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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsobjekts mit einer Magnetresonanzeinrichtung, wobei zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten aus wenigstens zwei Schichten eines Schichtstapels eine Magnetresonanzsequenz verwendet wird, bei der wenigstens zwei zeitlich getrennte Hochfrequenzpulse innerhalb eines Anregungszeitraums ausgegeben werden und für wenigstens einen, nicht aber alle, der Hochfrequenzpulse eine um einen Vergrößerungsfaktor, der größer als Eins ist, gegenüber einer Nominalschichtdicke erhöhte Schichtdicke der Schichten verwendet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Die Magnetresonanzbildgebung ist insbesondere in der Medizintechnik inzwischen eine etablierte Bildgebungsmodalität. Dabei richten sich aktuelle Fortschrittsbemühungen sowohl auf eine Verbesserung der Bildqualität als auch auf eine Reduzierung der bei Magnetresonanzaufnahmen teils erheblichen Aufnahmezeiten. Eines der primären Ziele ist die Optimierung des Signal-zu-Rauschverhältnisses (Signal to Noise Ratio, SNR), um die maximal mögliche Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Bildqualität und die Aufnahmegeschwindigkeit zu erhalten. Eines der Schlüsselelemente zum Erhalt eines optimalen Signal-zu-Rauschverhältnisses bei der Aufnahme von Schichten, also der 2D-Bildgebung, ist das Schichtprofil.
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Probleme diesbezüglich können insbesondere dann auftreten, wenn Magnetresonanzsequenzen verwendet werden, in deren Anregungszeitraum zeitlich aufeinanderfolgend mehrere auf die Schicht wirkende Hochfrequenzpulse ausgegeben werden sollen. Ein Beispiel hierfür sind die Turbospinecho-Sequenz (TSE-Sequenz) oder auch andere spinechobasierte Sequenzen. Hierbei werden als Hochfrequenzpulse üblicherweise ein Anregungspuls und ein oder mehr Refokussierungspulse verwendet. Das dann resultierende Schichtprofil des aufgenommenen Magnetresonanzsignals, auf das sich also die Magnetresonanzdaten beziehen, ist das Ergebnis eines Überlapps der Schichtprofile bei der Anregung und bei der Refokussierung. Um das Signal-zu-Rauschverhältnis zu optimieren, wurde vorgeschlagen, die Schichtdicke für einen der zwei Hochfrequenzpulse, also den Anregungspuls oder den wenigstens einen Refokussierungspuls, größer zu wählen als die Nominalschichtdicke, wobei beispielsweise ein bestimmter Vergrößerungsfaktor F verwendet werden kann. Bezeichnet man die Nominalschichtdicke als T, ergibt sich die erhöhte Schichtdicke als T * F. Auf diese Weise wird das Risiko der Schichtprofil-Degradierung aufgrund des Überlapp-Effekts, wie er beschrieben wurde, reduziert.
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Ein Ansatz zur Beschleunigung der Magnetresonanzbildgebung ist die simultane Mehrschichtbildgebung (Simultaneous Multi Slice - SMS). Bei der simultanen Mehrschichtbildgebung werden mehrere Schichten zumindest im Wesentlichen gleichzeitig angeregt und gleichzeitig ausgelesen, vgl. beispielsweise den Review-Artikel von Markus Barth et al. „Simultaneous Multi Slice (SMS) Imaging Techniques", Magn Reson Med 75 (2016), Seiten 63 - 81. Das aufgenommene Magnetresonanzsignal enthält dann die Magnetresonanzdaten für alle simultan aufgenommenen Schichten, wobei durch Trennungsalgorithmen die Magnetresonanzdaten der einzelnen Schichten wieder extrahiert werden können.
