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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer PSF für eine Rekonstruktion von Bilddaten aus mittels einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten.
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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 als Signale messbaren 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, kurz Gradienten genannt, überlagert. Ein verwendetes Schema, das eine zeitliche Abfolge von einzustrahlenden RF-Pulsen und zu schaltenden Gradienten beschreibt, wird als Pulssequenz(schema), oder auch kurz als Sequenz, bezeichnet. 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 FourierTransformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
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Sogenannte parallele Akquisitionstechniken (ppa), wie z.B. GRAPPA („GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition“) oder SENSE („Sensitivity Encoding“), bei denen mit Hilfe von mehreren RF-Spulen nur eine gemäß dem Nyquist-Theorem im k-Raum unterabgetastete Anzahl an Messdaten aufgenommen werden, können eingesetzt werden, um z.B. die für die Aufnahme der Messdaten insgesamt nötige Messzeit zu verkürzen oder die Auflösung zu erhöhen. Die „fehlenden“, d.h. nicht gemessenen aber für einen gemäß Nyquist vollständigen Satz an Messdaten erforderlichen, Messdaten werden hierbei auf Basis von Sensitivitätsdaten der verwendeten RF-Spulen und Kalibrierungsdaten und den gemessenen Messdaten ergänzt.
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Der Wunsch nach immer schnelleren MR-Aufnahmen im klinischen Umfeld führt auf der anderen Seite zu einer Renaissance von Verfahren, bei denen mehrere Bilder simultan aufgenommen werden. Allgemein lassen sich diese Verfahren dadurch charakterisieren, dass zumindest während eines Teils der Messung gezielt Transversalmagnetisierung von zumindest zwei Schichten gleichzeitig für den Bildgebungsprozess genutzt wird („Multi-Schicht-Bildgebung“, „Schicht-Multiplexing“, „Simultaneous Multi-Slice“ (SMS)). Im Gegensatz dazu wird bei der etablierten „Mehrschicht-Bildgebung“ das Signal von zumindest zwei Schichten alternierend, d. h. vollständig unabhängig voneinander mit entsprechender längerer Messzeit aufgenommen.
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Bekannte SMS-Verfahren sind beispielsweise Verfahren, die Verfahren aus der oben genannten Bildgebung mittels ppa, bei welchen Wissen über die Sensitivitätsverteilung der bei dem Erfassen der Messdaten eingesetzten Empfangsspulen als zusätzliche Information genutzt wird, um gemäß Nyquist unterabgetastete Messdaten aufzufüllen, in Schicht-Richtung einsetzen, um überlagert aus mehreren Schichten aufgenommene Signale in Signale der einzelnen Schichten zu separieren. Zu diesen Verfahren gehören beispielsweise auch die CAIPIRINHA-Technik, wie sie von Breuer et al. in „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Hiher Acceleration (CAIPIRINHA) for Multi-Slice Imaging“, Magnetic Resonance in Medicine 53, 2005, S. 684-691 beschrieben ist, und die blipped CAIPIRINHA-Technik, wie sie von Setsompop et al. in „Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty“, Magnetic Resonance in Medicine 67, 2012, S. 1210-1224, beschrieben wird, ,wobei der im letztgenannten Titel genannte g-Faktor („gfactor“, kurz für „Geometrie-Faktor“) ein Maß für eine Trennbarkeit der verschiedenen verwendeten Empfangsspulen darstellt.
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Als ein Verfahren diesen g-Faktor weiter zu reduzieren ist es für CAIPIRINHA-Verfahren weiterhin bekannt, die Auslesetrajektorien im k-Raum, und damit das Akquisitionsschema, derart zu verändern, dass die Messdaten entlang von wellenförmig oder schraubenförmig verlaufenden Auslesetrajektorien erfasst werden. Dies ist beispielsweise in der
US 8 981 776 B2 , in dem Artikel von Bilgic et al. „Wave-CAIPI for Highly Accelerated 3D Imaging“, Magnetic Resonance in Medicine 73:2152-2162 (2015), oder, für zweidimensionale (2D) Bildgebung in Chen et al. „Self-Calibrating Wave-Encoded Variable-Density Single-Shot Fast Spin Echo Imaging“, J. Magn. Reson. Imaging 2018, 47:954-966, oder auch für Spinecho(SE)-Verfahren in Gagoski et al. „RARE/Turbo Spin Echo Imaging with Simultaneous Multislice Wave-CAIPI“, Magn. Reson. Med. 73:929-938 (2015) beschrieben.
