DE102021203259A1

DE102021203259A1 - Verfahren zur Erstellung von diffusionsgewichteten und nicht-diffusionsgewichteten Messdaten mittels Magnetresonanz

Info

Publication number: DE102021203259A1
Application number: DE102021203259.1A
Authority: DE
Inventors: Adam Kettinger; Mario Zeller
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2022-10-06
Also published as: US11782117B2; US20220317223A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage umfasst die Schritte:- Aufnehmen eines ersten unterabgetasteten Satzes an diffusionsgewichteten Messdaten unter Schalten von Diffusionsgradienten zur Diffusionskodierung der Messdaten mit einem ersten Echoabstand,- Aufnehmen eines zweiten unterabgetasteten Satzes an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten mit dem ersten Echoabstand,- Ergänzen des ersten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem ersten vollständigen Satz an Messdaten und des zweiten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz an Messdaten mittels Kalibrierungsdaten, wobei zumindest die bei der Ergänzung des zweiten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz an Messdaten verwendeten ersten Kalibrierungsdaten dem ersten Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden.Dadurch, dass unterabgetastete Sätze an Messdaten mittels Kalibrierungsdaten, welche entsprechend demselben Echoabstand wie die unterabgetasteten Messdaten aufgenommen wurden, zu vollständigen Sätzen an Messdaten ergänzt werden, werden Störsignale in den ergänzten Messdaten vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von diffusionsgewichteten und nicht-diffusionsgewichteten Messdaten mittels Magnetresonanz, die unterabgetastet aufgenommen werden.
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.
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. Dabei werden um einen oft Beschleunigungsfaktor genannten Faktor F weniger Messdaten aufgenommen als bei einer gemäß Nyquist vollständigen Abtastung. 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. Dabei können Beschleunigungsfaktoren von F=8 oder sogar höher eingesetzt werden. Ein Beschleunigungsfaktor F=2, der die aufzunehmenden Messdaten halbiert, wird hierbei besonders häufig eingesetzt.
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.
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 Schichtseletionsrichtung 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.
Eine Magnetresonanzaufnahme kann aus einer Vielzahl von einzelnen Teilmessungen zusammengesetzt sein, bei denen Rohdaten aus verschiedenen Schichten des Untersuchungsobjekts aufgenommen werden, um daraus anschließend Volumenbilddaten zu rekonstruieren.
Darüber hinaus ist es aber bei manchen Untersuchungen auch notwendig, mehrere, d. h. eine ganze Serie von Magnetresonanzaufnahmen des Untersuchungsobjekts, durchzuführen, wobei ein bestimmter Messparameter variiert wird. Anhand der Messungen wird die Wirkung dieses Messparameters auf das Untersuchungsobjekt beobachtet, um daraus dann später diagnostische Schlüsse zu ziehen. Unter einer Serie sind dabei zumindest zwei, in der Regel aber mehr als zwei Magnetresonanzaufnahmen zu verstehen. Sinnvollerweise wird dabei ein Messparameter so variiert, dass der Kontrast eines bei den Messungen angeregten bestimmten Materialtyps, beispielsweise eines Gewebetyps des Untersuchungsobjekts oder eines chemischen Stoffes, der signifikant für die meisten bzw. bestimmte Gewebetypen ist, wie z. B. Wasser, durch die Variation des Messparameters möglichst stark beeinflusst wird. Dies sorgt dafür, dass die Wirkung des Messparameters auf das Untersuchungsobjekt besonders gut sichtbar ist.
Ein typisches Beispiel für Serien von Magnetresonanzaufnahmen unter der Variation eines den Kontrast stark beeinflussenden Messparameters sind so genannte Diffusionsbildgebungsverfahren (englisch „Diffusion weighting imaging“ (DWI)). Unter Diffusion versteht man die Brownsche Bewegung (englisch „brownian motion“) von Molekülen in einem Medium. Bei der Diffusionsbildgebung werden in der Regel mehrere Bilder mit unterschiedlichen Diffusionsrichtungen und -wichtungen aufgenommen und miteinander kombiniert. Die Stärke der Diffusionswichtung wird meist durch den so genannten „b-Wert“ definiert. Die Diffusionsbilder mit unterschiedlichen Diffusionsrichtungen und -wichtungen bzw. die daraus kombinierten Bilder können dann zu diagnostischen Zwecken verwendet werden. So können durch geeignete Kombinationen der aufgenommenen diffusionsgewichteten Bilder Parameterkarten mit besonderer diagnostischer Aussagekraft erzeugt werden, wie beispielsweise Karten, die den „Apparent Diffusion Coefficient (ADC)“ oder die „Fractional Anisotropy (FA)“ wiedergeben.