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Wird, bei der sukzessiven Aufnahme von Schichten eines Schichtstapels (herkömmliche Mehrschichtbildgebung) oder bei der SMS-Bildgebung, die erhöhte Schichtdicke zu groß gewählt, kann es zu Crosstalk-Effekten zwischen benachbarten Schichten kommen, die relevante Einflüsse auf die Bildqualität haben können. Dieses Problem ist besonders relevant bei der SMS-Bildgebung. Um derartige Cross Talk-Effekte möglichst weitgehend zu vermeiden, wird der Vergrößerungsfaktor üblicherweise fest und äußerst nahe bei Eins gewählt. Auf diese Weise kann aber die hierdurch beabsichtigte Verbesserung des Signal-zu-Rauschverhältnisses weniger, insbesondere nur zu einem sehr kleinen Teil eintreten, so dass durch die feste Wahl eines niedrigen Wertes für den Vergrößerungsfaktor nahe bei Eins ein signifikanter Verlust an Signal-zu-Rauschverhältnis eintritt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Erhöhung des Signal-zu-Rauschverhältnisses bei Mehrschichttechniken, insbesondere der SMS-Bildgebung, anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Verfahren, eine Magnetresonanzeinrichtung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In einem Verfahren der eingangs genannten Art ist gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass der Vergrößerungsfaktor in Abhängigkeit eines den Abstand zwischen zwei, insbesondere unmittelbar, benachbarten Schichten des Schichtstapels beschreibenden Abstandswerts derart gewählt wird, dass die erhöhte Schichtdicke keine Ausdehnung des resultierenden Anregungsbereichs einer der benachbarten Schichten in die benachbarte Schicht zur Folge hat.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, den Vergrößerungsfaktor, der insbesondere auf eine bestimmte Gattung von Hochfrequenzpulsen im Anregungszeitraum angewendet werden kann, als eine Funktion des Abstandswerts anzusetzen. Das bedeutet also, es wird automatisch der verfügbare Raum zur insbesondere räumlich unmittelbar benachbarten Schicht im Schichtstapel, beschrieben durch den Abstandswert, beurteilt, um diesen Raum bestmöglich zu nutzen. Mit anderen Worten steigt mit steigendem Abstandswert auch der Vergrößerungsfaktor. Der Abstandswert entspricht dabei insbesondere der Ausdehnung des Freiraums, der zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schichten des Schichtstapels besteht. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass der Abstandswert letztlich direkt und/oder indirekt durch einen Benutzer wählbar sein kann, beispielsweise, wenn dieser die simultan aufzunehmenden Schichten bzw. die Schichtreihenfolge bei aufeinanderfolgender Aufnahme bestimmt.
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Es sei angemerkt, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, für eine Schicht die bezüglich der Aufnahmetätigkeit zeitlich und räumlich nächste Schicht zu wählen, welche dann nicht zwangsläufig die unmittelbar benachbarte Schicht sein muss. Denn bei der Bestimmung der Abfolge der Schichtaufnahme bzw. der gleichzeitig aufzunehmenden Schichten bei der SMS-Bildgebung wird aufgrund der auch bei Beschränkung auf die jeweiligen Nominalschichtdicken möglichen Crosstalk-Effekte häufig ohnehin ein größtmöglicher Abstand gewählt, der durch den erfindungsgemäßen Ansatz ggf. ausgenutzt werden kann, solange eine hinreichende Relaxation stattfindet.
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Um den Gewinn an Signal-zu-Rauschverhältnis durch Cross Talk-Effekte nicht wieder zu egalisieren oder gar eine insgesamte Verschlechterung herbeizuführen, wird der Vergrößerungsfaktor auch dahingehend beschränkt, dass die erhöhte Schichtdicke nicht in die insbesondere unmittelbar, ggf. auch zeitlich und räumlich in der Aufnahmeabfolge, am nächsten benachbarte Schicht hineinragt.
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Insgesamt kann also durch die Berücksichtigung des Abstands ein deutlich größerer Vergrößerungsfaktor in vielen Fällen gewählt werden, so dass eine deutliche Erhöhung des Signal-zu-Rauschverhältnisses im Vergleich zu einer konservativen, vorsichtigen Wahl äußerst nahe bei Eins gegeben ist. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf die SMS-Bildgebung.
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Dabei lässt sich die vorliegende Erfindung besonders bevorzugt auf Spinecho-Sequenzen, beispielsweise die Turbospinecho-Sequenz (TSE-Sequenz), als Magnetresonanzsequenz anwenden. Anders gesagt kann als die Magnetresonanzsequenz eine Spinecho-Sequenz, insbesondere eine TSE-Sequenz, mit einem Anregungspuls und einem Refokussierungspuls als Hochfrequenzpulse verwendet werden, wobei die erhöhte Schichtdicke bei dem Anregungspuls oder bei dem Refokussierungspuls verwendet wird. Dabei ist es besonders zweckmäßig, bei mehreren Refokussierungspulsen überall die erhöhte Schichtdicke einzusetzen, mithin die Erhöhung, allgemein gesprochen, auf eine Gattung von Hochfrequenzpulsen bezogen anzuwenden.