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Kurz gesagt, werden für derartige Wave-Techniken während des Auslesevorgangs gleichzeitig mit einem Gradienten in Ausleserichtung zumindest ein sinusförmig modulierter Gradient in eine senkrecht zu der Ausleserichtung stehenden Richtung ausgespielt. Eine auf diese Weise erhaltene wellen- oder schraubenförmige k-Raumtrajektorie verteilt Artefakte, wie z.B. Aliasing-Artefakte, wie sie durch eine zur Verkürzung der Messzeit angewandte Unterabtastung des k-Raums auftreten, in zumindest zwei, oder, für schraubenförmige k-Raumtrajektorien, in alle räumlichen Richtungen, und ermöglicht es somit, auch Sensitivitätsdaten der verwendeten RF-Spulen in mehreren (allen drei) Raumrichtungen einsetzten zu können, was zu der erwähnten Reduzierung des g-Faktors führt. Somit können mit Wave-Techniken z.B. höhere Beschleunigungen, also eine stärkere Unterabtastung, angewandt werden, bei gleichbleibender Qualität der erhaltenen Bilddaten gegenüber „nicht-Wave-ppa-Techniken“ mit geringerer Beschleunigung.
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Die Wirkung der modulierten, auch Wave-Gradienten genannten, Gradienten auf eine Magnetisierung m an einem räumlichen Punkt Wave(x,y,z) kann als eine Multiplikation mit einer sogenannten „Point-Spread-Funktion“ PSF, welche die Ausbreitung von Aliasing-Artefakten von Unterabtastungsschemata beschreibt, beschrieben werden:
wobei F
x für eine Fouriertransformatin und F
-1 x für die inverse Fouriertransformation und PSF(k
x,y,z) für die in dem hybriden k
x-y-z-Raum dargestellte PSF für einen Wave Gradienten, stehen. Die PSF beschreibt die Wirkung der modulierten Gradienten auf die Bildgebungsphase in k
x-Richtung und kann in jeweils von y und z abhängige Terme separiert werden. Wie in dem bereits genannten Artikel von Bilgic et al. können daher Aliasing-Artefakte durch „Unaliasing“ mittels einer SENSE-Rekonstruktion aufgehoben werden. Dies ist beispielsweise genauer in dem Artikel von Polak et al. „Highly-Accelerated Volumetric Brain Examination Using Optimized Wave-CAIPI Encoding“, J. Magn. Reason. Imaging 2019, 50:961-974, oder, kürzer, auch in der US 2018 / 0 164 395 A1 beschrieben. In dem Artikel von Schwarz et al. „GRAPPA reconstructed wave-CAIPI MP-RAGE at 7 Tesla“ Mag. Reson. Med. 80:2427-2438 (2018) wird eine WAVE-CAIPI GRAPPA Rekonstruktion offenbart, bei welcher eine PSF zur Beseitigung von durch die WAVE-Trajektorien verursachtem Spreizen (engl. „spreading“) verwendet wird.
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Ein Verfahren zur Magnetresonanzbildgebung mit Zusatzgradientenpulsen, bei welchem zur Berücksichtigung des Zusatzgradientenpulses eine die durch den Zusatzgradientenpuls verzerrte tatsächliche Abtasttrajektorie beschreibende Punktspreizfunktion (PSF) verwendet wird, ist in der
DE 10 2018 218 471 B3 beschrieben. Die
US 2018 / 0 143 277 A1 beschreibt ein Verfahren zur WAVE-kodierten Aufnahme von MR Bildern, wobei eine WAVE-Point-Spread-Funktion kalibriert und zur Rekonstruktion der Bilder verwendet wird. PSF-Mapping für echoplanare MR-Bildgebung wird in dem Artikel von Zaitsev et al. „Point Spread Function Mapping with Parallel Imaging Techniques and High Acceleration Factors: Fast, Robust, and Flexible Method for Echo-Planar Imaging Distortion Correction“, Magn. Reson. Med. 52:1156-1166 (2004) beschrieben.
