläufigen Bilddaten subtrahiert werden. Da die Kombination der Rohdaten vorzugsweise im Rohdatenraum erfolgt umfasst die Kompensation vorzugsweise eine Rücktransformationen in den Rohdatenraum. Die im zweiten Teilbereich im Rahmen der Unterabtastung der ersten Aufnahme nicht abgetasteten Rohdatenpunkte werden vorzugsweise aus den phasenkorrigierten Rohdaten im Rohdatenraum eliminiert.
Vorzugsweise wird diese Ausführungsform des Verfahrens analog für weitere Rohdaten der zumindest zwei Aufnahmen mit erstem b-Wert und/oder für weitere Aufnahmen gewichtet mit einem zweiten b-Wert ausgeführt. Abweichungen der Phase in den Rohdaten können gemäß dieser Ausführungsform besonders genau eliminiert werden.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Verfahren eine geometrische Verzerrungskorrektur umfasst. Insbesondere Abweichungen der Homogenität des Hauptmagnetfeldes im Untersuchungsbereich können eine geometrische Verzerrung erzeugen. Zeller et al., „Phase-Labeled Reference EPI for Frequency-Segmented Inhomogeneity Corrections (PREFICS)“, doi 10.1002/mrm.24737, MRM, beschreibt beispielsweise eine Methode zur geometrischen Verzerrungskorrektur.
Die geometrische Verzerrungskorrektur kann beispielsweise auf die mit einer Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten angewendet werden. Es ist auch möglich, dass die mit einer ersten Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten zunächst zu ersten Bilddaten rekonstruiert werden und die geometrische Verzerrungskorrektur auf die ersten Bilddaten angewendet werden. Analog können die mit einer zweiten Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten zunächst zu zweiten Bilddaten rekonstruiert werden und die geometrische Verzerrungskorrektur auf die zweiten Bilddaten angewendet werden. Die verzerrungskorrigierten ersten Bilddaten und/oder die zweiten Bilddaten können dann vor der Kombination gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in den Rohdatenraum transformiert werden. Die geometrische Verzerrungskorrektur kann demnach gut mit der Phasenkorrektur kombiniert werden. Ebenso kann die geometrische Verzerrungskorrektur auch auf die Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert angewendet werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Abtastmuster der zumindest zwei Aufnahmen nur gering voneinander abweicht.
Diese Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht eine effiziente Korrektur von geometrischen Verzerrungen, die insbesondere bei nichtlinearen Abtastmustern, insbesondere bei nichtkartesischen Abtastmustern und/oder bei Feldstärken von zumindest 1,5 Tesla, insbesondere bei Feldstärken von zumindest 3 Tesla, auftreten.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Steuerungseinheit umfassend eine Abtasteinheit, eine Kombinationseinheit und eine Rekonstruktionseinheit. Die Steuerungseinheit ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes auszuführen.
Dafür weist die Steuerungseinheit und/oder die Abtasteinheit und/oder die Kombinationseinheit und/oder die Rekonstruktionseinheit typischerweise zumindest einen Eingang, eine Prozessoreinheit und einen Ausgang auf. Über den Eingang können der Steuerungseinheit und/oder der Abtasteinheit eine MR-Steuerungssequenz und/oder ein Abtastmuster und/oder Informationen bezüglich des Rohdatenraumes und/oder des ersten und/oder zweiten Teilbereiches und/oder Parameter bereitgestellt werden. Über einen Eingang können der Steuerungseinheit und/oder der Kombinationseinheit ein Algorithmus und/oder Parameter zur Kombination und/oder Phasenkorrektur und/oder erfasste Rohdaten bereitgestellt werden. Über einen Eingang können der Steuerungseinheit und/oder der Rekonstruktionseinheit ein Rekonstruktionsalgorithmus bereitgestellt werden.
