DE102018209584A1 - Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren zur verbesserten Bestimmung von lokalen Parameterwerten eines Untersuchungsobjektes, bei dem mindestens zwei Signalvergleiche von erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien mit Vergleichssignalverläufen zur Bestimmung von Parameterwerten durchgeführt werden, wobei ein weiterer (nachfolgender) Signalvergleich Ergebnisse eines vorhergehenden Signalvergleichs berücksichtigt. Die dadurch mehrstufige Bestimmung von Parameterwerten erlaubt eine Erhöhung der räumlichen Auflösung und der Genauigkeit mit der die Parameterwerte bestimmt werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren zur verbesserten Bestimmung von lokalen Parameterwerten eines Untersuchungsobjektes.
  • Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B0-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert, die die Trajektorien festlegen, entlang derer die Messdaten im k-Raum ausgelesen werden. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar. Eine hierzu verwendete auf bestimmte Art und Weise geordnete Folge von einzustrahlenden RF-Pulsen, zu schaltenden Gradienten und Auslesevorgängen wird als Sequenz bezeichnet.
  • Es sind verschiedene Sequenztypen bekannt, die unterschiedlich sensitiv auf die in einem untersuchten Untersuchungsobjekt enthaltenen Stoffe beschreibende Parameter (z.B. die longitudinale Longitudinalrelaxation T1, die Transversalrelaxation T2 und die Protonendichte) sind. Die aus mit einem bestimmten Sequenztypen aufgenommenen Messdaten rekonstruierten MR-Bilder zeigen entsprechend der Sensitivitäten des verwendeten Sequenztyps gewichtete Abbildungen des Untersuchungsobjektes.
  • Eine Magnetresonanz-Bildgebung mittels einer Magnetresonanzanlage kann dazu dienen, eine Anwesenheit und/oder eine Verteilung eines Stoffs, welcher sich in einem Untersuchungsobjekt befindet, zu bestimmen. Der Stoff kann dabei beispielsweise ein, möglicherweise pathologisches, Gewebe des Untersuchungsobjekts, ein Kontrastmittel, eine Markierungssubstanz oder ein Stoffwechselprodukt sein.
  • Informationen über die vorliegenden Stoffe können dabei auf vielfältige Weise aus den aufgenommenen Messdaten gewonnen werden. Eine relativ einfache Informationsquelle sind z.B. aus den Messdaten rekonstruierte Bilddaten. Es gibt jedoch auch komplexere Verfahren, die, z.B. aus Bildpunkt-Zeit-Serien von aus sukzessive gemessenen Messdatensätzen rekonstruierten Bilddaten, Informationen über das untersuchte Untersuchungsobjekt ermitteln.
  • Mit Hilfe von quantitativen MR-Bildgebungstechniken lassen sich absolute Eigenschaften des gemessenen Objekts bestimmen, am Menschen z.B. die gewebespezifische T1- und T2-Relaxation. Im Gegensatz dazu erzeugen die in der klinischen Routine meist verwendeten konventionellen Sequenzen lediglich eine relative Signalintensität unterschiedlicher Gewebetypen (sogenannte Wichtungen), so dass die diagnostische Interpretation in hohem Maße der subjektiven Einschätzung des Radiologen unterliegt. Quantitative Techniken bieten somit den offensichtlichen Vorteil einer objektiven Vergleichbarkeit, finden aber aufgrund langer Messzeiten derzeit in der Routine kaum Verwendung.
  • Neuere quantitative Messverfahren wie Magnetresonanz-Fingerprinting-Verfahren (MRF-Verfahren), könnten den genannten Nachteil der langen Messzeiten auf ein akzeptables Maß senken. Bei MRF-Verfahren werden Signalverläufe von aus zeitlich nacheinander mit verschiedenen Aufnahmeparametern aufgenommenen Messdaten rekonstruierten Bilddaten für jeden Bildpunkt oder zumindest interessierende Bildpunkte der Bilddaten als Bildpunkt-Zeit-Serien betrachtet, wobei der Signalverlauf einer Bildpunkt-Zeit-Serie als „Fingerabdruck“ (engl. „fingerprint“) der in dem Bildpunkt Ort des Untersuchungsobjektes während der Messung vorliegenden Parameter betrachtet wird. Diese Signalverläufe werden mittels Mustererkennungsverfahren („pattern recognition“) mit Signalverläufen einer zuvor ermittelten Datenbank von für bestimmte Stoffe charakteristischen Signalverläufen (dem sogenannten „Dictionary“) verglichen, um die in den aus den Messdaten rekonstruierten Bilddaten repräsentierten Stoffe bzw. die räumliche Verteilung von gewebespezifischen Parametern (wie die Transversalrelaxation T2 oder die Longitudinalrelaxation T1; sogenannte T1- und T2-Karten) in dem abgebildeten Untersuchungsobjekt zu ermitteln. Die in einem derartigen Dictionary enthaltenen Signalverläufe können hierbei auch durch Simulationen erstellt worden sein.
  • Das Prinzip dieser Methode ist somit, gemessene Signalverläufe mit einer Vielzahl im Voraus bekannter Signalverläufe zu vergleichen. Dabei können Signalverläufe für verschiedene Kombinationen aus T1- und T2-Relaxationszeiten sowie auch anderen Parametern für das Dictionary ermittelt worden sein. Die Parameterwerte, z.B. T1- und T2-Zeiten, eines Bildpunktes (Pixels/Voxels) im Bild werden dann insbesondere bestimmt, indem der gemessene Signalverlauf mit allen oder einem Teil der simulierten Signalverläufe verglichen wird. Dieser Vorgang wird als „Matching“ bezeichnet. Derjenige Signalverlauf des Dictionarys, der dem gemessenen Signalverlauf am ähnlichsten ist, determiniert die Parameter, z.B. Relaxationsparameter T1 und T2, des jeweiligen Bildpunktes.
  • Grundsätzlich können dabei neben den bereits genannten gewebespezifischen Parametern eines untersuchten Objektes auch messungsspezifische Parameter, wie z.B. die Feldstärken der applizierten Magnetfelder oder auch die lokale Verteilung der Stärke eines eingestrahlten Hochfrequenzfeldes B1+, ermittelt werden, da mittels MR-Techniken aufgenommene Signale von den in einem untersuchten Objekt vorliegenden gewebespezifischen Parametern sowie von messungsspezifischen Parametern, die die während der Messung vorliegenden Bedingungen beschreiben, abhängen können. Die verwendeten Aufnahmeparameter sind hierbei derart gewählt, dass die aufgenommenen Messdaten eine Abhängigkeit von den gewünschten zu bestimmenden Parametern zeigen. Beispielsweise können Sequenztypen für das MRF-Verfahren eingesetzt werden, die sensitiv auf die gewünschten Parameter sind. Durch die Abhängigkeiten und die Variation der Aufnahmeparameter und deren Berücksichtigung in den Vergleichssignalverläufen sind die gewünschten Parameter aus derartig aufgenommenen Bildpunkt-Zeit-Serien bestimmbar.