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Idealerweise sind die PSF von sinusoidal bzw. cosinusoidal modulierten Gradienten ebenfalls sinusoidal bzw. cosinusoidal. Daher sollte eine durch eine Fouriertransformation einer solchen PSF erhaltene Modulations-Transfer-Funktion MTF nur eine Frequenzkomponente haben. In der Realität ist ein durch eine MTF beschriebenes Spektrum einer realen PSF jedoch in der Regel durch Imperfektionen der während des Auslesevorgangs eingesetzten Gradienten, die z.B. durch Wirbelströme und Verzögerungen in den geschalteten Gradienten etc. verursacht sein können, verbreitert. Daher führt eine Rekonstruktion von Bilddaten welche ein ideales PSF verwendet zu einem Verschwimmen (engl. „blurring“) in den Rekonstruierten Bilddaten.
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Somit erweisen sich Wave-Techniken als besonders sensitiv gegenüber Imperfektionen der während des Auslesevorgangs eingesetzten Gradienten, sodass Abweichungen der tatsächlich während einer Messung erzeugten Gradienten während einer Auslesezeitspanne von den jeweiligen idealen, für diese Auslesezeitspanne geplanten Gradienten zu Artefakten in den letztendlich erhaltenen Bilddaten führen.
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Derartige Abweichungen von tatsächlich während einer Messung erzeugten Gradienten während einer Auslesezeitspanne von den jeweiligen für diese Auslesezeitspanne geplanten Gradienten treten jedoch regelmäßig auf, z.B. aufgrund von hohen Strömen in den jeweiligen Gradientenspulen und dadurch verursachten Effekten wie Wirbelströmen, Feldern höherer Ordnung etc.
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Es wird bereits versucht, die negativen Effekte der oben genannten Abweichungen durch Beachten von bekannten, statischen, konstanten Zeitverzögerungen der jeweiligen Gradientenspulen retrospektiv bei der Rekonstruktion abzumildern. Dieses Vorgehen lässt jedoch frequenzabhängige Komponenten der Verzögerungen in den geschalteten Gradienten und dadurch verursachten Abweichungen sowie jegliche Abweichungen der erreichten Magnituden der geschalteten Gradienten von den geplanten Gradienten außer Acht, wodurch durch diesen unflexiblen Ansatz nur eine möglicherweise unzureichende Beseitigung von Artefakten erreicht werden kann.
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Weiterhin wurde z.B. in dem Artikel von Cauley et al. „Autocalibrated Wave-CAIPI Reconstruction; Joint Optimization of k-Space Trajectory and Parallel Imaging Reconstruction“, Magnetic Resonance in Medicine 78, 2017, S. 1093-1099, ein iteratives Verfahren beschrieben, welches Frequenzparameter der sogenannten „Point-Spread-Funktion“ PSF, welche die Ausbreitung von Aliasing-Artefakten von Unterabtastungsschemata beschreibt, variiert und die mit den verschiedenen Frequenzparametern erhaltenen Rekonstruktionsergebnisse an ausgewählten Test-Positionen über deren mittleren quadratischen Fehler (RMSE, engl. „root-mean-square-error“) vergleicht. Nähert sich der RMSE einem lokalen Minimum, wird der zugehörige Wert des Frequenzparameters als derjenige der gesuchten PSF angenommen. Auf Grundlage der gefundenen PSF wird eine Korrektur der Abweichung der Gradienten für Wave-k-Raumtrajektorien beschrieben. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch eine möglicherweise lange Zeit, die benötigt wird, um die gesuchten PSF zu finden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnelle und möglichst unkomplizierte Ermittlung von Point-Spread-Funktionen PSF zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufnahme von Messdaten mittels einer Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 12, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 14.