Weitere, im Verfahren benötigte Funktionen, Algorithmen oder Parameter können der Steuerungseinheit über den Eingang bereitgestellt werden. Ein Abtastmuster und/oder aufgenommene Rohdaten und/oder kombinierte Rohdaten und/oder Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert und/oder weitere Ergebnisse einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können über den Ausgang bereitgestellt werden. Die Steuerungseinheit und/oder die Abtasteinheit und/oder die Kombinationseinheit und/oder die Rekonstruktionseinheit sind typischerweise untereinander miteinander verbunden und können in das Magnetresonanzgerät integriert sein und/oder separat von dem Magnetresonanzgerät installiert sein und/oder mit dem Magnetresonanzgerät verbunden sein.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes sind analog zu den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät kann weitere Steuerungskomponenten aufweisen, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nötig und/oder vorteilhaft sind. Auch kann das Magnetresonanzgerät dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Vorzugsweise ist die Abtasteinheit und/oder die Kombinationseinheit und/oder die Rekonstruktionseinheit Teil der Steuerungseinheit des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts. Auf einer Speichereinheit der Steuerungseinheit können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer die Prozessoreinheit der Steuerungseinheit einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ist direkt in einer Speichereinheit einer programmierbaren Steuerungseinheit ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerungseinheit ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Steuerungseinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Steuerungseinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem elektronisch lesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Steuerungseinheit geladen werden kann, der mit dem Magnetresonanzgerät direkt verbunden oder als Teil des Magnetresonanzgeräts ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuerungseinheit eines Magnetresonanzgeräts ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronisch lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerungseinheit und/oder Abtasteinheit und/oder Kombinationseinheit und/oder Rekonstruktionseinheit eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem elektronisch lesbaren Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das zu einer Ausführung eines Verfahrens zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes, vorgesehen ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträgers entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen.
Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer schematischen Darstellung,
2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Ausführungsform eines ersten Abtastmusters,
4 eine Ausführungsform eines zweiten Abtastmusters,
5 eine Ausführungsform eines dritten Abtastmusters,
6 eine Ausführungsform einer Kombination der Abtastmuster,
7 eine Ausführungsform von Bilddaten, und
8 Ablaufdiagramm einer Ausführungsform einer Phasenkorrektur.

1 zeigt ein Magnetresonanzgerät 11 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Patienten 15 auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Patiententisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 11 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Hochfrequenz-Pulse in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein.
Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Steuerungseinheit 24 auf. Die Steuerungseinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen von MR-Steuerungssequenzen. Das Magnetresonanzgerät 11 weist eine Anzeigeeinheit 25 auf. Steuerinformationen wie beispielsweise Steuerungsparameter, sowie rekonstruierte Bilddaten können auf der Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Steuerungsparameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Steuerungseinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
Die Steuerungseinheit 24 umfasst weiterhin eine Abtasteinheit 33, eine Kombinationseinheit 34 und eine Rekonstruktionseinheit 35. Die Abtasteinheit 33 ist dazu ausgebildet, Rohdaten an Rohdatenpunkten 43 eines Rohdatenraumes 40 aufzunehmen und/oder zu erfassen und/oder abzutasten. Die Kombinationseinheit 34 ist dazu ausgebildet, Rohdaten der zumindest zwei Aufnahmen zu kombinieren und/oder eine Phasenkorrektur von Rohdaten, insbesondere von den im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten, auszuführen. Die Rekonstruktionseinheit 35 ist zu einer Rekonstruktion Bilddaten aus Rohdaten, insbesondere zu einer Rekonstruktion von diffusionsgewichteten Bilddaten, ausgebildet. Zudem ist die Rekonstruktionseinheit 35 zur Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden, ausgebildet. Die Steuerungseinheit 24 kann auch eine nicht näher dargestellte Bestimmungseinheit zur Bestimmung einer Diffusion basierend auf Bilddaten gewichtet mit einem ersten b-Wert und Bilddaten gewichtet mit einem zweiten b-Wert umfassen.