Bei der diffusionsgewichteten Bildgebung werden zusätzliche Gradienten, die die Diffusionsrichtung und -wichtung wiederspiegeln, in eine Pulssequenz einfügt, um die Diffusionseigenschaften des Gewebes sichtbar zu machen oder zu messen. Diese Gradienten führen dazu, dass Gewebe mit schneller Diffusion (z.B. Zerebrospinalflüssigkeit, englisch „cerebral spinal fluid“ CSF) einem stärkeren Signalverlust unterliegt als Gewebe mit langsamer Diffusion (z.B. die graue Substanz im Gehirn, englisch „grey matter“). Der daraus resultierende Diffusionskontrast wird klinisch immer bedeutender und Anwendungen gehen inzwischen weit über die klassische frühe Erkennung von ischämischem Schlaganfall (englisch „ischemic stroke“) hinaus.
Häufig basiert die Diffussionsbildgebung auf der Echoplanarbildgebung (EPI) wegen der kurzen Akquisitionszeit der EPI Sequenz pro Bild und Ihrer Robustheit gegenüber Bewegung.
Im Rahmen einer EPI-Messung kann es möglich sein, dass die aufgenommenen Messdaten Artefakte aufweisen, welche die Bildgebung des Untersuchungsobjekts beeinträchtigen. Im Detail wird im Rahmen der EPI typischerweise ein Gradientenzug angewendet, welcher mehrere Gradienten unterschiedlicher Polarität in einer sequenziellen Abfolge umfasst. Je nach Polarität werden die durch den Gradientenzug erzeugten Gradientenechos manchmal als gerade bzw. ungerade bezeichnet. Aufgrund der alternierenden Polarität der Gradienten des Gradientenzugs werden Messdaten für unterschiedliche Zeilen des k-Raums in alternierende Richtung gemessen. Dies bedeutet zum Beispiel, dass Messdaten für eine erste Zeile von links nach rechts gemessen werden und für eine zweite Zeile, die im k-Raum benachbart zu der ersten Zeile angeordnet ist, von rechts nach links gemessen werden.
Bei EPI-Messungen können Fehler der Phase (Phasenfehler) auftreten, die Artefakte bewirken. Insbesondere kann es zu Verschiebungen der Phase der Messdaten für Zeilen im k-Raum mit unterschiedlicher Messrichtung, wie obenstehend beschrieben, kommen. Dies kann zum Beispiel aufgrund von Zeit-Ungenauigkeiten beim Anwenden der Gradientenpulse und/oder bei der Digitalisierung im Rahmen der Aufnahme der Messdaten und/oder aufgrund von Wirbelstromeffekten auftreten. Ein solcher Versatz der Phase der Messdaten in benachbarten Zeilen des k-Raums kann zu sogenannten N/2-Geisterartefakten (engl. „N/2 ghost artifacts“) führen. Ein solches N/2-Geisterartefakt kann in dem MR-Bild als „Geister“-Abbildung des Untersuchungsobjekts auftreten und typischerweise eine geringere Intensität als die tatsächliche Abbildung des Untersuchungsobjekts aufweisen und weiterhin gegenüber der tatsächlichen Abbildung des Untersuchungsobjekts in positiver und/oder negativer Richtung verschoben sein.