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Ein erfindungsgemäßes zur Ermittlung einer Point-Spread-Funktion (PSF) für eine Rekonstruktion von Bilddaten aus mittels einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten umfasst die Schritte:
- a) Laden einer für eine Magnetresonanzmessung geplanten k-Raumtrajektorie,
- b) Bestimmen je eines für die geplante k-Raumtrajektorie geltenden Wertes von zumindest einem die geplante k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter,
- c) Vergleichen von für die geplante k-Raumtrajektorie bestimmten Werten für die die k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter mit in einer Datenbank für die Magnetresonanzanlage zusammen mit je einer zugehörigen Point-Spread-Funktion PSF hinterlegten Basiswerten der die k-Raumtrajektorie charakterisierende Parameter, um den für die geplante k-Raumtrajektorie bestimmten Werten für die die k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter möglichst ähnliche Basiswerte der hinterlegten Basiswerte zu ermitteln,
- d) Aufnehmen von Messdaten unter Verwendung der geplanten k-Raumtrajektorie,
- e) Rekonstruieren von Bilddaten auf Basis der aufgenommenen Messdaten und der zu den ermittelten Basiswerten zugehörigen PSF,
- f) Überprüfen von rekonstruierten Bilddaten gemäß einem Qualitätskriterium, wobei, wenn das Qualitätskriterium nicht erfüllt ist, eine weitere PSF (PSFi) bestimmt wird, mit welcher erneut der Schritt e) durchgeführt wird, und, wenn das Qualitätskriterium erfüllt ist, die zuletzt ermittelte PSF (PSFi) für die Rekonstruktion von finalen Bilddaten BD verwendet wird.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Abweichungen von tatsächlichen PSF gegenüber idealen PSF in erster Linie durch Hardware-spezifische Eigenschaften der verwendeten Magnetresonanzanlage abhängen. Daher sollte sich eine PSF für eine k-Raumtrajektorie an einer Magnetresonanzanlage mit gegebener Hardware nicht (wesentlich) ändern.
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Durch den Einsatz von in einer Datenbank für eine verwendete Magnetresonanzanlage hinterlegten Basiswerten für eine anzuwendende k-Raumtrajektorie charakterisierende Parameter und jeweils zugehörige PSF wird von vorne herein auf die vorliegenden Hardwarebedingungen der Magnetresonanzanlage eingegangen und tatsächliche PSF für eine optimierte Rekonstruktion von Bilddaten können deutlich schneller als bisher bekannt bestimmt werden. Dadurch können Wartezeiten, die sonst für die Bestimmung der PSF anfallen, entfallen oder zumindest reduziert werden.
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Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer PSF-Bestimmungseinheit.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
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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.
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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.
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Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
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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 ein schematisches Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine beispielhafte schraubenförmige k-Raumtrajektorie,
- 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Messdaten welchen eine k-Raumtrajektorie nach 2 erreicht werden kann,
- 4 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
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1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer PSF für eine Rekonstruktion von Bilddaten aus mittels einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten.
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In dem Verfahren wird eine für eine Magnetresonanzmessung geplante k-Raumtrajektorie kTr geladen (Block 101). Ein Laden geplanter k-Raumtrajektorien kTR kann insbesondere ein Laden derjenigen Gradientenfelder Gx, Gy, Gz umfassen, welche nominell geschaltet werde müssen, um eine gewünschte k-Raumtrajektorie zu erhalten. Eine geladene k-Raumtrajektorie kann vorab auf eine bekannte Weise berechnet worden sein. Eine geladene k-Raumtrajektorie kTr ist insbesondere eine k-Raumtrajektorie, welche Imperfektionen aufweisen kann, welche zu Abweichungen einer tatsächlich ausgeführten k-Raumtrajektorie von der nominell geplanten k-Raumtrajektorie führen.
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Unter Verwendung der geladenen geplanten k-Raumtrajektorie kTr können Messdaten MD aufgenommen werden (Block 107).
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2 zeigt als Beispiel einer möglichen geplanten k-Raumtrajektorie eine beispielhafte schraubenförmige k-Raumtrajektorie W, wie sie mit einer Wave-Technik erzeugt werden kann. Die dargestellte k-Raumtrajektorie verläuft schraubenförmig entlang einer Hauptrichtung HR (Doppelpfeil), hier der kx-Richtung, mit jeweils einer Magnitude und einer Frequenz in auf die Hauptrichtung und zueinander senkrecht stehenden Richtungen, wie sie durch während des Auslesezeitraums geschaltete Gradienten in kz- und ky-Richtung vorgegeben wird.
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Zu weiteren Erläuterung ist in 3 eine schematische Darstellung eines Teils eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Messdaten mit welchen eine k-Raumtrajektorie W nach 2 erreicht werden kann, gezeigt.
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Die für die Ortskodierung der in einer Auslesezeitspanne Acq gemessenen Signale verwendeten Gradienten werden im Allgemeinen als Gradientenfelder auf den orthogonalen, z.B. den physikalischen Achsen der Magnetresonanzanlage entsprechenden, Achsen x, y, und z erzeugt, wobei die z-Richtung zumeist, ggf. aber auch die x-Richtung, als in Richtung des Hauptmagnetfelds zeigend definiert wird. Die Richtungen x, y und z können ohne Beschränkung der Allgemeinheit umbenannt werden. Die Gradientenfelder Gx, Gy, Gz werden mittels drei Gradientenspulen erzeugt, welche jeweils ein Feld in x-, y- und z-Richtung erzeugen.
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Um Messdaten eines Zielbereichs eines Untersuchungsobjekts aufzunehmen, werden auf übliche Weise Spins in dem Zielbereich mittels einer Anregung Exc angeregt und die durch die Anregung Exc erzeugten Echosignale in einer Auslesezeitspanne Acq als Messdaten aufgenommen. Während der Auslesezeitspanne Acq werden zur räumlichen Kodierung Auslesegradienten HG, WGy, WGz geschaltet, die die k-Raumtrajektorie festlegen, entlang derer die in einer Auslesezeitspanne Acq aufgenommenen Messdaten abgetastet werden. In dem dargestellten Beispiel wird in einer Hauptausleserichtung Gx ein Hauptauslesegradient HG geschaltet, der während der Auslesezeitspanne Acq eine konstante Magnitude aufweist. Gleichzeitig mit dem Hauptauslesegradienten HG, also ebenfalls während der Auslesezeitspanne Acq, wird mindestens ein weiterer Auslesegradient WGy und/oder WGz geschaltet, wobei weitere Auslesegradienten eine, z.B. zwischen einem positivem Wert einer maximalen Magnitude und dem negativen Wert der maximalen Magnitude, mit je einer Frequenz fy = 1/Ty bzw. fx = 1/Tz, z.B. sinusförmig, modulierende Magnitude aufweisen und in einer auf die Hauptausleserichtung Gx senkrecht stehenden Richtung Gy bzw. Gz geschaltet werden. In alle Gradientenachsen Gx, Gy, Gz können vor und/oder nach der Auslesezeitspanne Acq weitere Gradienten, insbesondere für eine ggf. gewünschte De- oder Rephasierung der manipulierten Spins, geschaltet werden.
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Die Richtungen Gy und Gz stehen hierbei ebenfalls senkrecht zueinander. Dadurch ergibt sich eine k-Raumtrajektorie W, die im k-Raum in der der Hauptausleserichtung Gx entsprechenden Richtung kx verläuft und dabei ebenfalls entsprechend der Modulation der geschalteten weiteren Auslesegradienten WGy und WGx um die Richtung kx moduliert, wie sie z.B. in 2 dargestellt ist. Die Modulation der k-Raumtrajektorie um die der Hauptausleserichtung Gx entsprechenden Richtung kx kann hierbei auch wellenförmig sein (wenn nur ein weiterer Auslesegradient WGy oder WGz geschaltet wird) oder, wie in 2 dargestellt, schraubenförmig (wenn zwei weitere Auslesegradienten WGy und WGz geschaltet werden) .
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Um einen Satz an Messdaten eines Zielbereichs eines Untersuchungsobjekts aufzunehmen, aus dem Bilddaten des Zielbereichs rekonstruiert werden können, wird ein in 3 dargestelltes Schema auf übliche Weise so oft, z.B. mit unterschiedlicher Phasenkodierung durch Schalten verschiedener Gradienten in Phasenkodierrichtung (nicht dargestellt) zwischen der Anregung Exc und der Auslesezeitspanne Acq oder auch mit unterschiedlichen Hauptausleserichtungen Gx wiederholt, bis ein für die Rekonstruktion der gewünschten Bilddaten ausreichender Satz an Messdaten aufgenommen wurde.
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Ein weiteres Beispiel für eine geplante k-Raumtrajektorie ist eine spiralförmige k-Raumtrajektorie. Eine spiralförmige k-Raumtrajektorie, die beispielsweise den k-Raum in seiner kzky-Ebene abtastet, kann durch ein Pulssequenzschema, das im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Pulssequenzschema in der Auslesezeitspanne keinen Gradienten in die Gx-Richtung schaltet, und statt rein sinus- bzw. cosinusförmiger Gradienten WGy und WGz wie in 3 in Gy- bzw. Gz-Richtung im Laufe der Zeit die Amplituden der in diese Gradientenrichtungen geschalteten Gradienten nicht nur sinus- und cosinusförmig moduliert, sondern darüber hinaus ansteigen lässt, sodass sich eine spiralförmige k-Raumtrajektorie ergibt.
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Von zumindest einem die geplante k-Raumtrajektorie kTr charakterisierenden Parameter wird je ein für die geplante k-Raumtrajektorie geltender Wert P bestimmt (Block 103).
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Die k-Raumtrajektorie kTr charakterisierende Parameter können insbesondere Parameter sein, die für eine Erzeugung der k-Raumtrajektorie kTr zu schaltende Gradienten charakterisieren. Diese sind in der Regel bekannt, da die k-Raumtrajektorie kTr gewöhnlich auf Basis solcher Parameter erstellt wurde.
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Insbesondere können die k-Raumtrajektorie kTr charakterisierende Parameter zumindest einen Parameter aus der Gruppe der Parameter Amplitude, insbesondere maximale Amplitude, zumindest eines für die k-Raumtrajektorie kTr zu schaltenden Gradientens, Änderungsrate, d.h. Änderung über die Zeit, der Amplitude zumindest eines für die k-Raumtrajektorie kTr zu schaltenden Gradientens, Orientierung der k-Raumtrajektorie im physikalischen k-Raum (welche sich aus den zu schaltenden Gradienten ergibt) und Grundform, z.B. Wave oder spiralförmig, der k-Raumtrajektorie umfassen.
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Die für die geplante k-Raumtrajektorie bestimmten Werte P für die die k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter werden mit in einer Datenbank DB für die Magnetresonanzanlage zusammen mit je einer zugehörigen Point-Spread-Funktion PSF(PB) hinterlegten Basiswerten PB der die k-Raumtrajektorie kTr charakterisierenden Parameter verglichen, um den für die geplante k-Raumtrajektorie bestimmten Werten P für die die k-Raumtrajektorie kTr charakterisierenden Parameter möglichst ähnliche Basiswerte der hinterlegten Basiswerte PB und die den möglichst ähnlichen Basiswerten zugehörigen Point-Spread-Funktionen PSF(PB)=PSFi zu ermitteln (Block 105). Eine Ähnlichkeit kann z.B. einfach über einen möglichst kleinen Unterschied der Werte P und der Basiswerte PB bestimmt werden. Die in der Datenbank DB zu Basiswerte PB zugehörig hinterlegten PSF PSF(PB) können beispielsweise vorab an der Magnetresonanzanlage oder einer Magnetresonanzanlage desselben Typs, ggf. bereits durch den Hersteller, ermittelt worden sein, z.B. mittels eines wie in dem bereits genannten Artikel von Cauley et al. beschrieben.
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Ist eine geplante k-Raumtrajektorie kTr eine Wave-Trajektorie können für zumindest eine Richtung, in welche für die Wave-Trajektorie modulierte Gradienten geschaltet werden, PSF(PB) in der Datenbank hinterlegt sein.
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Ist eine geplante k-Raumtrajektorie kTr eine Wave-Trajektorie, kann eine PSF für jede Richtung, in welche für die Wave-Trajektorie modulierte Gradienten geschaltet werden, ermittelt werden. Beispielsweise bei einer Wave-Trajektorie nach dem Beispiel der 2 und 3, können Werte für Parameter insbesondere der in die Gy- und Gz-Richtung zu schaltenden Gradienten getrennt voneinander bestimmt werden und entsprechend getrennt für diese Richtungen PSF ermittelt und in der Datenbank DB hinterlegt worden sein.
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Bei dem Vergleichen der bestimmten Werte P der Parameter mit den Basiswerten PB zum Ermitteln möglichst ähnlicher Basiswerte kann eine vorbestimmte Reihenfolge, in welcher die Werte der Parameter verglichen werden, eingehalten werden. Auf diese Weise lässt sich die Suche nach den den bestimmten Werten P ähnlichsten Basiswerten PB effizienter gestalten, und das Ergebnis kann schneller und mit besserer Güte ermittelt werden. Sind beispielsweise als Parameter eine maximale Amplitude und eine Änderungsrate der geschalteten Gradienten, sowie ggf. eine Orientierung der k-Raumtrajektorie im physikalischen k-Raum zu vergleichen, sollte zunächst die Amplitude verglichen werden und dann, z.B. nur noch mit den Basiswerten mit den ähnlichsten Amplituden, die Änderungsrate, und dann die Orientierung verglichen werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann bei dem Vergleichen der bestimmten Werte P der Parameter mit den Basiswerten PB zum Ermitteln möglichst ähnlicher Basiswerte zumindest für einen Parameter zumindest ein Schwellwert vorgegeben sein, um den ein Wert eines Basiswertes maximal von dem bestimmten Wert abweichen darf, um als möglichst ähnlicher Basiswert ermittelt werden zu können. Damit kann eine gewünschte Ähnlichkeit erzwungen werden, und die Ergebnisse des Vergleichs positiv beeinflusst werden. Beispielsweise kann für den Parameter der Orientierung der k-Raumtrajektorie eine Abweichung um einen Maximalwinkel, z.B. maximal 45°, vorgegeben werden.
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Auf Basis aufgenommener Messdaten MD und der zu den als möglichst ähnlich ermittelten Basiswerten zugehörigen PSF PSFi werden Bilddaten BDi rekonstruiert (Block 109). Die rekonstruierten Bilddaten BDi sind derart rekonstruiert, dass sie auf eine Qualität der Rekonstruktion Rückschlüsse erlauben. Dazu kann es ausreichend sein, dass sie nur auf Basis von im zentralen k-Raum aufgenommenen Messdaten MD rekonstruiert wurden und sie somit eine geringere Auflösung haben.
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Können keine möglichst ähnlichen Basiswerte ermittelt werden, kann eine Standard-PSF oder eine für die geplante k-Raumtrajektorie berechnete, ideale PSF bei einem ersten Durchführen von Block 109 verwendet werden.
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Rekonstruierte Bilddaten BDi werden gemäß einem Qualitätskriterium Q überprüft (Abfrage 111). Bei dem Qualitätskriterium kann es sich z.B. um eine Bewertung von in den rekonstruierten Bilddaten BDi vorhandenen Artefakten handeln, die z.B. entweder einen vorgegebenen Schwellwert unterschreiten müssen oder einem erreichbaren Minimum entsprechen müssen, um das Qualitätskriterium Q zu erfüllen. Insbesondere kann wie in dem bereits genannten Artikel von Cauley et al. ein RMSE verwendet werden, um die Qualität der rekonstruierten Bilddaten BDi zu prüfen. Das Qualitätskriterium Q kann insbesondere, wenn ein Minimum gesucht wird, dann als erfüllt gelten, wenn sich die letzten für die Bilddaten BDi ermittelten, eine Behaftung mit Artefakten beschreibenden Werte, z.B. RMSE-Werte, nicht mehr oder nur noch unter einer Schwellenabweichung voneinander unterscheiden. Auf diese Weise lässt sich eine gesuchte für die Rekonstruktion der Bilddaten optimale PSF finden.
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Ist eine geplante k-Raumtrajektorie kTr eine Wave-Trajektorie und wurde für zumindest eine Richtung, in welche für die Wave-Trajektorie modulierte Gradienten geschaltet werden, PSF(PB) in der Datenbank hinterlegt, können gesuchte PSFi auch auf Basis dieser für eine Richtung, in welche für die Wave-Trajektorie modulierte Gradienten geschaltet werden, hinterlegten PSF(PB) ermittelt werden. Eine gesuchte PSFi kann z.B. wie in dem bereits genannten Artikel von Polak et al. in Komponenten, z.B. entsprechend der geschalteten modulierten Gradienten und einer ggf einer Verkippungskomponente (engl. „tilt“), zerlegt werden. Damit wäre auch denkbar, nur zumindest eine Komponente einer PSF zu den Basiswerten PB in der Datenbank DB zu hinterlegen. Ggf. fehlende Komponenten, z.B. eine Verkippungskomponente, einer gesuchten PSFi können in Iterationen der Überprüfung über das Qualitätskriterium Q bestimmt werden.
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Die Bedingungen, unter welchen das Qualitätskriterium erfüllt ist, wie z.B. Schwellwerte oder Schwellenabweichungen, können in Abhängigkeit von bereits in der Datenbank DB hinterlegten Basiswerten PB angepasst werden, z.B. um eine Konvergenz der iterativen Suche nach dem gesuchten PSFi zu beschleunigen. Beispielsweise ist es denkbar, die Bedingungen für ein Erfülltsein des Qualitätskriteriums Q zu verschärfen, je ähnlicher die aus den hinterlegten Basiswerten PB ermittelten möglichst ähnlichen Basiswerte PB den Werten P sind und/oder je mehr Basiswerte PB bereits in der Datenbank hinterlegt sind. Ist das Qualitätskriterium Q nicht erfüllt (Abfrage 111, n), wird der Zähler i um eins erhöht (i=i+1) und eine weitere PSF (PSFi, i≠0) bestimmt (Block 113), auf Basis welcher erneut Bilddaten BDi rekonstruiert werden (erneute Durchführung von Block 109 mit neuem PSFi). Dies kann so lange erfolgen, bis das Qualitätskriterium Q erfüllt ist oder bis der Zähler i einen vorgegebenen Maximalwert N erreicht (i≤N). Für eine Ermittlung einer weiteren PSFi, i≠0, wird z.B. einer der als möglichst ähnlich ermittelten Basiswerte variiert. Auch hier kann analog zu dem in dem bereits erwähnten Artikel von Cauley et al. beschriebenen Verfahren vorgegangen werden.
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Ist das Qualitätskriterium Q erfüllt (Abfrage 111, y), kann die zuletzt ermittelte PSF PSFi als gesuchte PSFi für die Rekonstruktion von finalen Bilddaten BD auf Basis sämtlicher aufzunehmender Messdaten MD verwendet werden (Block 109, „if 111y“). Waren schon die zuletzt rekonstruierten Bilddaten BDi auf Basis aller aufzunehmender Messdaten MD rekonstruiert, können die zuletzt rekonstruierten Bilddaten BDi die finalen Bilddaten BD sein.
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Weiterhin können, wenn das Qualitätskriterium Q erfüllt ist (Abfrage 111, y), die zuletzt bestimmte PSF PSFi(P) zusammen mit den Werten P für die geplante k-Raumtrajektorie kTr charakterisierende Parameter als neue Basiswerte PB in der Datenbank DB hinterlegt werden. Auf diese Weise wird die Datenbank DB geschickt um relevante, da bei tatsächlichen Messungen eingesetzte, Daten erweitert. Wenn an der Magnetresonanzanlage häufiger mit einer k-Raumtrajektorie Messungen durchgeführt werden, deren Parameterwerte nicht, oder nur wenig geändert werden, kann sich hierdurch die iterative Rekonstruktion von Bilddaten BDi erheblich beschleunigen.
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In der Datenbank DB hinterlegte PSF können als zugehörige Modulations-Transfer-Funktion MTF hinterlegt sein. Diese umfassen nur die Frequenzkomponenten der PSF und benötigen daher weniger Speicherplatz.
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Es ist weiterhin denkbar, dass in der Datenbank DB hinterlegte Basiswerte PB mit zugehörigen PSF PSF(PB) bei ihrer Hinterlegung einen Zeitstempel erhalten und Basiswerte PB mit zugehörigen PSF PSF(PB), deren Zeitstempel einen zeitlichen Abstand von einem aktuellen Datum hat, der größer als ein vorgegebener Wert einer maximalen Hinterlegungsdauer ist, aus der Datenbank DB entfernt werden. Obwohl sind die PSF für eine gegebene Magnetresonanzanlage nicht ändern sollte, kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass die in der Datenbank hinterlegten Basiswerte PB und zugehörige PSF PSF(PB) immer einem ausreichend aktuellen Stand haben, sodass ggf. auftretende Änderungen, z.B. bei Wechsel von Hardwarekomponenten, wie etwa der Gradienteneinheit, sich nicht negativ auf das Verfahren auswirken. Darüber hinaus kann so erreicht werden, dass die Datenbank DB nicht übermäßig befüllt wird, was u.a. ein Vergleichen zum Bestimmen ähnlicher Basiswerte verlängern könnte.
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4 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.
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In der 4 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.
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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 oder der Slab Si stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Echosignale aufgenommen und als Messdaten erfasst werden sollen.
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Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage 1 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.
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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 in aller Regel 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.
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Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine PSF-Bestimmungseinheit 15, mit welcher erfindungsgemäße PSF bestimmt werden können, die durch die Gradientensteuerung 5' umgesetzt werden können. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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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.
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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.
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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.