Die Steuerungseinheit 24 ist mit der Abtasteinheit 33, der Kombinationseinheit 34 und der Rekonstruktionseinheit 35 zudem zu einer Ausführung eines Verfahrens zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten ausgelegt. Hierzu weist die Steuerungseinheit 24 und/oder die Abtasteinheit 33 und/oder die Kombinationseinheit 34 und/oder die Rekonstruktionseinheit 35 Computerprogramme und/oder Software auf, die direkt in einem nicht näher dargestellten Speichereinheit der Steuerungseinheit 24 ladbar sind, mit Programmmitteln, um ein Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten auszuführen, wenn die Computerprogramme und/oder Software in der Steuerungseinheit 24 ausgeführt werden. Die Steuerungseinheit 24 weist hierzu einen nicht näher dargestellten Prozessor auf, der zu einer Ausführung der Computerprogramme und/oder Software ausgelegt ist. Alternativ hierzu können die Computerprogramme und/oder Software auch auf einem getrennt von der Steuerungseinheit 24 und/oder Abtasteinheit 33 und/oder Kombinationseinheit 34 und/oder Rekonstruktionseinheit 35 ausgebildeten elektronisch lesbaren Datenträger 21 gespeichert sein, wobei ein Datenzugriff von der Steuerungseinheit 24 und/oder Abtasteinheit 33 und/oder Kombinationseinheit 34 und/oder Rekonstruktionseinheit 35 auf den elektronisch lesbaren Datenträger 21 über ein Datennetz erfolgen kann.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird. Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Steuerungseinheit 24, der Abtasteinheit 33, der Kombinationseinheit 34 und der Rekonstruktionseinheit 35 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
Ein Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, das das Verfahren auf die Steuerungseinheit 24 implementiert, wenn es auf der Steuerungseinheit 24 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 21 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 21 in einer Steuerungseinheit 24 eines Magnetresonanzgeräts 11 das beschriebene Verfahren durchführen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes 11 in Verfahrensschritt 100 zunächst Rohdaten an Rohdatenpunkten eines Rohdatenraumes gewichtet mit einem ersten b-Wert mit zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 erfasst. Bei den zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 wird der erste Teilbereich jeweils vollständig abgetastet und der zweite Teilbereich verschiedenartig unterabgetastet erfasst.
In Verfahrensschritt 300 werden die im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 erfassten Rohdaten kombiniert. Die Kombination in Verfahrensschritt 300 kann optional Verfahrensschritt 200, eine Phasenkorrektur der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 erfassten Rohdaten, umfassen. Die optionale Phasenkorrektur in Verfahrensschritt 200 erfolgt vorzugsweise für jede der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 separat. Die Rohdaten, vorzugsweise die gemäß Verfahrensschritt 200 phasenkorrigierten Rohdaten, werden in Verfahrensschritt 300 miteinander derart kombiniert, dass die kombinierten Rohdaten in Verfahrensschritt 400 zu Bilddaten 71 gewichtet mit dem ersten b-Wert rekonstruiert werden können.
Das Verfahren kann optional Verfahrensschritt 101 umfassen, welcher zumindest eine weitere Aufnahme 65, 66 weiterer Rohdaten mit einem zweiten b-Wert umfasst. Analog zu Verfahrensschritt 100 umfasst Verfahrensschritt 101 vorzugsweise zumindest zwei weitere Aufnahmen 65, 66 weiterer Rohdaten, bei welchen mit dem zweiten b-Wert der erste Teilbereich jeweils vollständig abgetastet und der zweite Teilbereich verschiedenartig unterabgetastet erfasst wird. Auch die weiteren Rohdaten können in Verfahrensschritt 301 kombiniert werden, wobei die Kombination optional Verfahrensschritt 201, eine Phasenkorrektur der Rohdaten, umfassen kann. Die kombinierten Rohdaten werden in Verfahrensschritt 401 zu Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert rekonstruiert. Basierend auf den Bilddaten 71 gewichtet mit dem ersten b-Wert resultierend aus Verfahrensschritt 400 und den Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert resultierend aus Verfahrensschritt 401 kann in Verfahrensschritt 500 eine Diffusion bestimmt werden. Optional kann die Phasenkorrektur in Verfahrensschritt 200 und/oder Verfahrensschritt 201 und/oder die Rekonstruktion in Verfahrensschritt 400 und/oder Verfahrensschritt 401 eine geometrische Verzerrungskorrektur umfassen.