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Zweckmäßigerweise kann der Vergrößerungsfaktor durch einen funktionalen Zusammenhang aus dem Abstandswert bestimmt werden. Dabei sieht der funktionale Zusammenhang mit besonderem Vorteil eine direkte Proportionalität zwischen dem Vergrößerungsfaktor und dem Abstandswert vor. Als eine besonders zweckmäßige Wahl eines Abstandswerts hat sich dabei erwiesen, wenn der Abstandswert den Abstand relativ zu der Nominalschichtdicke beschreibt, mithin insbesondere als der tatsächliche Abstand geteilt durch die Nominalschichtdicke bestimmt wird. Bei dem Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schichten des Schichtstapels, der üblicherweise kleiner als eine Nominalschichtdicke ist, kann also gesagt werden, dass der Abstandswert die Fraktion der Nominalschichtdicke beschreibt, die den Abstand bildet. Bezeichnet man den tatsächlich vorhandenen Abstand als A, die Nominalschichtdicke als T und den Abstandswert als R, so gilt R = A/T. Für die erhöhte Schichtdicke F gilt F = f(R), wobei f den funktionalen Zusammenhang beschreibt. Der funktionale Zusammenhang kann dabei letztlich beliebig gewählt werden, solange 1 ≤ F ≤ (R+1) gilt und bevorzugt durch f eine direkte Proportionalität beschrieben wird.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann konkret vorgesehen sein, dass der funktionale Zusammenhang zur Erweiterung des Anregungsbereichs gegenüber der Nominalschichtdicke zur Nutzung von 20 bis 55 %, bevorzugt 20 bis 45 %, des durch den Abstandswert beschriebenen Abstands führt. Die Nutzung derartiger Anteile des Abstands zur Erweiterung ausgehend von der Nominalschichtdicke hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, da dann zum einen eine deutliche Erweiterung gegeben ist, zum anderen jedoch ein Crosstalk-Effekte effektiv vermeidender Sicherheitsabstand zur nächstgelegenen Schicht eingehalten wird. Besonders bevorzugt ist dieser Sicherheitsabstand auch hinsichtlich deren erhöhter Schichtdicke noch vorhanden, so dass ein Wert kleiner 50%, insbesondere 25% oder 30%, sich als besonders sinnvoll erweist.
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Bei Untersuchungen und Experimenten mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorgehen haben sich deutliche Verbesserungen des Signal-zu-Rauschverhältnisses ergeben. Beispielsweise zeigten sich für Untersuchungen, in denen der Abstandswert R, wie oben definiert, 0,2 beträgt und sich aus dem funktionalen Zusammenhang ein Faktor F von 1,1 ergibt (Nutzung von 25 % des Abstands), bei der TSE-SMS-Bildgebung mit Anwendung der erhöhten Schichtdicke bei den Refokussierungspulsen Erhöhungen der Signalamplitude von beispielsweise 10 %.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher mithin dieselben Vorteile erhalten werden können. Die Steuereinrichtung kann dabei insbesondere wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel aufweisen.
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Bevorzugt weist die Steuereinrichtung Funktionseinheiten auf, um verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu realisieren. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung, wie grundsätzlich bekannt, eine Sequenzeinheit zur Steuerung der eigentlichen Datenaufnahme umfassen. Es kann ferner eine Bestimmungseinheit zur Ermittlung des Vergrößerungsfaktors in Abhängigkeit des Abstandswerts vorgesehen sein.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um einen nichttransienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM, handeln.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 einen Anteil eines Schichtstapels,
- 3 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung, und
- 4 den funktionalen Aufbau einer Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei sollen mittels einer TSE-Sequenz als Magnetresonanzsequenz Magnetresonanzdaten aus den Schichten eines Schichtstapels, vorliegend unter Nutzung von SMS-Bildgebung, aufgenommen werden. Die Schichten des Schichtstapels weisen eine bestimmte Schichtdicke, vorliegend als T bezeichnet, auf. Zudem sind die Schichten des Schichtstapels voneinander um einen Abstand A = R * T beabstandet, wobei der Abstandswert R beispielsweise 0,2 betragen kann und benutzerseitig wählbar ist.
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Vor der Aufnahme der ersten Magnetresonanzdaten wird in einem Schritt S1 ein Vergrößerungsfaktor in Abhängigkeit von dem gewählten Abstandswert R bestimmt. Dazu ist vorliegend ein funktionaler Zusammenhang gegeben, gemäß dem der Vergrößerungsfaktor, hier mit F bezeichnet, direkt proportional mit dem Abstandswert R zusammenhängt, und zwar derart, dass F zwischen Eins und (R + 1) liegt. Das bedeutet, es gilt F = f(R). Dabei gilt, dass mit steigendem Abstand, also steigendem Abstandswert, auch der Vergrößerungsfaktor größer wird. Vorliegend ist f(R) so gewählt, dass 25 % des zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schichten des Schichtstapels liegenden Abstands durch die erhöhte Schichtbreite zusätzlich genutzt werden können. Auf der anderen Seite wird - nachdem ja auch für die unmittelbar benachbarte Schicht eine teilweise Verbreiterung stattfindet, wie im Folgenden noch genauer dargelegt werden wird - ein gewisser Freiraum auch bei der erhöhten Schichtdicke belassen, um hier Wechselwirkungen, die Einfluss auf die Bildqualität haben könnten, möglichst weitgehend zu vermeiden. Allgemein können beispielsweise jeweils 20 bis 45 % des Abstands für erhöhte Schichtdicken der jeweiligen unmittelbar benachbarten Schichten des Schichtstapels genutzt werden.
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Im Schritt S2 werden dann die Magnetresonanzdaten unter Verwendung der TSE-Sequenz aufgenommen. Dabei wirken im Anregungszeitraum die Anregungspulse (als erste Gattung von Hochfrequenzpulsen) auf die Nominalschichtdicke T, während jedoch der wenigstens eine Refokussierungspuls (als zweite Gattung von Hochfrequenzpulsen) auf die erhöhte Schichtdicke F * T wirkt.
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Ergebnisse sind dann, insbesondere bezüglich der SMS-Bildgebung, bezüglich ihres Signal-zu-Rauschverhältnisses verbesserte Magnetresonanzdaten.
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Bei der Verwendung der SMS-Bildgebung erfolgt in dem Schritt S3 im Rahmen der Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes durch einen Trennungsalgorithmus auch die Zuordnung auf die jeweiligen simultan aufgenommenen Schichten, wie dies im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Der als Ergebnis erhaltene Magnetresonanzbilddatensatz kann dann ausgegeben, gespeichert oder anderweitig weiterverwendet werden, vgl. Schritt S4.
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2 erläutert den erfindungsgemäßen Ansatz in einer schematischen Ansicht eines Teils des Schichtstapels 1 genauer. Dabei ist zur besseren Darstellbarkeit der Abstand A zwischen den Schichten 2 größer dargestellt. Der Abstand A ergibt sich als R * T, wobei R, wie dargelegt, der Abstandswert ist. Gezeigt sind gestrichelt auch die erhöhten Schichtdicken F * T. Dabei ergibt sich, wie dargelegt, F über den funktionalen Zusammenhang f(R) aus R.
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3 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 3. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 4 auf, die den Grundfeldmagneten beinhaltet und als Bohrung eine Patientenaufnahme 5 besitzt, in der ein Patient als Untersuchungsobjekt mittels einer Patientenliege (hier nicht gezeigt) eingefahren werden kann. Die Patientenaufnahme 5 umgebend sind eine Hochfrequenzspulenanordnung und eine Gradientenspulenanordnung der Magnetresonanzeinrichtung 3 angeordnet.
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Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 3 wird durch eine Steuereinrichtung 6 gesteuert, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Dazu weist, vgl. 4, die Steuereinrichtung 6 zunächst eine Bestimmungseinheit 7 zur Durchführung des Schrittes S1 auf. Über eine grundsätzlich bekannte Sequenzeinheit 8 kann die Aufnahme der Magnetresonanzdaten gesteuert werden. Die Steuereinrichtung 6 kann ferner eine Rekonstruktionseinheit 9 zur Durchführung des Schrittes S3 und eine Ausgabeeinheit 10 (insbesondere auch für Schritt S4) aufweisen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Markus Barth et al. „Simultaneous Multi Slice (SMS) Imaging Techniques“, Magn Reson Med 75 (2016), Seiten 63 - 81 [0004]