  • Ein gängiges MRF-Verfahren ist beispielsweise in dem Artikel von Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting", Nature, 495: S. 187-192 (2013) beschrieben. Dort wird eine TrueFISP („true fast imaging with steady-state free precession“) basierte Sequenz in Kombination mit einer spiralförmigen k-Raumabtastung benutzt. Auf Grund der Abhängigkeit eines mittels einer TrueFISP-Sequenz aufgenommenen Signals vom statischen Magnetfeld B0 ist dieser Parameter ebenfalls Teil des das Signal beschreibenden Signalmodells und kann, wenn die Bildpunkt-Zeit-Serie unter entsprechender Variation der Aufnahmeparameter erstellt wurde, grundsätzlich durch einen MRF-„Dictionary-Match“ neben T1 und T2 in jedem Pixel identifiziert werden. Die Stärke eines aufgenommenen Signals hängt bei TrueFISP-Sequenzen maßgeblich vom lokalen Grundmagnetfeld B0 ab, welches innerhalb eines Untersuchungsobjektes räumlich variiert. Durch Variation der Wiederholzeit TR kann die B0-Abhängigkeit des Signals verändert werden. Allerdings wird bei MRF-Verfahren (vgl. den bereits genannten Artikel von Ma et al.) eine relativ lange Auslesedauer für die spiralförmige k-Raumabtastung benutzt, die möglichen Dauern einer Wiederholzeit TR nach unten limitiert, sodass eine vergleichsweise hohe untere Grenze für die Wiederholzeit TR existiert. Daher kann es zu Artefakten in MRF-Messungen kommen, die sogenannten Banding-Artefakten in konventionellen TrueFISP Sequenzen sehr ähnlich sind (vgl. den bereits genannten Artikel von Ma et al.). Des Weiteren ist eine erreichbare räumliche Auflösung, mit der der messungsspezifische Parameter Grundmagnetfeld B0 mit einer solchen MRF-Technik bestimmt werden kann, wegen der beschriebenen hohen unteren Grenze für die Wiederholzeit TR ebenfalls limitiert. Diese Limitierung der räumlichen Auflösung führt dazu, dass die auf diese Weise bestimmten räumlichen Verteilungen des Grundmagnetfeldes B0 (B0-Karten) für manche Anwendungen, z.B. Korrekturen von aus den lokalen Abweichungen des Grundmagnetfeldes von einem globalen Wert resultierenden Artefakten, nicht ausreichend hoch aufgelöst sind.
  • Für MRF-Verfahren kann grundsätzlich jede Echotechnik in Kombination mit jeglichen Verfahren zur k-Raumabtastung (z.B. kartesisch, spiralförmig, radial) benutzt werden. Nichtkartesische k-Raumabtastungen, wie insbesondere radiale oder spiralförmige k-Raumabtastungen, decken den zentralen Bereich des k-Raums inhärent stärker ab als periphere Bereiche des k-Raums, was für Messungen mit einer Unterabtastung (gemäß dem Theorem von Nyquist) des k-Raums vorteilhaft ist. Ortskodierungen mit spiralförmigen Trajektorien bei der k-Raumabtastung, wie sie z.B. in dem genannten Artikel von Ma et al. verwendet werden, und wie ein Beispiel in der 1 gezeigt ist, werden wegen ihrer hohen Effizienz, insbesondere ihrer Eigenschaft eine starke Unterabtastung des k-Raums bezüglich des Theorems von Nyquist zu erlauben, die besonders kurze Messzeiten ermöglicht, besonders häufig für MRF-Verfahren eingesetzt. Allerdings sind derartige spiralförmige Ortskodierungen besonders empfindlich auf Off-Resonanzen, d.h. lokale Störungen des statischen Magnetfeldes B0, wodurch sich in den aus den entlang spiralförmig ausgelesenen Messdaten rekonstruierten Bildern unscharfe Bereiche ergeben können, sogenannte Blurring-Artefakte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Bestimmung von Parameterwerten mittels MRF-Verfahren zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung von Parameterwerten in Bildpunkten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanz-Fingerprinting(MRF)-Technik gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 12, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 14.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung von Parameterwerten in Bildpunkten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanz-Fingerprinting(MRF)-Technik umfasst die Schritte:
    • - Erfassen mindestens einer Bildpunkt-Zeit-Serie mit Hilfe eines MRF-Aufnahmeverfahrens, aus denen je ein Wert zumindest eines in dem jeweiligen Bildpunkt dargestellten Ort des Untersuchungsobjekts vorliegenden Parameters bestimmt werden soll,
    • - Durchführen eines Signalvergleichs mindestens eines Abschnitts des jeweiligen Signalverlaufs der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien mit einem entsprechenden Abschnitt von Vergleichssignalverläufen zur Bestimmung der jeweiligen Werte des mindestens einen Parameters,
    • - Durchführen eines weiteren Signalvergleichs mindestens eines Abschnittes des jeweiligen Signalverlaufs unter Berücksichtigung der Ergebnisse des vorhergehenden Signalvergleichs mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe zur verbesserten Bestimmung der jeweiligen Werte des mindestens einen Parameters,
    • - Ausgeben der für den jeweiligen Bildpunkt verbessert bestimmten jeweiligen Werte der zu bestimmenden Parameter.
  • Durch das erfindungsgemäße Durchführen eines weiteren Signalvergleichs unter Berücksichtigung eines vorhergehenden Signalvergleichs und die damit einhergehende schrittweise bzw. mehrstufige Bestimmung von Parameterwerten können die zu bestimmenden Parameter mit einer höheren räumlichen Auflösung und mit einer höheren Genauigkeit bestimmt werden.
  • Hierbei kann auf Grundlage eines für einen Bildpunkt mit einem erfindungsgemäßen Signalvergleich bestimmten Wertes eines Parameters die dem Bildpunkt entsprechende erfasste Bildpunkt-Zeit-Serie korrigiert werden, sodass eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie erstellt wird.
  • Insbesondere kann bereits durch den ersten Signalvergleich mindestens eines Abschnitts des Signalverlaufs der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe („dictionary“) ein Wert eines Parameters, insbesondere eines messungsspezifischen Parameters wie das Grundmagnetfeld B0, bestimmt werden, und die erfasste Bildpunkt-Zeit-Serie auf Grundlage des in dem ersten Signalvergleich bestimmten Wertes des Parameters korrigiert werden, sodass eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie erstellt wird.
  • Korrekturen von Bilddaten auf Grundlage von insbesondere messungsspezifischen Parametern sind bekannt. Beispielsweise werden Einflüsse von Inhomogenitäten der verwendeten Magnetfelder und/oder Hochfrequenzfelder häufig retrospektiv nach Ermittlung der lokalen Verteilung der jeweiligen Magnet- oder Hochfrequenzfelder korrigiert. Solche Korrekturverfahren sind auch hier anwendbar und können Artefakte in den Bildpunkt-Zeit-Serien beseitigen. Somit können sie die Genauigkeit und Artefaktfreiheit der einem weiteren Signalvergleich zugrunde liegenden korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serien erhöhen, was sich positiv auf die Genauigkeit der bestimmten Werte der Parameter auswirkt.
  • Wurden in einem vorhergehenden Signalvergleich Werte mehrerer verschiedener Parameter bestimmt, kann die Bildpunkt-Zeit-Serie, z.B. sukzessive, auf Grundlage mehrerer der bestimmten Werte korrigiert werden.