3 zeigt eine Ausführungsform eines ersten Abtastmusters 51 des Rohdatenraumes 40 entsprechend einer ersten Aufnahme 61 der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 mit einem ersten b-Wert. Der Rohdatenraum 40 weist eine Vielzahl von kartesisch angeordneten Rohdatenpunkten 43 auf und der Rohdatenraum 40 ist in einen ersten Teilbereich 41 und in einen zweiten Teilbereich 42 unterteilt. Der erste Teilbereich 41 umfasst mehr als die Hälfte der Rohdatenpunkte 43 des Rohdatenraumes 40. Der erste Teilbereich 41 umfasst vorzugsweise einen Bereich 46 um das Zentrum 45 des Rohdatenraumes 40. Das dem Rohdatenraum 40 zugrundeliegende Koordinatensystem wird typischerweise in k-Koordinaten angegeben. Das erste Abtastmuster 51 visualisiert die im Rahmen der ersten Aufnahme 61 erfassten Rohdatenpunkte 43 kariert, wobei die vom ersten Abtastmuster 51 nicht erfassten Rohdatenpunkte 43 gestreift markiert sind.
4 zeigt eine Ausführungsform eines zweiten Abtastmusters 52 des Rohdatenraumes 40 entsprechend einer zweiten Aufnahme 62 der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 mit einem ersten b-Wert. 5 zeigt eine Ausführungsform eines dritten Abtastmusters 53 des Rohdatenraumes 40 entsprechend einer dritten Aufnahme 63 der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 mit einem ersten b-Wert. Die drei Abtastmuster 51, 52, 53 sind jeweils kartesisch, da insbesondere der Rohdatenraum 40 zeilenweise erfasst wird. Das erste Abtastmuster 51, das zweite Abtastmuster 52 und das dritte Abtastmuster 53 der 3 bis 5 ist im zweiten Teilbereich 42 jeweils voneinander verschieden. Der zweite Teilbereich 42 ist bei den Abtastmustern 51, 52, 53 jeweils unterabgetastet, wobei jeweils Rohdatenpunkte jeder dritten Zeile erfasst werden. Der Grad der Unterabtastung, also drei, entspricht demnach der Anzahl der Aufnahmen mit den drei Abtastmustern 51, 52, 53. Das erste Abtastmuster 51, das zweite Abtastmuster 52 und das dritte Abtastmuster 53 der 3 bis 5 ergänzen sich derart, dass die Abtastmuster 51, 52, 53 den Rohdatenraum 40 vollständig abtasten, also alle Rohdatenpunkte 43 erfassen. Die Kombination der gemäß den Abtastmustern 51, 52, 53 erfassten Rohdaten ist in 6 dargestellt. Die Rohdatenpunkte 43 des Rohdatenraumes 40 sind typischerweise derart gewählt, dass das das Nyquist-Kriterium erfüllt ist, sofern alle Rohdatenpunkte 43 erfasst werden. Die gemäß der Kombination der gemäß den Abtastmustern 51, 52, 53 erfassten Rohdaten entsprechen demnach dem Nyquist-Kriterium. Basierend auf gemäß den Abtastmustern 51, 52, 53 erfassten Rohdaten gewichtet mit dem ersten b-Wert können Bilddaten 71 gewichtet mit dem ersten b-Wert rekonstruiert werden, welche in 7 dargestellt sind. Die Bilddaten 71 liegen im Bildraum, nicht im Rohdatenraum 40 vor.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform einer Phasenkorrektur gemäß Verfahrensschritt 200. Dieser Verfahrensschritt 200 kann von Verfahrensschritt 300 umfasst werden. Dabei erfolgt vorzugsweise zunächst die Phasenkorrektur gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens, bevor phasenkorrigierte Rohdaten gemäß der Kombination in Verfahrensschritt 300 miteinander kombiniert werden.