Es sind bereits Verfahren zur Korrektur derartiger N/2-Geisterartefakte bekannt. Diese sind jedoch bei Einsatz von parallelen Akquisitionstechniken, wie z.B. GRAPPA oder auch entsprechenden SMS-Techniken, nicht befriedigend effektiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diffusionsbildgebung zu ermöglichen, welche auch bei Verwendung von parallelen Akquisitionstechniken Artefakte verhindert.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 13, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 14, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 15.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass unterschiedliche effektive Echoabstände (Echoabstand: zeitlicher Abstand zwischen zwei in einem Echozug aufeinanderfolgenden Echos), im Folgenden kurz als „Echoabstand“ bezeichnet, von in parallelen Akquisitionstechniken verwendete Kalibrierungsdaten zur Ergänzung von nicht-gemessenen Messdaten einerseits und von bei der Aufnahme der Messdaten andererseits Artefakte verursachen können, insbesondere, wenn störende Signale, z.B. von Fett oder CSF, nicht ausreichend dephasiert sind. In der Regel werden (zumindest im k-Raumzentrum vollständig aufzunehmende) Kalibrierungsdaten mit einem geringeren Echoabstand aufgenommen als (gemäß einem Beschleunigungsfaktor F unvollständig aufzunehmende) Messdaten, um die Aufnahmezeit der Kalibrierungsdaten gering zu halten. Dabei werden Kalibrierungsdaten möglichst innerhalb einer einzigen Aufnahme nach einem RF-Anregungspuls („single shot acquisition“) aufgenommen, wodurch weiterhin Bewegungs- und/oder Pulsationsartefakte in den Kalibrierungsdaten entstehen können, zu vermeiden. Bewegungs- und/oder Pulsationsartefakte können bei länger andauernden, z.B. in mehreren Aufnahmen durchgeführten („multi shot acquisitions“), Aufnahmezeiten der Kalibrierungsdaten durch Bewegungen des Untersuchungsobjektes und/oder von Gewebe innerhalb des Untersuchungsobjektes entstehen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erfassen von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage umfasst die Schritte:

- Aufnehmen eines ersten unterabgetasteten Satzes an diffusionsgewichteten Messdaten unter Schalten von Diffusionsgradienten zur Diffusionskodierung der Messdaten mit einem ersten Echoabstand,
- Aufnehmen eines zweiten unterabgetasteten Satzes an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten mit dem ersten Echoabstand,
- Ergänzen des ersten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem ersten vollständigen Satz an Messdaten und des zweiten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz an Messdaten mittels Kalibrierungsdaten, wobei zumindest die bei der Ergänzung des zweiten unterabgetasteten Satzes an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz an Messdaten verwendeten ersten Kalibrierungsdaten dem ersten Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden.

Dadurch, dass unterabgetastete, und damit unvollständige Sätze an, insbesondere nicht-diffusionsgewichteten, Messdaten mittels Kalibrierungsdaten, welche entsprechend demselben Echoabstand wie die unterabgetasteten Messdaten aufgenommen wurden, zu vollständigen Sätzen an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten ergänzt werden, werden Störsignale in den ergänzten Messdaten vermieden, die ansonsten zu Artefakten in aus mit einem anderen Echoabstand entsprechend aufgenommenen Kalibrierungsdaten ergänzten vollständigen Sätzen an Messdaten rekonstruierten Bilddaten führen würden.
Herkömmlich aufgenommene Kalibrierungsdaten, welche einem anderen, z.B. kürzeren, Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden, als damit zu ergänzenden Sätze an Messdaten, können jedoch eingesetzt werden, um zumindest einen unterabgetasteten Satz an diffusionsgewichteten Messdaten zu einem vollständigen Satz an diffusionsgewichteten Messdaten zu ergänzen, ohne dass mit Artefakten zu rechnen ist, da die angewandte Diffusionskodierung für eine ausreichende Dephasierung von möglichen Störsignalen sorgt. Hierbei kann insbesondere ein unterabgetasteter Satz an diffusionsgewichteten Messdaten, welcher mit einer Diffusionskodierung aufgenommen wurde, welche einem niedrigen, insbesondere dem kleinsten, b-Wert der insgesamt vorgesehenen b-Werte entspricht und/oder in eine gegen Störungen, wie z.B. Wirbelströme, möglichst unempfindliche Diffusionsrichtung verläuft, um ein möglichst hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR, engl. „signal-to-noise ratio“) zu erhalten.
Ein derartig zu einem vollständigen Satz an diffusionsgewichteten Messdaten ergänzter Satz an Messdaten kann insbesondere direkt als Kalibrierungsdaten für eine Ergänzung eines unterabgetasteten Satzes an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten verwendet werden, da er vollständig ist, und wenn, wie üblich, sowohl diffusionsgewichtete als auch nicht-diffusionsgewichtete Messdaten mit demselben Echoabstand aufgenommen wurden. So kann das hier vorgeschlagene Verfahren ein zweistufiger Ansatz zur Ergänzung unvollständiger Sätze an Messdaten sein, welcher mittels (herkömmlicher) Kalibrierungsdaten erfindungsgemäße Kalibrierungsdaten ermittelt, mit welchen Artefakte, insbesondere Geisterartefakte, vermieden werden können, ohne dass die verwendete Messsequenz verändert werden muss.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Kalibrierungsdatenermittlungseinheit.
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 ein schematisches Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 schematisch dargestellte mögliche Abtastschemata für aufzunehmende und ergänzte Sätze an Messdaten und an Kalibrierungsdaten im k-Raum, wie sie in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können,
3 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage.
Dabei wird ein erster unterabgetasteter Satz MDS1* an diffusionsgewichteten (b>0) Messdaten unter Schalten von Diffusionsgradienten zur Diffusionskodierung der Messdaten mit einem ersten Echoabstand Δt1 aufgenommen (Block 101).
Weiterhin wird ein zweiter unterabgetasteter Satz MDS2* an nicht-diffusionsgewichteten (b=0) Messdaten mit dem ersten Echoabstand Δt1, aber ohne Diffusionskodierung aufgenommen (Block 101') .
Der erste und der zweite unterabgetastete Satz an Messdaten MDS1* und MDS2* können insbesondere im Rahmen einer Diffusionsmessung, bei welcher Messdaten mit verschiedenen Diffusionswichtungen (verschiedene b-Werte, einschließlich b=0 (keine Diffusionskodierung); in verschiedenen Diffusionsrichtungen), z.B. unter Verwendung einer EPI-Sequenz, gemäß einer parallelen Akquisitionstechnik, z.B. GRAPPA oder CAIPIRINHA, aufgenommen werden.
Der zweite unterabgetastete Satz MDS2* an Messdaten wird mittels erster Kalibrierungsdaten KD1, welche dem ersten Echoabstand Δt1 entsprechend aufgenommen wurden, ergänzt (Block 103').
Erste Kalibrierungsdaten KD1 können im Rahmen einer Kalibrierungsmessung, z.B. einer Vorabmessung, aufgenommen werden oder worden sein (Block 102').
Der erste unterabgetastete Satz MDS1* an Messdaten wird mittels ersten Kalibrierungsdaten KD1 oder zweiten Kalibrierungsdaten KD2 zu einem ersten vollständigen Satz MDS1 an Messdaten ergänzt (Block 103).
Die Ergänzungen unterabgetasteter Sätze an Messdaten MDS1* und MDS2* zu vollständigen Sätzen an Messdaten MDS1 und MDS2 mittels Kalibrierungsdaten KD1 oder KD2 kann gemäß der bei der Aufnahme der Messdaten verwendeten parallelen Akquisitionstechnik erfolgen. Dabei können Ergänzungen von unterabgetasteten Messdaten in mindestens eine k-Raumrichtung erfolgen, z.B. in Phasenkodierrichtung und/oder in Schichtselektionsrichtung.
Der erste unterabgetastete Satz MDS1* an Messdaten kann unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten KD2, welche einem zweiten Echoabstand Δt2 entsprechend aufgenommen wurden, zu einem ersten vollständigen Satz MDS1 an Messdaten ergänzt werden, wobei der erste Echoabstand Δt1 und der zweite Echoabstand Δt2 verschieden sind. Insbesondere kann der erste Echoabstand Δt1 größer als der zweite Echoabstand Δt2 sein.
Zweite Kalibrierungsdaten KD2 können im Rahmen einer Kalibrierungsmessung, z.B. einer Vorabmessung, insbesondere mit einer Aufnahme („single shot acquisition“), aufgenommen werden oder worden sein (Block 102). Um die Messzeit insgesamt kurz zu halten und/oder um Bewegungssensitivitäten gering zu halten, sind insbesondere „single shot“-Aufnahmen von zweiten Kalibrierungsdaten KD2, welche in der Regel getrennt von den Aufnahmen der Messdaten (MDS1*, MDS2*) durchgeführt werden, zu empfehlen.
Erste Kalibrierungsdaten KD1 können aus einem ersten unterabgetasteten Satz MDS1* an Messdaten ermittelt werden (Block 107), wodurch Messzeiten für Aufnahmen von ersten Kalibrierungsdaten KD1 entfallen können.
Dazu können erste Kalibrierungsdaten KD1 insbesondere aus einem unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten KD2, welche einem zweiten Echoabstand Δt2 entsprechend aufgenommen wurden, ergänzten ersten vollständigen Satz MDS1 an Messdaten ermittelt werden. Beispielsweise können einem zentralen k-Raumbereich entsprechende Messdaten des ersten vollständigen Satzes MDS1 an Messdaten als Kalibrierungsdaten KD1 herangezogen werden. Artefaktvermeidende erste Kalibrierungsdaten KD1 können so auf Basis von zweiten, z.B. herkömmlichen mittels einer einzigen schnellen Aufnahme aufgenommenen, Kalibrierungsdaten KD2 und auf Basis des sowieso aufzunehmenden ersten unterabgetasteten Satzes MDS1* an Messdaten ermittelt werden. Es können sowohl eine Aufnahme von zweiten Kalibrierungsdaten KD2 als auch die Aufnahmen unterabgetasteter erster und zweiter Sätze an Messdaten MDS1* und MDS2* mittels „single shot“-Aufnahmen durchgeführt werden, um Bewegungssensitivitäten wie sie häufig bei „multi-shot“-Aufnahmen auftrete, zu vermeiden.
Es ist auch denkbar, dass ein aus einem unterabgetasteten ersten Satz MDS1* an Messdaten unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten KD2 ergänzter erster vollständiger Satz MDS1 an Messdaten als erste Kalibrierungsdaten KD1 verwendet wird und somit der erste vollständige Satz MDS1 an Messdaten ersten Kalibrierungsdaten KD1 entspricht. Ein erster vollständiger Satz MDS1 an Messdaten ist durch seine Vollständigkeit grundsätzlich geeignet als Kalibrierungsdaten verwendet zu werden. Der dem ersten vollständigen Satz MDS1 an Messdaten zugrundeliegende erste unterabgetastete Satz MDS1* an Messdaten wurde mit dem ersten Echoabstand Δt1 aufgenommen. Somit erfüllt der erste vollständige Satz MDS1 an Messdaten alle erforderlichen Bedingungen, um als erste Kalibrierungsdaten KD1 verwendet werden zu können.
Ein unterabgetasteter erster Satz MDS1* an Messdaten, aus welchem erste Kalibrierungsdaten KD1 ermittelt werden, kann mit einer Diffusionskodierung aufgenommen werden, welche einem niedrigen b-Wert entspricht und/oder in eine gegen Störungen unempfindliche Diffusionsrichtung verläuft.
Ein niedriger b-Wert kann hierbei z.B. ein innerhalb vorgesehener b-Werte in einem unteren Drittel mit den kleinsten b-Werten liegender, insbesondere der kleinste vorgesehene b-Wert, sein. Eine derartige Wahl des ersten unterabgetasteten Satzes MDS1* an (diffusionsgewichteten) Messdaten sorgt für ein möglichst günstiges Signal-zu-Rausch-Verhältnis in den so aufgenommenen Messdaten.
Ein unterabgetasteter erster Satz MDS1* an Messdaten, aus welchem erste Kalibrierungsdaten KD1 ermittelt werden, kann vor einer Aufnahme von anderen unterabgetasteten ersten Sätzen MDS1* an Messdaten und/oder vor einer Aufnahme von unterabgetasteten zweiten Sätzen MDS2* an Messdaten aufgenommen werden. Dadurch stehen die ersten Kalibrierungsdaten KD1 bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Laufe aller durchzuführender Aufnahmen im Rahme der Diffusionsmessung zur Verfügung für durchzuführende Ergänzungen. Insbesondere kann ein unterabgetasteter erster Satz MDS1* an Messdaten, aus welchem erste Kalibrierungsdaten KD1 ermittelt werden, als erstes, ggf. nach Aufnahme zweiter Kalibrierungsdaten KD2, aufgenommen werden.
Aus ersten vollständigen Sätzen MDS1 an Messdaten können erste Bilddaten BDS1 rekonstruiert werden (Block 105), und aus zweiten vollständigen Sätzen MDS2 an Messdaten können zweite Bilddaten BDS2 rekonstruiert werden (Block 105').
Dabei können die ersten und zweiten Bilddaten BDS1 und BDS2 jeweils aus vollständigen Sätzen MDS1 und MDS2 an Messdaten rekonstruiert werden, die jeweils mit denselben Kalibrierungsdaten, insbesondere mit ersten Kalibrierungsdaten KD1, ergänzt wurden. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass eine Verwendung unterschiedlicher Kalibrierungsdaten bei Ergänzungen für Sätze an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten MDS2 einerseits und für Sätze an diffusionsgewichteten Messdaten MDS1 andererseits zu Inkohärenzen zwischen aus unterschiedliche ergänzten Sätzen an Messdaten rekonstruierten diffusionsgewichteten Bilddaten BDS1 und nicht-diffusionsgewichteten Bilddaten BDS2 führt, welche eine Vergleichbarkeit der diffusionsgewichteten Bilddaten BDS1 mit den nicht-diffusionsgewichteten Bilddaten BDS2 stören können.
Rekonstruierte Bilddaten BDS1, BDS2 können gespeichert, angezeigt und/oder weiterverarbeitet werden.
Auf Basis des ersten Bilddatensatzes BDS1 und des zweiten Bilddatensatz BDS2 können Diffusionswerte, z.B. ADC-Werte, bestimmt werden (Block 109).
In 2 sind schematisch mögliche Abtastschemata für oben beschriebene aufzunehmende und ergänzte Sätze an Messdaten MDS1*, MDS2*, MDS1, MDS2 und an Kalibrierungsdaten KD1, KD2 im k-Raum, wie sie in einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, dargestellt.
In den dargestellten Beispielen wird in jedem Abtastschema bei einer Aufnahme von Messdaten der k-Raum entlang in Ausleserichtung k_x orientierter, senkrecht auf die Phasenkodierrichtung k_y stehender k-Raumzeilen abgetastet. Dabei sind nicht-aufgenommene Messdaten als gestrichelte Linien, aufgenommene Messdaten als Pfeile (wie es beispielsweise bei EPI-Sequenzen üblich ist, werden benachbarte gemessene k-Raumzeilen in entgegengesetzten Richtungen abgetastet), und ergänzte Messdaten als punktierte Linien dargestellt.
Das dargestellte Abtastschema für zweite Kalibrierungsdaten KD2 zeigt, dass Messdaten im zentralen Bereich des k-Raums mit einem Echoabstand Δt2 aufgenommen werden.
Das dargestellte Abtastschema für einen ersten unterabgetasteten Satz an Messdaten MDS1* zeigt, dass mit einem Beschleunigungsfaktor F=2, d.h. nur in jeder zweiten k-Raumzeile, Messdaten mit einem Echoabstand Δt1 aufgenommen werden.
Analog zeigt das dargestellte Abtastschema für einen zweiten unterabgetasteten Satz an Messdaten MDS2*, dass mit einem Beschleunigungsfaktor F=2, d.h. nur in jeder zweiten k-Raumzeile, Messdaten mit einem Echoabstand Δt1 aufgenommen werden.
Das dargestellte Abtastschema für erste Kalibrierungsdaten KD1 zeigt, dass Messdaten mit einem Echoabstand Δt1 aufgenommen werden, und jede zweite k-Raumzeile ergänzt wird. Derartige erste Kalibrierungsdaten KD1 können z.B. wie oben beschrieben durch Ergänzen eines ersten unterabgetasteten Satzes MS1* an Messdaten mittels zweiter Kalibrierungsdaten KD2 ermittelt werden.
Das dargestellte Abtastschema für einen ersten vollständigen Satz MDS1 an Messdaten zeigt, dass die im zugehörigen ersten unterabgetasteten Satz MDS1* an Messdaten nicht aufgenommenen Messdaten ergänzt wurden. Dies kann mittels erster oder zweiter Kalibrierungsdaten KD1 (z.B. um eine konsistente Ergänzung nicht-aufgenommener Messdaten für diffusionsgewichtete Messdaten und nicht-diffusionsgewichtete Messdaten zu gewähren) oder KD2 (z.B. um erste Kalibrierungsdaten zu ermitteln) erfolgt sein.
Analog zeigt das dargestellte Abtastschema für einen zweiten vollständigen Satz MDS2 an Messdaten, dass die im zugehörigen zweiten unterabgetasteten Satz MDS2* an Messdaten nicht aufgenommenen Messdaten ergänzt wurden. Diese Ergänzung sollte zur Vermeidung von Artefakten, insbesondere von Fett- oder CSF-Geisterartefakten, mittels erster Kalibrierungsdaten KD1 (welche einen gleichen Echoabstand aufweisen) erfolgt sein.
3 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 3 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 oder der Slab S_i stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Daten aufgenommen und als Messdaten erfasst werden sollen.
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.
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.
Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Kalibrierungsdatenermittlungseinheit 15, mit welcher Kalibrierungsdaten, insbesondere zweite Kalibrierungsdaten, zur Ergänzung von unterabgetasteten Sätzen von Messdaten ermittelt 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.

Claims

Verfahren zum Erfassen von Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage (1) umfassend die Schritte: - Aufnehmen eines ersten unterabgetasteten Satzes (MDS1*) an diffusionsgewichteten Messdaten unter Schalten von Diffusionsgradienten zur Diffusionskodierung der Messdaten mit einem ersten Echoabstand, - Aufnehmen eines zweiten unterabgetasteten Satzes (MDS2*) an nicht-diffusionsgewichteten Messdaten mit dem ersten Echoabstand, - Ergänzen des ersten unterabgetasteten Satzes (MDS1*) an Messdaten zu einem ersten vollständigen Satz (MDS1) an Messdaten und des zweiten unterabgetasteten Satzes (MDS2*) an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz (MDS2) an Messdaten mittels Kalibrierungsdaten (KD1, KD2), wobei zumindest die bei der Ergänzung des zweiten unterabgetasteten Satzes (MDS2*) an Messdaten zu einem zweiten vollständigen Satz (MDS2) an Messdaten verwendeten ersten Kalibrierungsdaten (KD1) dem ersten Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste unterabgetastete Satz (MDS1*) an Messdaten unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten (KD2), welche einem zweiten Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden, zu einem ersten vollständigen Satz (MDS1) an Messdaten ergänzt wird, wobei der erste Echoabstand und der zweite Echoabstand verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei erste Kalibrierungsdaten (KD1) aus einem ersten unterabgetasteten Satz (MDS1*) an Messdaten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei erste Kalibrierungsdaten (KD1) aus einem unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten (KD2), welche einem zweiten Echoabstand entsprechend aufgenommen wurden, ergänzten ersten vollständigen Satz (MDS1) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein unterabgetasteter erster Satz (MDS1*) an Messdaten, aus welchem erste Kalibrierungsdaten (KD1) ermittelt werden, mit einer Diffusionskodierung aufgenommen wurde, welche einem niedrigen b-Wert entspricht und/oder in eine gegen Störungen unempfindliche Diffusionsrichtung verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei ein aus einem unterabgetasteten ersten Satz (MDS1*) an Messdaten unter Verwendung von zweiten Kalibrierungsdaten (KD2) ergänzter erster vollständiger Satz (MDS1) an Messdaten ersten Kalibrierungsdaten (KD1) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei ein unterabgetasteter erster Satz (MDS1*) an Messdaten, aus welchem erste Kalibrierungsdaten (KD1) ermittelt werden, vor einer Aufnahme von anderen unterabgetasteten ersten Sätzen (MDS1*) an Messdaten und/oder vor einer Aufnahme von unterabgetasteten zweiten Sätzen (MDS2*) an Messdaten aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der erste Echoabstand größer als der zweite Echoabstand ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei zweite Kalibrierungsdaten (KD2) mit einer Aufnahme („single shot acquisition“) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus ersten vollständigen Sätzen (MDS1) an Messdaten erste Bilddaten (BDS1) und aus zweiten vollständigen Sätzen (MDS2) an Messdaten zweite Bilddaten (BDS2) rekonstruiert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei Bilddaten (BDS1, BDS2) aus vollständigen Sätzen (MDS1, MDS2) an Messdaten rekonstruiert werden, die jeweils mit denselben Kalibrierungsdaten (KD1) ergänzt wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Ergänzungen von unterabgetasteten Messdaten in mindestens eine k-Raumrichtung erfolgen.
Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9) mit einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung (7') und mit einer Kalibrierungsdatenermittlungseinheit (15), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
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 12 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (9) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 14 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 12 durchführen.