  • Die Ergebnisse eines vorhergehenden Signalvergleichs können bei einem weiteren Signalvergleich berücksichtigt werden, indem der weitere Signalvergleich eine derartig auf Grundlage von in einem vorhergehenden Signalvergleich bestimmten Parameterwerten korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie mit den Vergleichssignalverläufen vergleicht. Es kann also zur Berücksichtigung der Ergebnisse des vorhergehenden Signalvergleichs bei einem weiteren Signalvergleich der weitere Signalvergleich mindestens einen Abschnitt des Signalverlaufs der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe zur verbesserten Bestimmung der Werte der zu bestimmenden Parameter vergleichen.
  • Durch die Verwendung von korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serien bei dem weiteren Signalvergleich kann eine höhere Genauigkeit der verbessert bestimmten Parameterwerte erreicht werden.
  • Eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie kann auf Grundlage eines durch Signalvergleich der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie mit den Vergleichssignalverläufen verbessert bestimmten Wertes des Parameters erneut korrigiert werden, und erneut der Wert des Parameters durch Vergleichen der erneut korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie mit den Vergleichssignalverläufen verbessert bestimmt werden. Somit kann eine solche Korrektur einer Bildpunkt-Zeit-Serie auch mehrfach, z.B. iterativ, durchgeführt werden.
  • Durch die erneute Korrektur kann eine höhere Genauigkeit sowohl der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie als auch der verbessert bestimmten Parameterwerte erreicht werden.
  • Eine derartige erneute Korrektur kann solange, z.B. iterativ, durchgeführt werden, bis ein Unterschied von erneut verbessert bestimmten Werten des Parameters zu den entsprechenden vor der erneuten Korrektur bestimmten Werten des Parameters kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.
  • Der Vergleich einer Differenz der in verschiedenen Signalvergleichen bestimmten Werte eines zu bestimmenden Parameters und Vergleich dieser Differenz mit einem vorgegebenen Schwellwert gewährleisten ein Erreichen einer durch den Schwellwert definierten Genauigkeit des jeweiligen Wertes.
  • Es ist weiterhin möglich, dass Werte von mindestens zwei verschiedenen Parametern bestimmt werden, und zur Berücksichtigung der Ergebnisse des vorhergehenden Signalvergleichs bei Signalvergleichen zur verbesserten Bestimmung der Werte mindestens eines zu bestimmenden Parameters, der bzw. die Werte mindestens eines anderen als des bzw. der aktuell verbessert zu bestimmenden Parameter der zu bestimmenden Parameter auf eine vorgegebene maximale Schwankung gegenüber dem Ergebnis des vorhergehenden Signalvergleichs begrenzt, insbesondere konstant gehalten, werden.
  • Durch ein derartiges Begrenzen einer erlaubten Schwankung von Werten für einige Parameter während einer verbesserten Bestimmung eines Wertes mindestens eines anderen Parameters kann der Rechenaufwand bei der verbesserten Bestimmung gering gehalten werden und der Signalvergleich für den verbessert zu bestimmenden Parameterwert optimiert durchgeführt werden, sodass die Genauigkeit der verbessert bestimmten Parameterwerte erhöht ist.
  • Hierbei können solange Signalvergleiche zur verbesserten Bestimmung eines zu bestimmenden Parameters, durchgeführt werden, bis die Werte aller insgesamt zu bestimmender Parameter mindestens einmal bei der verbesserten Bestimmung bestimmt wurden oder bis alle Werte zu bestimmender Parameter mit ausreichender Genauigkeit, z.B. gemäß einer oben beschriebenen Überprüfung mit einem vorgegebenen Schwellwert, bestimmt wurden.
  • Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Parameterwertbestimmungseinheit.
  • Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
  • Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Rechensystems ausgeführt wird.
  • Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
  • Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
    • 1 eine beispielhafte spiralförmige k-Raum-Trajektorie,
    • 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 3 ein mögliches Aufnahmeschema für eine Bildpunkt-Zeit-Serie,
    • 4 Darstellungen möglicher räumlicher Verteilungen eines bestimmten Parameters zur Veranschaulichung eines Ausgleichsprozesses,
    • 5 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
  • 1 zeigt gestichelt dargestellt eine beispielhafte spiralförmige k-Raum-Trajektorie entlang derer nach einem RF-Anregungspuls ein Satz an Messdaten ausgelesen wird, aus dem ein Bilddatensatz rekonstruiert wird. Zur Erzeugung einer derartigen k-Raumtrajektorie werden nach dem Einstrahlen eines RF-Anregungspulses in das Untersuchungsobjekt Gradientenfelder in zwei senkrecht zueinander stehenden Phasenkodierrichtungen (hier x- und y-Richtung) derart auf grundsätzlich bekannte Art und Weise geschaltet, dass die spiralförmige k-Raumtrajektorie abgetastet wird. Durch wiederholte Aufnahme derartiger Messdatensätze und Rekonstruktion zugehöriger Bilddatensätze entsteht eine Serie von Bilddatensätzen, in denen ein Signalverlauf in jeweils einem gleichen der Bildpunkte der Bilddatensätze in MRF-Verfahren als Bildpunkt-Zeit-Serie betrachtet und mit Vergleichssignalverläufen verglichen werden kann, um in dem betrachteten Bildpunkt in dem Untersuchungsobjekt zum Zeitpunkt der Messung vorliegende Parameter zu bestimmen.
  • 2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung von Parameterwerten in Bildpunkten eines Untersuchungsobjektes mittels einer MRF-Technik.
  • Dabei wird mindestens eine Bildpunkt-Zeit-Serie BZS mit Hilfe eines MRF-Aufnahmeverfahrens, aus denen je ein Wert P zumindest eines in dem jeweiligen Bildpunkt dargestellten Ortes des Untersuchungsobjekts vorliegenden Parameters bestimmt werden soll, erfasst (Block 101). Genauer werden typischerweise bei MRF-Verfahren Serien von Bildern in einer gewissen zeitlichen Folge unter Variation von Aufnahmeparametern aufgenommen. Jeder den Bildern der Serie von Bildern gemeinsame Bildpunkt einer solchen Serie von Bildern kann als Bildpunkt-Zeit-Serie BZS betrachtet werden. Es können alle Bildpunkte der Serie von Bildern als jeweilige Bildpunkt-Zeit-Serien BZS betrachtet werden oder auch nur interessierende Bildpunkte, beispielsweise diejenigen, welche einen Untersuchungsbereich (ROI, „region of interest“) darstellen. Ein bei der Erfassung der Bildpunkt-Zeit-Serien verwendetes MRF-Aufnahmeverfahren legt die bestimmbaren Parameter fest. Vorteilhafterweise wird ein MRF-Aufnahmeverfahren verwendet, das die Bestimmung mehrerer, insbesondere gewebespezifischer und auch messungsspezifischer, Parameter erlaubt. Ein Beispiel für ein geeignetes MRF-Aufnahmeschema ist weiter unten mit Bezug auf 3 beschrieben. Generell sind MRF-Aufnahmetechniken bevorzugt, bei denen zumindest die Parameter B0, T1 und T2, gerne auch noch weitere Parameter wie B1+, durch einen Signalvergleich mittels eines MRF-Matching-Verfahrens bestimmt werden können.
  • Ein Signalvergleich wird durchgeführt (Block 103), der den jeweiligen Signalverlauf zumindest eines Abschnitts einer erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie mit einem entsprechenden Abschnitt von Vergleichssignalverläufen D vergleicht, um einen jeweiligen Wert P des mindestens einen zu bestimmenden Parameters in dem jeweiligen Bildpunkt zu bestimmen. Die Bestimmung der Werte P der zu bestimmenden Parameter kann dabei mit Hilfe eines bei MRF-Verfahren üblichen „Matching“-Verfahrens mit in einem Dictionary enthaltenen Vergleichssignalverläufen D erfolgen.
  • Ein weiterer Signalverlauf (Block 105) wird durchgeführt, der mindestens einen Abschnitt eines jeweiligen Signalverlaufs unter Berücksichtigung der Ergebnisse des vorhergehenden Signalvergleichs 103 oder, wenn bereits zumindest einmal erfolgt, eines Signalverlaufs 105 mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe D vergleicht, um einen jeweiligen Wert P' des mindestens einen Parameters in dem jeweiligen Bildpunkt verbessert zu bestimmen.
  • Die verbessert bestimmten jeweiligen Werte P' der zu bestimmenden Parameter können gespeichert und/oder an einer Ausgabe ausgegeben werden, z.B., insbesondere in Form von Parameterkarten, angezeigt werden (Block 107).
  • Somit werden die Werte P' von zu bestimmenden Parametern schrittweise in zumindest zwei Signalvergleichen 103 und 105 verbessert bestimmt.
  • Bei den verwendeten Signalverläufen kann bei mindestens einem Signalvergleich der Signalverlauf einer gesamten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS mit dem gesamten Verlauf der Vergleichssignalverläufe D verglichen werden.
  • Bei den verwendeten Signalverläufen kann auch bei mindestens einem Signalvergleich der Signalverlauf in Abschnitten einer gesamten zu vergleichenden Bildpunkt-Zeit-Serie BZS, die mit einem auf den zu bestimmenden Parameter sensitiven Sequenztyp erfasst wurden, mit dem entsprechenden Abschnitten der Vergleichssignalverläufe D verglichen werden. Dabei bleiben zwar diejenigen Signale der nicht verglichenen Abschnitte der Signalverläufe unberücksichtigt, es kann jedoch erreicht werden, dass mögliche, in diesen unberücksichtigten Abschnitten enthaltene, einen zu bestimmenden Parameter möglicherweise verfälschende Artefakte keinen oder zumindest weniger Einfluss auf die bestimmten Werte der zu bestimmenden Parameter haben, insbesondere wenn die gewählten Abschnitte nicht mit den zu vermeidenden Artefakten behaftet sind.
  • Es kann durch einen Signalvergleich 103 (oder auch 105) mindestens eines Abschnitts des Signalverlaufs einer erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe D ein Wert P (oder auch P') eines Parameters bestimmt werden, der mit Hilfe von aus zumindest Teilen der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS erhaltenen Ausgleichsdaten ausgeglichen wird (Block 109), sodass ein ausgeglichener Wert P* des Parameters bestimmt wird, der den zuvor bestimmten Wert P (oder P') des Parameters ersetzen kann.
  • Insbesondere kann, wie weiter unten mit Bezug auf 4 beschrieben wird, durch den Signalvergleich für jeden Bildpunkt ein Wert eines lokal vorliegenden Grundmagnetfeldes B0 bestimmt werden, und aus den Signalen der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie Ausgleichsdaten erhalten werden, die z.B. in Form von grob aufgelösten Parameterwerten, insbesondere Grundmagnetfeldwerten, ermittelt werden können, und mit Hilfe derer als Ausgleich Artefakte in den Parameterwerten entfernt oder zumindest reduziert werden, wodurch die somit ausgeglichenen Parameterwerte artefaktfrei oder zumindest weniger mit Artefakten behaftet sind und ein im Gegensatz zu dem Wertebereich der noch nicht ausgeglichenen Parameter vergrößerter Wertebereich der ausgeglichenen Parameterwerte erzielt werden kann.
  • Auf Grundlage von mit einem erfindungsgemäßen Signalvergleich 103 oder 105 bestimmten Werten P oder P' eines Parameters in einem Bildpunkt kann die zu diesem Bildpunkt erfasste Bildpunkt-Zeit-Serie korrigiert werden (Block 111), sodass eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' erstellt wird.
  • Insbesondere kann durch den ersten Signalvergleich 103 mindestens eines Abschnitts des Signalverlaufs einer erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe D ein Wert P eines messungsspezifischen Parameters wie z.B. das Grundmagnetfeld B0, bestimmt werden. Auf Grundlage des bestimmten Wertes P des Parameters kann die erfasste Bildpunkt-Zeit-Serie BZS zu einer korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' korrigiert werden.
  • Somit ist es möglich die für das MRF-Verfahren erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien BZS mittels aus den Bildpunkt-Zeit-Serien selbst abgeleiteten Parameterwerten zu korrigieren.
  • Werden die Bildpunkt-Zeit-Serien beispielsweise gemäß einer spiralförmigen Abtastung des k-Raums erfasst, können die Bildpunkt-Zeit-Serien wie oben beschrieben durch Off-Resonanzen mit Blurring-Artefakten behaftet sein. Diese können mit dem beschriebenen Verfahren auf besonders effiziente Weise durch lokale BO-Werte, die durch einen Signalvergleich aus den Bildpunkt-Zeit-Serien selbst bestimmt wurden, korrigiert werden.
  • Hierzu sind bereits Off-Resonanz-Korrekturmethoden (auch „Deblurring“-Methoden), insbesondere für spiralförmige k-Raumabtastungen, bekannt. Diese erforderten in der Regel bisher eine separate Messung einer BO-Karte. Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann eine derartige separate Messung einer BO-Karte entfallen und direkt die aus dem Signalvergleich bestimmten Werte für das Grundmagnetfeld B0 verwendet werden. Anhand der gewonnenen Information über die räumliche Verteilung des Grundmagnetfeldes B0 können die mit der spiralförmigen k-Raumabtastung gemessenen Daten derart manipuliert werden, dass das genannte Blurring (Verschmieren) nicht mehr auftritt. Gängig ist beispielsweise eine frequenzsegmentierte Methode, bei der eine bisher separat gemessene B0-Karte nach n Off-Resonanzen segmentiert wird. Die mit der spiralförmigen k-Raumabtastung gemessenen Daten werden unter Einbeziehung verschiedener Off-Resonanzen rekonstruiert, d.h. n Bilder für n Off-Resonanzen werden rekonstruiert. Anhand der derart segmentierten BO-Karte wird für jeden Bildpunkt ausgewählt, welches der n Bilder den korrekt rekonstruierten Bildpunkt enthält. Es können auch andere bekannte Korrekturverfahren eingesetzt werden, die eine Korrektur von Bilddaten auf Basis von Parameterkarten durchführen, wobei die benötigten Parameterkarten im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens nicht separat bestimmt, sondern direkt aus den Bildpunkt-Zeit-Serien durch mindestens einen Signalvergleich mit Vergleichssignalverläufen bestimmt werden können.
  • Zur Berücksichtigung der Ergebnisse eines vorhergehenden Signalvergleichs 103 oder 105 bei einem weiteren Signalvergleich 105 kann der weitere Signalvergleich mindestens einen Abschnitt des Signalverlaufs einer derart korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe D zur verbesserten Bestimmung der Werte P' der zu bestimmenden Parameter verglichen werden.
  • Durch die Korrektur 111 der Bildpunkt-Zeit-Serie BZS und erneute Bestimmung der Werte P' der zu bestimmenden Parameter kann die räumliche Auflösung und auch die Genauigkeit der verbessert bestimmten Werte P' erhöht werden.
  • Eine derartige Korrektur 111 kann mehrmals durchgeführt werden, sodass eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' auf Grundlage eines durch Signalvergleich der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' mit den Vergleichssignalverläufen D bestimmten Wertes P' des Parameters erneut korrigiert wird, und erneut der Wert P' des Parameter durch Vergleichen der erneut korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie BZS' mit den Vergleichssignalverläufen D bestimmt wird.
  • Hierzu kann eine Abfrage 115 beispielsweise prüfen, ob eine gewünschte Anzahl an Korrekturen durchgeführt wurde. Ist dies der Fall (Abfrage 115, y), können die nach der letzten Korrektur der Bildpunkt-Zeit-Serie BZS bzw. BZS' bestimmten Werte P' der zu bestimmenden Parameter gespeichert und/oder ausgegeben werden (Block 107). Ist dies nicht der Fall (Abfrage 115, n), kann eine erneute Korrektur der Bildpunkt-Zeit-Serie BZS oder BZS` durchgeführt werden.
  • Es ist auch denkbar, solange erneute Korrekturen (iterativ) durchzuführten, bis ein Unterschied von erneut bestimmten Werten P' des Parameters zu den entsprechenden vor der erneuten Korrektur bestimmten Werten P oder P' des Parameters kleiner als ein vorgegebener Schwellwert S ist.
  • Hierzu kann die Abfrage 115 zusätzlich oder alternativ die Differenz der nach den beiden letzten Korrekturen bestimmten Werte P,P` bilden und mit dem vorgegebenen Schwellwert S vergleichen. Ist die genannte Bedingung erfüllt (Abfrage 115, y), werden die nach der letzten Korrektur der Bildpunkt-Zeit-Serie BZS bzw. BZS' bestimmten Werte P' der zu bestimmenden Parameter gespeichert und/oder ausgegeben (Block 107). Ist sie nicht erfüllt (Abfrage 115, n), kann eine erneute Korrektur der Bildpunkt-Zeit-Serie BZS oder BZS' durchgeführt werden.
  • Somit erlaubt das beschriebene Verfahren eine, auch iterativ mögliche, Korrektur und damit Vermeidung von Artefakten, z.B. von Off-Resonanz-Artefakten („Deblurring“), in für eine Bestimmung von Parameterwerten in MRF-Verfahren verwendeten Bildpunkt-Zeit-Serien und somit ebenfalls eine Korrektur und damit Vermeidung derartiger Artefakte in den bestimmten Parameterwerten.
  • Sollen die lokalen Werte P' von mindestens zwei verschiedenen Parametern bestimmt werden, können die Werte der insgesamt zu bestimmenden Parameter in zwei Gruppen G1, G2 eingeteilt werden, von denen nur Werte der Gruppe G1 verbessert bestimmt werden, wohingegen die Werte der anderen Gruppe G2 derart beschränkt werden, dass sie nur gemäß einer vorgegebenen Schwankung SW von dem in einem vorhergehenden Signalvergleich bestimmten Wert abweichen dürfen (Block 113). Es kann somit zur Berücksichtigung der Ergebnisse eines vorhergehenden Signalvergleichs bei Signalvergleichen zur verbesserten Bestimmung der Werte P' mindestens eines zu bestimmenden Parameters G1, der bzw. die Werte P, P' mindestens eines anderen (G2) als des bzw. der aktuell verbessert zu bestimmenden Parameter G1 auf eine vorgegebene maximale Schwankung SW gegenüber dem Ergebnis des vorhergehenden Signalvergleichs begrenzt, insbesondere konstant gehalten, werden (Block 113). Somit können in einem weiteren Signalvergleich 105 nur Werte von verbessert zu bestimmenden Parametern G1 verbessert bestimmt werden, während die Werte P2 der übrigen Parameter allenfalls gering von einem in einem vorhergehenden Signalvergleich bestimmten Wert abweichen dürfen. Auf diese Weise kann eine dedizierte verbesserte Bestimmung der Werte P' einzelner oder weniger Parameter G1 erreicht werden.
  • Es können solange Signalvergleiche zur verbesserten Bestimmung eines Wertes P' eines zu bestimmenden Parameters, durchgeführt werden, bis alle Werte P' der zu bestimmenden Parameter mindestens einmal bei der verbesserten Bestimmung bestimmt wurden.
  • Hierzu kann die Abfrage 115 zusätzlich oder alternativ überwachen, ob zu allen zu bestimmenden Parameter Werte P' verbessert bestimmt wurden, und ggf. ob alle dediziert verbessert zu bestimmenden Werte von Parametern G1 bestimmt wurden. Ist jede gewünschte der genannten Bedingungen erfüllt (Abfrage 115, y) werden verbessert bestimmten Werte P' der zu bestimmenden Parameter gespeichert und/oder ausgegeben (Block 107). Ist dies nicht der Fall (Abfrage 115, n) kann ein weiterer Signalvergleich zur verbesserten Bestimmung eines noch nicht verbessert bestimmten Parameters durchgeführt werden.
  • 3 zeigt schematisch ein Aufnahmeverfahren zur Aufnahme von mindestens einer Bildpunkt-Zeit-Serie, wie sie für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Das dargestellte Beispiel zeigt ein Aufnahmeverfahren zur Erfassung von Bildpunkt-Zeit-Serien, bei welchem drei verschiedene Sequenztypen mit Eigenschaften von Sequenztypen aus der Gruppe der Sequenztypen TrueFISP („True Fast Imaging with Steady-state free Precession“), FISP („Fast Imaging with Steady-state free Precession“) und FLASH („Fast Low-Angle Shot“) eingesetzt werden. Die Eigenschaften der Sequenztypen betreffen insbesondere die Sensitivität der jeweiligen Sequenztypen auf Variation von gewebespezifischen und/oder messungsspezifischen Parametern. Beispielsweise ist eine FISP-Sequenz wenig sensitiv auf Variationen des Grundmagnetfeldes B0, eine trueFISP-Sequenz hingegen stärker sensitiv auf Variationen des Grundmagnetfeldes B0. FLASH-Sequenzen und FISP-Sequenzen sind sensitiv auf lokale Variationen eines eingestrahlten Hochfrequenzfeldes B1+.
  • In dem in 3 dargestellten Beispiel sind auf der Achse 26 die jeweiligen Nummern von aufgenommenen Bilddatensätzen in der Zeitserie und auf der Achse 27 unterschiedliche Größen aufgetragen. Als erste Größe ist der Flipwinkel in ° von 0° beim Ursprung bis 90° beim Achsenpunkt 28 aufgetragen. Die Achse 26 läuft in dem dargestellten Beispiel vom Bilddatensatz 1 bis zum Bilddatensatz 3000.
  • Die 3000 Bilddatensätze sind auf zwölf Abschnitte 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 und 39 verteilt.
  • Im ersten Abschnitt 29 ist über die Kurve 40 für zweihundert Bilddatensätze der Flipwinkel aufgetragen, der bei der Aufnahme verwendet wurde, wobei für die Aufnahme in Abschnitt 29 eine FISP-Sequenz eingesetzt werden kann. Wie zu 1 beschrieben wird nach dem Anlegen eines RF-Anregungspulses mit einem bestimmten Flipwinkel ein kompletter Bilddatensatz aufgenommen und dann der nächste RF-Anregungspuls mit dem nächsten Flipwinkel angelegt und ein weiterer Bilddatensatz aufgenommen. 3 zeigt in Abschnitt 29 eine Flipwinkelverteilung, die einer sin2-Halbkurve entspricht. Der maximale Flipwinkel kann z.B. 24° betragen und es können konstante Phasen verwendet werden.
  • Für den hundertsten Bilddatensatz ist rein exemplarisch eine Linie 41 eingetragen. Der korrespondierende Flipwinkel ist der maximale Flipwinkel der Kurve 40.
  • Im zweiten Abschnitt 30 werden im dargestellten Beispiel vierhundert Bilddatensätze mit einem anderen Sequenztypen, beispielsweise mit einer TrueFISP-Sequenz akquiriert. Dabei werden Flipwinkel gemäß der Kurven 42 und 43 eingesetzt. Bei der Kurve 42 reichen diese bis 45° und bei der Kurve 43 bis 72°.
  • Auch für den Abschnitt 30 ist rein exemplarisch beim Flipwinkel für den vierhundertsten Bilddatensatz eine Linie 44 eingezeichnet. Hier beträgt der Flipwinkel 1°.
  • Eine Besonderheit stellt im Abschnitt 30 die Verwendung zweier unterschiedlicher Phasenzyklen dar. Beim Durchlaufen der Flipwinkel der Kurve 42 wird ein 00-Phasenzyklus bzw. kein Phasenzyklus verwendet und beim Durchlaufen der Kurve 43 ein 180°-Phasenzyklus. Ein 00-Phasenzyklus bezeichnet eine feststehende Phase.
  • Im folgenden Abschnitt 31 sind in der Kurve 45 die Flipwinkel zur Aufnahme von vierhundertfünfzig Bilddatensätzen mit einem weiteren Sequenztyp, beispielsweise einer FLASH-Sequenz angegeben. Diese sind kleiner als in der FISP- oder TrueFISP-Sequenz und laufen bis 6°. Auch ihre Verteilung ist eine sin2-Verteilung.
  • Zusätzlich zur Variation der Flipwinkel wird beim wiederholten Durchlaufen der FLASH-Sequenz ein Phasenzyklus zur Realisierung eines RF-Spoiling angelegt. Dabei wird wie beschrieben die Phase um Vielfache von 117° erhöht.
  • Die Abfolge der verschiedenen verwendeten Sequenztypen in den Abschnitten 29, 30 und 31 bilden zusammen einen Block 45. Dieser wird in 3 insgesamt dreimal verwendet. Dabei wird allein auf den Typ der Sequenz aber nicht auf die Anzahl der Bilddatensätze oder die Flipwinkelkurve abgestellt.
  • Im Abschnitt 32 werden 200 Bilddatensätze wieder mit dem ersten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit einer FISP-Sequenz, aufgenommen. Die Phase ist wie in Abschnitt 29 konstant, aber der maximale Flipwinkel beträgt 45°. Die verwendeten Flipwinkel liegen auf der Kurve 46.
  • In Abschnitt 33 folgen 200 Bilddatensätze, die mit dem zweiten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit einer TrueFISP-Sequenz, zu akquirieren sind. Hier wird ein 90°-Phasenzyklus eingesetzt, der maximale Flipwinkel liegt bei 50°. Die Flipwinkel sind auf der Kurve 47 aufgetragen.
  • Die nächsten ca. 450 Bilddatensätze in Abschnitt 34 sind, wie in Abschnitt 31, mit dem dritten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit einer FLASH-Sequenz, aufzunehmen. Die Kurve 48 zeigt eine sin2-Verteilung mit einem Maximalwert von 14°.
  • Kurve 49 in Abschnitt 35 läuft bis 72° und zeigt die Flipwinkel des Hochfrequenzimpulses 19 beim drittmaligen Verwenden des ersten Sequenztyps des Blocks 45, also beispielsweise mit einer FISP-Sequenz. Auch in diesem Durchlauf ist die Phase konstant.
  • Beim Akquirieren weiterer zweihundert Bilddatensätze mit dem zweiten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit einer TrueFISP-Sequenz, wird ein 270°-Phasenzyklus eingesetzt. Die Flipwinkel, die in der Kurve 50 in Abschnitt 36 aufgetragen sind, laufen bis 65°.
  • Die nächsten ca. 450 Bilddatensätze in Abschnitt 37 werden mit dem dritten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit der FLASH-Sequenz, aufgenommen. Die Kurve 51 stellt einen Flipwinkelverlauf bis maximal 20° dar, wiederum sin2-verteilt.
  • Im letzten Abschnitt 38 liegen zwei Kurven 52 und 53 zur Aufnahme von Bilddatensätzen mit dem ersten Sequenztyp des Blocks 45, also beispielsweise mit einer FISP-Sequenz. Diese stellen wiederum Flipwinkelverläufe dar. Wie bereits in den vorhergehenden Abschnitten wird beispielsweise bei der Messdatenaufnahme mit einer FISP-Sequenz eine konstante Phase verwendet.
  • Das dargestellte Beispiel erlaubt durch seine Ausgestaltung mit Abschnitten verschiedener Sequenztypen mit unterschiedlichen Sensitivitäten eine Bestimmung von mehreren gewebespezifischen und messungsspezifischen Parametern in einem Matching-Schritt, insbesondere können die Parameter T1, T2 sowie B0 und B1+ bestimmt werden. Das dargestellte Beispiel ist jedoch nicht einschränkend zu lesen. Das Erfassen einer Bildpunkt-Zeit-Serie kann grundsätzlich auch mit Hilfe von nur einem Sequenztyp erfolgen. Die Verwendung mehrerer verschiedener Sequenztypen mit unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere mit Bezug auf die jeweiligen Sensitivitäten auf gewebespezifische und/oder messungsspezifische Parameter, erhöht jedoch die Anzahl der aus einer derartig aufgenommenen Bildpunkt-Zeit-Serie bestimmbaren Parameter und/oder die Qualität der bestimmten Werte der Parameter entsprechend der Eigenschaften der verwendeten Sequenztypen.
  • Auch die dargestellten Anzahlen an mit einem Sequenztyp aufgenommenen Bilddatensätzen sowie die gezeigten Flipwinkelverläufe sind nur als Beispiel zu sehen.
  • In 4 sind zur Veranschaulichung eines Ausgleichsprozesses als Beispiel räumliche Verteilungen von bestimmten Grundmagnetfeldwerten B0 in einem Untersuchungsobjekt dargestellt. Während der Aufnahme der Messdaten aus denen die Bilddaten rekonstruiert wurden, deren Signalverläufe pro Bildpunkt als Bildpunkt-Zeit-Serien zur Bestimmung zumindest der lokalen Werte des Grundmagnetfeldes B0 mit Vergleichssignalverläufen verglichen werden sollen, wurde zur Verdeutlichung des Effektes ein linearer Verlauf des Grundfeldmagnetes B0 „von oben nach unten“ in dem Untersuchungsobjekt erzeugt.
  • Die links dargestellte räumlich aufgelöste Verteilung von Grundmagnetfeldwerten (B0-Karte) in einem Untersuchungsobjekt entspricht den mit einem Signalvergleich von Bildpunkt-Zeit-Serien mit Vergleichssignalverläufen bildpunktweise bestimmten Grundmagnetfeldwerten, wobei die für den Signalvergleich verwendeten Vergleichssignalverläufe, Vergleichssignalverläufe eines Dictionarys sind, dessen Vergleichssignalverläufe einen kleineren B0-Wertebereich abdecken als BO-Werte im Untersuchungsobjekt auftreten. Die links dargestellte BO-Karte deckt somit z.B. BO-Werte in einem durch die Aufnahmeart der den Bildpunkt-Zeit-Serien zugrundeliegenden Messdaten und die entsprechenden Vergleichssignalverläufe (den Dictionary) vorgegebenen Bereich von -40 bis +40 in beliebigen Einheiten ab.
  • Die in der Mitte dargestellte Differenz-B0-Karte entspricht einem Differenzbild der links dargestellten BO-Karte mit einer räumlich grob aufgelösten BO-Karte, die aus bestimmten, B0-sensitiven Abschnitten der Bildpunkt-Zeit-Serie abgeleiteten B0-Werten besteht, und somit BO-Werte in infinitesimal kleinen Schritten abdeckt. Die grob aufgelöste BO-Karte kann beispielsweise aus Abschnitten der Bildpunkt-Zeit-Serie, in denen die Messdaten mit einem Sequenztyp mit Eigenschaften einer FISP-Sequenz aufgenommen wurden, durch Bestimmung der Phasendifferenzen der Signale in den genannten Abschnitten der Bildpunkt-Zeit-Serie, die zu unterschiedlichen Echozeiten aufgenommen wurden, ggf. unter Verwendung einer Glättungsoperation, bestimmt werden.
  • Rundet man die Differenz-B0-Karte der genannten räumlich grob aufgelösten BO-Karte und der links dargestellten durch Signalvergleich erstellten BO-Karte auf Vielfache von 1/TR, ergeben sich Segmente, die Vielfachen von 1/TR entsprechen (in dem gezeigten Beispiel kann man fünf derartige Segmente erkennen). Zieht man das Ergebnis dieser Rundung von der artefaktbehafteten BO-Karte (links) ab, erhält man eine ausgeglichene, entfaltete BO-Karte wie sie rechts dargestellt ist. Die rechts dargestellte BO-Karte gibt den während der Messung künstlich erzeugten linearen Verlauf des Grundmagnetfeldes B0 sogar durch die beschriebene Verarbeitung mit der groben B0-Karte in einem größeren Wertebereich, in dem dargestellten Beispiel in einem Bereich von -200 bis +200 in denselben Einheiten wie in der links dargestellten BO-Karte, gut wieder.
  • Es wird hierbei ausgenutzt, dass aus den Signalen der verwendeten Bildpunkt-Zeit-Serien bereits ohne einen Signalvergleich Ausgleichsdaten, z.B. durch zumindest grob aufgelöste Bestimmung lokaler Werte eines zu bestimmenden Parameters, insbesondere eines messungsspezifischen Parameters, wie dem Grundmagnetfeld B0, erhalten werden können, welche Ausgleichsdaten zum Ausgleichen, z.B. entfalten von mittels Signalvergleich bestimmten Parameterwerten genutzt werden können. Obwohl die Auflösung einer solchen grob aufgelösten Parameterkarte nicht direkt als Ergebnis einer lokalen Verteilung der Parameterwerte ausreichend ist, können die Parameterwerte der grob aufgelösten Parameterkarte als Ausgleichsdaten genutzt werden, um höher aufgelöste Parameterkarten, die mittels Signalvergleich ermittelt wurden, auszugleichen, beispielsweise wie in dem oben beschriebenen Beispiel zu entfalten.
  • Somit können in der hohen Auflösung der erstellten Bildpunkt-Zeit-Serien ausgeglichene Werte der zu den Bildpunkt-Zeit-Serien bestimmten Parameter bestimmt werden, die zuvor bestimmte Werte des jeweiligen Parameters verbessern können und so Artefakte ausgleichen, wobei sogar der Bereich, der bei der Bestimmung der ausgeglichenen Parameterwerte erreichbaren Werte im Vergleich zu den bei einem reinen Signalvergleich erreichbaren Wertebereich vergrößert werden kann.
  • Mit einem MRF-Aufnahmeverfahren, das die Bestimmung der Parameter T1, T2, B0 und B1+ erlaubt, könnte ein beispielhafter möglicher Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der lokalen Parameterwerte der Parameter T1, T2, B0 und B1 mit einer mehrstufigen Bestimmung der lokalen Parameterwerte wie folgt aussehen.
  • Es können nach einem ersten Signalvergleich der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien mit Vergleichssignalverläufen, bei dem insbesondere der gesamte Signalverlauf der Bildpunkt-Zeit-Serien mit dem jeweils gesamten Verlauf der Vergleichssignalverläufe verglichen wurde, lokale Werte (Karten) für alle Parameter T1, T2, B0 und B1+ bestimmt werden.
  • Eine so bestimmte BO-Karte kann mit einfaltungsartefaktähnlichen Artefakten behaftet sein und zunächst, wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben, ausgeglichen, insbesondere entfaltet („unwrapped“) werden, sodass man eine ausgeglichene BO-Karte erhält.
  • Auf Grundlage der mittels des ersten Signalvergleichs bestimmten und ggf. ausgeglichenen BO-Karte kann zunächst, wie oben eine Korrektur, insbesondere ein Deblurring, der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien erfolgen, wodurch mögliche Blurring-Artefakte entfernt oder zumindest reduziert und entsprechend korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serien erhalten werden.
  • In einem zweiten Signalvergleich können die so korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serien mit den Vergleichssignalverläufen verglichen werden, um eine verbesserte Bestimmung der Parameter T1, T2, B0 und B1+ zu erreichen. Hierbei kann wieder der vollständige Signalverlauf der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serien mit dem gesamten Verlauf der Vergleichssignalverläufe verglichen werden.
  • Um beispielsweise die bestimmten Werte des Parameters B1+ weiter zu verbessern, können in einem nächsten Signalvergleich nur diejenigen Abschnitte der (korrigierten) Bildpunkt-Zeit-Serien mit entsprechenden Abschnitten der Vergleichssignalverläufe verglichen werden, die mit einer FLASH(-artigen) Sequenz aufgenommen wurden, wobei nur der Wert des Parameters B1+ bestimmt wird, die Werte der anderen Parameter T1, T2, B0 jedoch auf eine vorgegebene maximale Schwankung gegenüber den entsprechenden vorhergehend bestimmten Werten begrenzt werden, wobei insbesondere der Wert des Parameters B0 hierbei auch konstant gehalten werden kann. Auf diese Weise können möglicherweise die bestimmten Werte von B1+ verfälschende Flussartefakte eliminiert oder zumindest verringert werden, da die bei diesem Signalvergleich verwendeten Abschnitte der Signalverläufe nicht oder zumindest weniger sensitiv auf einen möglichen Fluss von Spins sind. Somit erhält man eine verbesserte B1+-Karte, die weiterhin mit einem Glättungsverfahren, das z.B. bildgeführte Filter umfasst, geglättet werden kann.
  • In einem weiteren Signalvergleich kann nochmals der gesamte Signalverlauf der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serien mit den gesamten Vergleichssignalverläufen verglichen werden, um die Werte der Parameter T1, T2 und B0 erneut und verbessert zu bestimmen, wobei die Werte der im vorhergehenden Signalvergleich bereits verbessert bestimmten Werte des Parameters B1+ konstant gehalten werden können.
  • Auf diese Weise erhält man schrittweise verbessert bestimmte Werte für die zu bestimmenden Parameter, wobei eine besonders hohe Genauigkeit erreicht und die bestimmten Werte verfälschende Artefakte eliminiert oder verringert werden können. Jeder dieser Schritte kann insbesondere auch iterativ durchgeführt werden, um eine höhere Genauigkeit zu erreichen.
  • 5 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9. In der 5 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, beispielsweise aus mehreren Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2 oder mehr Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
  • Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise eines Patienten oder auch eines Phantoms, kann dieses auf einer Liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden. Die Schicht S stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Messdaten aufgenommen werden sollen.
  • Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5' und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' steuern. Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
  • Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in einem zu manipulierenden Bereich (beispielsweise in zu messenden Schichten S) des Untersuchungsobjekts U zuständig. Dabei wird die Mittenfrequenz des, auch als B1-Feld bezeichneten, Hochfrequenz-Wechselfeldes möglichst so eingestellt, dass sie nahe der Resonanzfrequenz der zu manipulierenden Spins liegt. Abweichungen von der Mittenfrequenz von der Resonanzfrequenz werden als Off-Resonanz bezeichnet. Zur Erzeugung des B1-Feldes werden in der Hochfrequenzeinheit 7 mittels der Hochfrequenz-sende/empfangs-Steuerung 7' gesteuerte Ströme an den HF-Spulen angelegt.
  • Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Parameterwertbestimmungseinheit 15, mit welcher erfindungsgemäße Signalvergleiche zur Bestimmung von Parameterwerten durchgeführt werden können. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
  • Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. Bilddaten angezeigt werden.
  • Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches ein Programm umfasst und das beschriebene Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene Verfahren durchführen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Ma et al., „Magnetic Resonance Fingerprinting“, Nature, 495: S. 187-192 (2013) [0010]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Bestimmung von Parameterwerten in Bildpunkten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanz-Fingerprinting(MRF)-Technik, umfassend die Schritte: - Erfassen mindestens einer Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS) mit Hilfe eines MRF-Aufnahmeverfahrens, aus denen je ein Wert (P') zumindest eines in dem jeweiligen Bildpunkt dargestellten Ort des Untersuchungsobjekts vorliegenden Parameters bestimmt werden soll, - Durchführen eines Signalvergleichs (103) mindestens eines Abschnitts des jeweiligen Signalverlaufs der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serien (BZS) mit einem entsprechenden Abschnitt von Vergleichssignalverläufen (D) zur Bestimmung der jeweiligen Werte (P) des mindestens einen Parameters, - Durchführen eines weiteren Signalvergleichs (105) mindestens eines Abschnittes des jeweiligen Signalverlaufs unter Berücksichtigung der Ergebnisse (P) des vorhergehenden Signalvergleichs mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe (D) zur verbesserten Bestimmung der jeweiligen Werte (P') des mindestens einen Parameters, - Ausgeben der für den jeweiligen Bildpunkt verbessert bestimmten, jeweiligen Werte (P') der zu bestimmenden Parameter.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei bei mindestens einem Signalvergleich der Signalverlauf in Abschnitten einer gesamten zu vergleichenden Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS), die mit einem auf den zu bestimmenden Parameter sensitiven Sequenztyp erfasst wurden, mit den entsprechenden Abschnitten der Vergleichssignalverläufe (D) verglichen werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch einen Signalvergleich mindestens eines Abschnitts des Signalverlaufs der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS) mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe (D) ein Wert (P, P') eines Parameters, insbesondere des Grundmagnetfeldes B0, bestimmt wird, und der bestimmte Wert des Parameters mit Hilfe von aus zumindest Teilen der erfassten Bildpunkt-Zeit-Serie erhaltenen Ausgleichsdaten ausgeglichen wird, sodass ein ausgeglichener Wert (P*) des Parameters bestimmt wird, der den zuvor bestimmten Wert (P, P') des Parameters ersetzt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Grundlage eines für einen Bildpunkt mit einem erfindungsgemäßen Signalvergleich bestimmten Wertes (P, P') eines Parameters die Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS) des Bildpunktes korrigiert wird, sodass eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS') erstellt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Berücksichtigung der Ergebnisse eines vorhergehenden Signalvergleichs bei einem weiteren Signalvergleich der weitere Signalvergleich mindestens einen Abschnitt des Signalverlaufs einer korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS') mit einem entsprechenden Abschnitt der Vergleichssignalverläufe (D) zur verbesserten Bestimmung der Werte (P') der zu bestimmenden Parameter vergleicht.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei eine korrigierte Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS') auf Grundlage eines durch Signalvergleich der korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS') mit den Vergleichssignalverläufen (D) verbessert bestimmten Wertes (P') des Parameters erneut korrigiert wird, und erneut der Wert (P') des Parameter durch Vergleichen der erneut korrigierten Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS') mit den Vergleichssignalverläufen (D) verbessert bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine erneute Korrektur solange (iterativ) durchgeführt wird, bis ein Unterschied von erneut verbessert bestimmten Werten (P') des Parameters zu den entsprechenden vor der erneuten Korrektur bestimmten Werten (P, P`) des Parameters kleiner als ein vorgegebener Schwellwert (S) ist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Werte (P) von mindestens zwei verschiedenen Parametern bestimmt werden sollen, und zur Berücksichtigung der Ergebnisse des vorhergehenden Signalvergleichs bei Signalvergleichen zur verbesserten Bestimmung der Werte (P') mindestens eines zu bestimmenden Parameters (G1), der bzw. die Werte (P, P') mindestens eines anderen (G2) als des bzw. der aktuell verbessert zu bestimmenden Parameter (G1) auf eine vorgegebene maximale Schwankung (SW) gegenüber dem Ergebnis des vorhergehenden Signalvergleichs begrenzt, insbesondere konstant gehalten, wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei solange Signalvergleiche zur verbesserten Bestimmung eines Wertes (P') eines zu bestimmenden Parameters, durchgeführt werden, bis alle Werte der zu bestimmenden Parameter mindestens einmal bei der verbesserten Bestimmung bestimmt wurden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei der Erfassung der Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS) mindestens ein Sequenztyp mit Eigenschaften, insbesondere Sensitivitäten, von Sequenztypen aus der Gruppe der Sequenztypen TrueFISP („True Fast Imaging with Steady-state free Precession“), FISP („Fast Imaging with Steady-state free Precession“) und FLASH („Fast Low-Angle Shot“), insbesondere alle genannten Sequenztypen, eingesetzt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassung der Bildpunkt-Zeit-Serie (BZS) entlang einer nicht-kartesischen, insbesondere entlang einer spiralförmigen, Abtastung des k-Raums erfolgt.
  12. Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9) mit einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung (7') und einer Parameterwertbestimmungseinheit (15), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
  13. Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (9) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
  14. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 13 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführen.
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