Dabei erfolgt in Verfahrensschritt 210 die Bestimmung einer ersten Phasenkarte basierend auf von im Rahmen einer ersten Aufnahme 61 der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 erfassten ersten Rohdaten. Die ersten Rohdaten sind demnach mit dem ersten b-Wert gewichtet. Für die Bestimmung einer ersten Phasenkarte wird vorzugsweise nur eine erste Teilmenge der ersten Rohdaten berücksichtigt. Die erste Teilmenge entspricht typischerweise den Rohdatenpunkten 43 im Bereich 46 um das Zentrum 45 des Rohdatenraumes 40. Dies ermöglicht die Bestimmung einer Phasenkarte mit geringerer Auflösung als die in Verfahrensschritt 400 rekonstruierten Bilddaten 71 unabhängig von dem der ersten Aufnahme 61 zugrundeliegenden ersten Abtastmuster 51.
In Verfahrensschritt 700 erfolgt die Bestimmung und/oder Bereitstellung einer Referenz-Phasenkarte. Die Referenz-Phasenkarte kann einmalig für das Untersuchungsobjekt im Rahmen der Untersuchung bestimmt worden sein und/oder beispielsweise auf Referenz-Rohdaten basieren, welche Referenz-Rohdaten anhand einer der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 und/oder auf einer der weiteren Aufnahmen 65, 66 aufgenommen wurden. Vorzugsweise basiert die Referenz-Phasenkarte auf Referenz-Rohdaten, welche mit einem b-Wert gleich null gewichtet sind. Für die Bestimmung der Referenz-Phasenkarte wird vorzugsweise eine Teilmenge der Referenz-Rohdaten verwendet, welche der ersten Teilmenge der ersten Rohdaten, insbesondere den Rohdatenpunkten 43 im Bereich 46 um das Zentrum 45 des Rohdatenraumes 40, entspricht.
Verfahrensschritt 220 umfasst die Bestimmung einer Phasendifferenz zwischen der ersten Phasenkarte und der Referenz-Phasenkarte. In Verfahrensschritt 230 erfolgt die Kompensation der Phasendifferenz in den ersten Rohdaten. Dies kann beispielsweise anhand der Verfahrensschritte 231, 232, 233 und 234 erfolgen. Verfahrensschritt 231 umfasst die Rekonstruktion der ersten Rohdaten zu vorläufigen Bilddaten. Da die ersten Rohdaten typischerweise zumindest in dem zweiten Teilbereich unterabgetastet sind, werden für deren Rekonstruktion in Verfahrensschritt 231 vorzugsweise Techniken verwendet, die dazu ausgebildet sind, eine derartige Unterabtastung zu kompensieren. Beispielsweise kann in Verfahrensschritt 231 ein Rekonstruktionsalgorithmus der parallelen Bildgebung verwendet werden. Basierend auf der in Verfahrensschritt 220 bestimmten Phasendifferenz kann diese Phasendifferenz in den vorläufigen Bilddaten in Verfahrensschritt 232 eliminiert werden. Anschließend können in Verfahrensschritt 233 die vorläufigen Bilddaten mit entfernter Phasendifferenz in den Rohdatenraum rücktransformiert werden, wobei phasenkorrigierte Rohdaten erzeugt werden. Bei der Rücktransformation in den Rohdatenraum 40 werden typischerweise alle Rohdatenpunkte 43 des Rohdatenraumes 40 mit phasenkorrigierten Rohdaten befüllt. Die im zweiten Teilbereich 42 im Rahmen der Unterabtastung der ersten
Aufnahme 61 nicht abgetasteten Rohdatenpunkte 43 werden vorzugsweise in Verfahrensschritt 234 aus den phasenkorrigierten Rohdaten entfernt. Die derart phasenkorrigierten Rohdaten werden anschließend für Verfahrensschritt 300, die Kombination der Rohdaten, bereitgestellt. Die Kombination erfolgt vorzugsweise basierend auf den phasenkorrigierten Rohdaten, von welchen bestimmte Rohdatenpunkte gemäß Verfahrensschritt 234 entfernt wurden.
Die in 8 beschriebene Ausführungsform der Phasenkorrektur wird vorzugsweise für jede der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 und/oder weiteren Aufnahmen 65, 66 separat ausgeführt. Dabei wird vorzugsweise jeweils die gleiche Referenz-Phasenkarte verwendet. Insbesondere für jede der zumindest zwei Aufnahmen 61, 62, 63 und/oder weiteren Aufnahmen 65, 66 mit gleichem b-Wert wird vorzugsweise eine gleiche Referenz-Phasenkarte verwendet.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015184226 A1 [0027]

Claims

Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten mittels eines Magnetresonanzgerätes umfassend zumindest zwei Aufnahmen, bei welchen zumindest zwei Aufnahmen Rohdaten an Rohdatenpunkten eines Rohdatenraumes gewichtet mit einem ersten b-Wert erfasst werden, wobei - der Rohdatenraum einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich umfasst und der erste Teilbereich mehr als die Hälfte der Rohdatenpunkte des Rohdatenraumes umfasst, - bei den zumindest zwei Aufnahmen der erste Teilbereich jeweils vollständig abgetastet wird und der zweite Teilbereich verschiedenartig unterabgetastet erfasst wird, - die Rohdaten kombiniert und - zu Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert rekonstruiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Aufnahmen derart ausgestaltet sind, dass der Rohdatenraum im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen vollständig abgetastet wird und/oder die anhand der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten das Nyquist-Kriterium erfüllen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Unterabtastung des zweiten Teilbereiches für die zumindest zwei Aufnahmen jeweils voneinander verschieden ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Grad der Unterabtastung der Anzahl der zumindest zwei Aufnahmen entspricht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Teilbereich einen Bereich um das Zentrum des Rohdatenraumes umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Aufnahme und/oder die zweite Aufnahme kartesisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend zumindest eine weitere Aufnahme weiterer Rohdaten mit einem zweiten b-Wert, wobei die weiteren Rohdaten zu Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert rekonstruiert werden und basierend auf den Bilddaten gewichtet mit dem ersten b-Wert und den Bilddaten gewichtet mit dem zweiten b-Wert eine Diffusion bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine Phasenkorrektur der im Rahmen der zumindest zwei Aufnahmen erfassten Rohdaten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Phasenkorrektur die folgenden Schritte umfasst: - Bestimmung einer ersten Phasenkarte basierend auf von im Rahmen einer ersten Aufnahme der zumindest zwei Aufnahmen erfassten ersten Rohdaten, - Bestimmung einer Phasendifferenz basierend auf der ersten Phasenkarte und einer Referenz-Phasenkarte, - Kompensation der Phasendifferenz in den ersten Rohdaten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kompensation der Phasendifferenz - eine Rekonstruktion der ersten Rohdaten zu vorläufigen Bilddaten - ein Entfernen der Phasendifferenz aus den vorläufigen Bilddaten - und eine Rücktransformation der vorläufigen Bilddaten mit entfernter Phasendifferenz in den Rohdatenraum, wobei phasenkorrigierte Rohdaten erzeugt werden, umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend eine geometrische Verzerrungskorrektur.
Magnetresonanzgerät mit einer Steuerungseinheit umfassend eine Abtasteinheit, eine Kombinationseinheit und eine Rekonstruktionseinheit, die zu einer Ausführung eines Verfahrens zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Aufnahmeeinheit ladbar ist, mit Programmmitteln, um ein Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Aufnahmeeinheit ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger, auf dem ein Programm hinterlegt ist, das derart ausgestaltet ist, dass das Programm bei Verwendung des Datenträgers in einer Aufnahmeeinheit das Verfahren zur Erzeugung diffusionsgewichteter Bilddaten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführt.