DE102021203269A1

DE102021203269A1 - Verfahren zur Reduzierung von Artefakten in mittels Magnetresonanz aufgenommenen Bilddatensätzen

Info

Publication number: DE102021203269A1
Application number: DE102021203269.9A
Authority: DE
Inventors: Flavio Carinci; 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: CN115144802A; US20220317220A1; US11747425B2

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen, welche aus zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden, umfasst eine iterative Modifizierung und damit eine Optimierung der bei der Rekonstruktion von Einzelbilddatensätzen aus kollabiert aus mehreren Schichten aufgenommenen Messdatensätzen zugrunde gelegten k-Raumtrajektorien und damit eine retrospektive Reduzierung von Störungen in den erhaltenen Einzelbilddatensätzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Artefakten in mittels Magnetresonanz aufgenommenen Bilddatensätzen, insbesondere ein Verfahren zur verbesserten Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen, welche aus zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden.
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.
Das wohl meistverwendete Verfahren, um nach einer Anregung der Kernspins Echosignale zu erzeugen, ist das sogenannte Spin-Echo-Verfahren. Im einfachsten Fall wird hierbei durch Einstrahlen mindestens eines RF-Refokussierungspulses nach dem Einstrahlen des RF-Anregungspulses die transversale Magnetisierung sozusagen „gewendet“, wodurch sich die dephasierte Magnetisierung wieder rephasiert und somit nach einer als Echozeit bezeichneten Zeit TE nach dem RF-Anregungspuls ein sogenanntes Spinecho SE erzeugt wird.
Die Anregung und die Messung der erzeugten Echosignale werden nach einer Wiederholzeit TR so lange wiederholt (z.B. unter Schaltung verschiedener Gradienten zur Ortskodierung) bis die gewünschte Anzahl an Echosignalen gemessen und im k-Raum gespeichert wurde, um das Untersuchungsobjekt abbilden zu können.
Unter den SE-Sequenzen sind insbesondere die TSE-Sequenzen (TSE: „Turbo Spin Echo“), welche auch unter den Namen FSE-(„Fast Spin Echo“) oder RARE- („Rapid Acquisition with Refocused Echoes“) Sequenzen bekannt sind, weit verbreitet in der klinischen Anwendung. Der Vorteil der TSE-Sequenzen gegenüber der „einfachen“ SE-Sequenz ist, dass nach einem RF-Anregungspuls mehrere Refokussierungspulse geschaltet werden, und dass dadurch auch mehrere Spinechosignale SE nach einer Anregung erzeugt werden. Dadurch wird die Datenaufnahme beschleunigt, da weniger Wiederholungen der Sequenz mit unterschiedlicher Ortskodierung benötigt werden, um alle gewünschten Daten zu messen. Die Messzeit für den gesamten k-Raum ist damit bei TSE-Sequenzen entsprechend der Anzahl der nach einer Anregung refokussierten und aufgenommenen Echosignale, dem sogenannten „Turbofaktor“, gegenüber konventioneller SE-Verfahren reduziert.
Der Wunsch nach immer schnelleren MR-Aufnahmen im klinischen Umfeld führt momentan 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“). 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 Verfahren hierzu sind beispielsweise die sogenannte Hadamard-Kodierung, Verfahren mit simultaner Echo-Refokussierung, Verfahren mit Breitband-Datenaufnahme oder auch Verfahren, die eine parallele Bildgebung in SchichtRichtung einsetzten. Zu den letztgenannten 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.
Bei derartigen Schichtmultiplexing-Verfahren wird ein sogenannter Multi-Band-RF-Puls verwendet, um zwei oder mehr Schichten gleichzeitig anzuregen oder anderweitig zu manipulieren, z.B. zu refokussieren oder zu sättigen. Ein solcher Multi-Band-RF-Puls ist dabei z.B. ein Multiplex von individuellen RF-Pulsen, die zur Manipulation der einzelnen gleichzeitig zu manipulierenden Schichten verwendet werden würden. Um die resultierenden Signale der verschiedenen Schichten trennen zu können, wird beispielsweise den individuellen RF-Pulsen vor dem Multiplexing, z.B. durch Addieren eines linearen Phasenanstiegs, je eine unterschiedliche Phase aufgeprägt, wodurch die Schichten im Ortsraum gegeneinander verschoben werden. Durch das Multiplexing erhält man z.B. einen grundbandmodulierten Multi-Band-RF-Puls aus einer Addition der Pulsformen der individuellen RF-Pulse.
Wie z.B. im oben bereits genannten Artikel von Setsompop et al. beschrieben, können g-Faktor-Nachteile durch Verschiebungen zwischen den Schichten reduziert werden, indem etwa Gradientenblips verwendet werden oder die Phasen der individuellen RF-Pulse entsprechend moduliert werden. Wie ebenfalls in dem genannten Artikel von Setsompop et al. aber auch bereits in dem genannten Artikel von Breuer et al. beschrieben, können die Signale der gleichzeitig angeregten oder sonst manipulierten Schichten zunächst wie Signale von nur einer Schicht zusammengefasst werden, um dann in der Nachverarbeitung durch ein paralleles Rekonstruktionsverfahren, z.B. ein (Schicht-)GRAPPA-Verfahren (GRAPPA: „GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition“) oder ein anderes paralleles Bildgebungsverfahren (PPA), wie z.B. ein SENSE-Verfahren (SENSE: Sensitivity encoding“), getrennt zu werden.
Für eine derartige Trennung von kollabiert aufgenommenen Schichten werden in der Regel für jede der Schichten einzeln aufgenommene Referenzdaten verwendet, die, z.B. in einem Vorabscan, gemessen wurden.
Wird ein Schichtmultiplexing-Verfahren mit den genannten Gradientenblips, und z.B. einer TSE-Sequenz, verwendet, können bei Aufnahmen ohne Unterdrückung von Spinsignalen aus zumindest einer Gewebeart, z.B. bei nicht-fettgesättigten Aufnahmen, in den resultierenden Bildern Geisterartefakte (engl. „ghosting artifacts“) zu beobachten sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Artefakte in Schichtmultiplexing-Verfahren, insbesondere ohne Fettsättigung, zu reduzieren.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Geisterartefakte durch eine unterschiedliche Wirkung der verwendeten Gradientenblips auf Spins in unterschiedlichen Gewebearten resultieren können. Durch eine chemische Verschiebung genannte Differenz der Resonanzfrequenzen von in verschiedenen Geweben vorliegenden Spins, z.B. in Wasser- und Fettgewebe, werden die Spins in den verschiedenen Gewebearten nicht in einer selben Schicht angeregt, sondern in um einen Schichtabstand Δz gegeneinander verschobenen Schichten. Damit induzieren auch verwendete Gradientenblips in Schichtrichtung unterschiedliche Phasenverschiebungen, auch Blickfeldverschiebungen (engl. „FOV-shifts“, FOV: „field of view“) genannt, für in unterschiedlichen Gewebearten gebundene Spins. In aller Regel werden die Gradientenblips derart gewählt, dass sie die gewünschte Phasenverschiebung für in Wasser gebundene Spins hervorrufen, wodurch sie aber z.B. für in Fett gebundene Spins eine andere Phasenverschiebung hervorrufen. Dennoch besteht weiter eine Korrelation der Phasenverschiebung der Spins in allen Gewebearten zu den Gradientenmomenten der angewendeten Gradientenblips.
Weiterhin können andere unerwünschte, die Magnetisierung der Spins beeinträchtigende Effekte eine während geschalteter Gradientenblips vorliegende Signalstärke beeinflussen, insbesondere, da Gradientenblips mit unterschiedlichen Gradientenmomenten während einer Aufnahme verwendet werden können. Derartige Effekte können z.B. Wirbelströme, (schon leichte) Verstöße gegen die CPMG-Bedingung (CPMG: Carr-Purcell-Meiboom-Gill), oder verschiedene Signalstärken erzeugter FID-Signale (FID: freier Induktionsabfall, engl. „free induction decay“), welche z.B. durch unterschiedliche Signalzerstöreffekte (engl. „signal-crushing effects“), die die Gradientenblips weiterhin verursachen können, umfassen.
Darüber hinaus können Geisterartefakte verstärkt werden durch Diskrepanzen der bei der Bildgebung einerseits und der Aufnahme von Referenzdaten zur Schichttrennung andererseits verwendeten Aufnahmeparameter, wie z.B. Schichtprofil, Bandbreite der RF-Pulse, Flipwinkel, Relaxationszeiten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen, welche aus zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden, gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 13, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 14, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 15.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen, welche aus zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden, umfasst die Schritte:

a) Laden eines k-Raum-Messdatensatzes (MD), der Messdaten umfasst, welche simultan für zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes entlang festgelegter k-Raumtrajektorien aufgenommen wurden,
b) Rekonstruieren von je einem Referenz-Schichtbilddatensatz für jede der zumindest zwei Schichten aus dem k-Raum-Messdatensatz,
c) Bestimmen einer Testregion für die Referenz-Schichtbilddatensätze, in welcher keine Artefakte erwartet werden,
d) Bestimmen von Referenzwerten für jede der zumindest zwei Schichten durch Analyse der Testregion in den jeweiligen Referenz-Schichtbilddatensätzen,
e) Modifizieren zumindest eines der eine festgelegte k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter,
f) Rekonstruieren von je einem Test-Schichtbilddatensatz für jede der zumindest zwei Schichten aus dem k-Raum-Messdatensatz unter Verwendung der modifizierten Parameter,
g) Bestimmen von den Referenzwerten entsprechenden Test-Referenzwerten für jede der zumindest zwei Schichten durch Analyse der Testregion in den jeweiligen Test-Schichtbilddatensätzen,
h) Wiederholen der Schritte e) bis g) mit einer von bereits getesteten Modifikationen verschiedenen Modifikation, bis ein Abbruchkriterium erreicht wird,
i) Vergleichen der Referenzwerte und der Test-Referenzwerte gemäß einem Qualitätskriterium,
j) Speichern der zu den gemäß Vergleich besten unter den Referenzwerten (R1 ... Rn) und Test-Referenzwerten (R1_i* ... Rn_i*) zugehörigen Parameter (P_i).

Aus dem k-Raum-Messdatensatz können nun unter Verwendung der gespeicherten Parameter Schichtbilddatensätze der einzelnen Schichten rekonstruiert werden, in welchen Artefakte gegenüber den Referenz-Schichtbilddatensätzen reduziert sind.
Das Verfahren erlaubt eine retrospektive Reduzierung von Artefakten, insbesondere Schicht-Übersprechartefakten (engl. „slice cross-talk artifats“), und damit eine Verbesserung der Bildqualität in unter Verwendung einer Schichtmultiplexing-Technik aufgenommenen Bilddatensätzen einzelner Schichten, ohne, dass eine für die Aufnahme der Messdaten erforderliche Messzeit verlängert werden muss.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Parametermodifikationseinheit.
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 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen, welche aus zumindest zwei Schichten eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden.
Dabei wird ein k-Raum-Messdatensatz MD geladen, der Messdaten umfasst, welche simultan für zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn eines Untersuchungsobjektes entlang festgelegter k-Raumtrajektorien, z.B. entlang von k-Raumzeilen, aufgenommen wurden. Die zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn können dabei n Schichten aus insgesamt N (N≥n) zu untersuchenden Schichten des Untersuchungsobjektes sein. Die simultane Aufnahme der Messdaten kann über Verwendung einer Schichtmultiplexing-Technik erreicht werden, insbesondere unter Verwendung von Gradientenblips zur Aufprägung von gewünschten Phasenverschiebungen.
Aus dem k-Raum-Messdatensatz MD werden für jede der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn je ein Referenz-Schichtbilddatensatz B1 ... Bn rekonstruiert, der Bilddaten der jeweiligen Schicht umfasst (Block 101). Die kollabiert für die zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn entlang der k-Raumtrajektorien aufgenommenen Messdaten wurden hierzu in Daten der einzelnen Schichten getrennt, z.B. mittels eine Schicht-GRAPPA-Verfahren oder ggf. mittels einer Fouriertransformation. Bei der Rekonstruktion kann allgemein entsprechend der bei der Aufnahme der Messdaten verwendeten Schichtmultiplexing-Technik vorgegangen werden. Die verwendeten k-Raumtrajektorien geben eine gewünschte räumliche Kodierung der aufgenommenen Messdaten wieder.
Für die Referenz-Schichtbilddatensätze B1 ... Bn wird eine Testregion Rt bestimmt, in welcher keine Artefakte erwartet werden (Block 103).
Testregionen Rt verschiedener Referenz-Schichtbilddatensätze B1 ... Bn können hierbei unterschiedlich sein. Dadurch kann für jeden Referenz-Schichtbilddatensatz B1 ... Bn eine individuell angepasste Testregion Rt gewählt werden. Alternativ kann auch eine Testregion Rt gesucht werden, für die in allen Referenz-Schichtbilddatensätzen B1 ... Bn keine Artefakte erwartet werden. Es ist denkbar, dass neuronale Netze, die entsprechend trainiert wurden und ggf. bereits für eine Qualitätssicherung eingesetzt werden, Testregionen bestimmen, indem sie z.B. anatomische Regionen hinsichtlich ihrer Artefaktstärke bewerten.
Eine Testregion Rt kann hierbei als eine Region in dem jeweiligen Referenz-Schichtbilddatensatz B1 ... Bn gewählt werden, in welcher das Untersuchungsobjekt nicht abgebildet sein sollte. Auf diese Weise können Testregionen Rt leicht, z.B. mittels eines Segmentierungsverfahrens, das das Untersuchungsobjekt segmentiert, bestimmt werden.
Wurden neben den k-Raum-Messdaten MD, z.B. für eine Kalibrierung oder zur Bestimmung von Spulensensitivitäten für eine Rekonstruktion von Bilddatensätzen, auch Referenzdaten RD für jede der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn aufgenommen, kann das Bestimmen der Testregion Rt in aus den Referenzdaten RD rekonstruierten Bilddaten der Schichten S1, S2, ..., Sn erfolgen. Insbesondere, wenn die Referenzdaten RD mit einer geringeren Auflösung aufgenommen wurden, kann eine Bestimmung von Testregionen durch die geringere Datenmenge beschleunigt sein. Weiterhin können die Referenzdaten RD auch aus einer Untermenge für die Bildgebung aufgenommenen Messdaten MD gewonnen werden. Beispielsweise können die zentralen k-Raum-Linien verwendet werden, um einen niedrig aufgelösten Datensatz zu erhalten.
Das Bestimmen der Testregion Rt kann hierbei bei der Aufnahme des k-Raum-Messdatensatzes MD verwendete Blickfeldverschiebungen (FOV-shifts) berücksichtigen. Insbesondere kann eine Zuordnung einer Testregion zu einer der einzelnen Schichten dem FOV-shift entsprechend angepasst werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn FOV-shifts >1 verwendet und Testregionen in aus Referenzdaten rekonstruierten Bilddaten bestimmt wurden. Wurden die kollabiert für die zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn entlang der k-Raumtrajektorien aufgenommenen Messdaten mittels einer Fouriertransformation in Daten der einzelnen Schichten getrennt, sollte die Testregion jeweils eine nicht-überlappende Region der zumindest zwei simultan aufgenommenen Schichten S1, S2, ... Sn sein.
Eine Testregion Rt kann z.B. in Form einer Maske gespeichert werden, die auf Bilddatensätze angewendet, nur noch eine Betrachtung der Testregion in dem Bilddatensatz zulässt.
Für jede der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn wird je ein Referenzwert R1 ... Rn durch Analyse der Testregion Rt, insbesondere eine Analyse vorhandener Signalstärken in der Testregion Rt, in den jeweiligen Referenz-Schichtbilddatensätzen B1 ... Bn bestimmt (Block 105). Die Referenzwerte sind hierbei insbesondere derart gewählt, dass sie mit Störungen im Bild, z.B. einem Auftreten von Artefakten, korrelieren.
Beispielsweise kann ein Referenzwert R1 ... Rn einer Testregion Rt eine in der Testregion vorhandene Signalstärke wiedergeben, insbesondere eine mittlere Signalstärke in der Testregion Rt. Diese kann leicht, z.B. auch über entsprechend trainierte neuronale Netze verwendende Anwendungen, ermittelt und mit einem Erwartungswert verglichen werden. Insbesondere, wenn die Testregion Rt derart gewählt wurde, dass in ihr das Untersuchungsobjekt nicht abgebildet sein sollte, und somit keine Signalstärke erwartet wird, weist eine dennoch in einer Testregion vorhandene Signalstärke auf ein Vorliegen einer Störung hin.
In einem weiteren Schritt wird zumindest einer der eine verwendete k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter P_i modifiziert (Block 107). Dadurch wird eine für die aufgenommenen Messdaten angenommene räumliche Kodierung der aufgenommenen Messdaten verändert.
Ein eine festgelegte k-Raumtrajektorie charakterisierender Parameter P_i kann z.B. eine Amplitude eines während der Aufnahme der Messdaten des k-Raum-Messdatensatzes MD anliegenden Gradienten, insbesondere eines Auslesegradienten, und/oder eine während der Aufnahme der Messdaten des k-Raum-Messdatensatzes MD applizierte Phase sein.
Eine Modifikation eines Parameters P_i kann eine Veränderung um einen konstanten Wert und/oder eine Veränderung gemäß einer gewünschten Funktion, z.B. einer linearen Steigung, sein.
Es ist dabei denkbar, dass verschiedene Parameter P_i bei einer Modifikation der Parameter einer verwendeten k-Raumtrajektorie unterschiedlich geändert werden. Beispielsweise könnte in einer Modifikation einer verwendeten k-Raumzeile als k-Raumtrajektorie eine Amplitude eines Auslesegradienten um einen konstanten Wert geändert werden, und eine während der Aufnahme aufgeprägte Phase durch Hinzufügen einer linearen Steigung.
Unter Verwendung der modifizierten Parameter P_i wird je ein Test-Schichtbilddatensatz B1_i* ... Bn_i* für jede der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn aus dem k-Raum-Messdatensatz MD rekonstruiert (Block 101'). Dabei wird, bis auf die Verwendung der modifizierten Parameter P_i, und damit Annahme einer geänderten räumlichen Kodierung, analog zu Block 101 vorgegangen.
Den Referenzwerten R1 ... Rn entsprechende Test-Referenzwerte R1_i* ... Rn_i* werden für jede der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn durch Analyse der Testregion in den jeweiligen Test-Schichtbilddatensätzen B1_i* ... Bn_i* bestimmt (Block 105'). Den Referenzwerten R1 ... Rn entsprechende Test-Referenzwerte R1_i* ... Rn_i* können leicht erhalten werden, indem die Test-Schichtbilddatensätze B1_i* ... Bn_i* in Block 105' analog wie die Referenz-Bilddatensäteen B1 ... B2 in Block 105 analysiert werden.
Referenzwerte R1 ... Rn werden mit Test-Referenzwerten R1_i* ... Rn_i* gemäß einem Qualitätskriterium verglichen (Block 109). Insbesondere kann hierbei für zumindest eine der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn der zugehörige Referenzwert mit dem zumindest einem der gleichen Schicht entsprechenden Test-Referenzwert verglichen werden. Vorteilhalft wird der Vergleich für alle der zumindest zwei Schichten S1, S2, ..., Sn. Hierbei ist es denkbar einen gemäß dem Vergleich besseren Wert (R1 ... Rn oder R1_i* ... Rn_i*) als neuen, geltenden Referenzwert R1 ... Rn beizubehalten, um den nächsten Test-Referenzwert mit dem neuen geltenden Referenzwert zu vergleichen. Zumindest die zu den gemäß Vergleich besten unter den Referenzwerten (R1 ... Rn) und Test-Referenzwerten (R1_i* ... Rn_i*) zugehörigen Parameter P_i werden gespeichert.
Das Qualitätskriterium beschreibt einen Grad an Artefaktfreiheit und ermöglicht eine Bewertung der Referenzwerte R1 ... Rn und Test-Referenzwerte R1_i* ... Rn_i*. Korrelieren Referenzwerte mit Störungen im Bild, kann das Qualitätskriterium derart gewählt sein, dass es eine Bewertung zulässt, ob der Referenzwert oder der mit ihm verglichene Test-Referenzwert mit einer stärkeren Störung korreliert, und als besseren Wert denjenigen zurückliefern, der mit einer kleineren Störung korreliert.
Gibt ein Referenzwert R1 ... Rn einer Testregion Rt beispielweise eine Signalstärke wieder, kann das Qualitätskriterium eine möglichst geringe Signalstärke in einer Testregion fordern. Hierbei kann ein Vergleich von Referenzwert und zugehörigem Test-Referenzwert als besseren Wert denjenigen mit einer geringeren Signalstärke identifizieren.
Die Blöcke 107, 101` und 105` werden mit einer jeweils von bereits getesteten Modifikationen verschiedenen Modifikation des zumindest einen Parameters P_i wiederholt, bis ein Abbruchkriterium (Abfrage 111) erreicht wird. Dabei kann auch der Vergleich (Block 109) jeweils für die geltenden Referenzwerte und Test-Referenzwerte wiederholt werden. In einem einfachen Ausführungsbeispiel ist jedoch auch denkbar, den Vergleich erst nach Durchführung aller gewünschter Modifikationen zwischen den vorhandenen Referenzdaten und Test-Referenzdaten durchzuführen.
In verschiedenen Durchgängen des Blocks 107 vorgenommene Modifikationen können beispielsweise zumindest einen Parameter P_i schrittweise in vorgegebenen Werten auf- oder absteigend, oder gemäß einem Optimierungsalgorithmus, z.B. einem Greedy-Algorithmus, insbesondere einer Golden-Sektion-Suche (engl. golden-section search“), oder einem binären Suchalgorithmus, ändern. Ein Durchlaufen vorgegebener Werte kann bereits gute Ergebnisse erzielen und legt den für die Iterationen benötigten Zeit- und Rechenaufwand fest. Eine Verwendung von Optimierungsalgorithmen kann zu besseren Ergebnissen führen, aber auch den Zeit- Rechenaufwand erhöhen oder zumindest unberechenbarer machen.
Das Abbruchkriterium kann hierbei eine vorgegebene maximale Anzahl an Durchläufen (Zähler i) des Blocks 107 und/oder ein minimaler Schwellwert für ein Ergebnis eines durchgeführten Vergleichs von Referenzwerten R1 ... Rn mit Test-Referenzwerten R1_i* ... Rn_i* berücksichtigen. Beispielsweise kann das Abbruchkriterium nach einer gewünschten Anzahl Z von verschiedenen durchgeführten Modifikationen erfüllt sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Abbruchkriterium erfüllt sein, wenn der Vergleich ergibt, dass alle Test-Referenzwerte allenfalls eine gegenüber den geltenden Referenzwerten vernachlässigbare Verbesserung zeigen. Was als vernachlässigbar gilt, kann je nach Anwendung gewählt werden. Je größere Werte als vernachlässigbar gelten, desto schneller wird das Abbruchkriterium erreicht, je kleiner ein Wert zu sein hat, um als vernachlässigbar zu gelten, desto höher wird die mit dem Verfahren erreichbare Qualitätsverbesserung.
Ist das Abbruchkriterium erfüllt (Abfrage 111, Pfeil nach rechts), können Schichtbilddatensätze B1' ... Bn` aus dem k-Raum-Messdatensatz MD unter Verwendung der zu den gemäß Vergleich besten unter den Referenzwerten R1 ... Rn und Test-Referenzwerten R1_i* ... Rn_i* zugehörigen Parametern P_i rekonstruiert werden, in denen Störungen, wie Geisterartefakte reduziert sind.
Das hierin beschriebene Verfahren erlaubt über die iterative Modifizierung eine Optimierung der bei der Rekonstruktion von Einzelbilddatensätzen zugrunde gelegten k-Raumtrajektorien und damit eine retrospektive Reduzierung von Störungen in den erhaltenen Einzelbilddatensätzen.
Wurde das Verfahren für ein Tupel aus zumindest zwei simultan aufzunehmenden Schichten S1, S2, ..., Sn von insgesamt N (N>n) aufzunehmenden Schichten durchgeführt, können die bei der einmaligen Durchführung gewonnenen Parameter P_i auch bei der Durchführung weiterer Tupel verwendet werden, um eine Reduzierung von Störungen zu erreichen. Somit kann an Rechenaufwand und an Rechenzeit gespart werden. Werden z.B. je Tupel von zwei Schichten simultan aufgenommen, und sind insgesamt acht Schichten zu messen, können die für eines der 2er-Tupel erfindungsgemäß bestimmten Parameter auch für die drei weiteren 2er-Tupel verwendet werden. Alternativ können auch für jedes Tupel eigene Parameter P_i bestimmt werden, wodurch die Reduzierung der Artefakte erhöht sein kann.
2 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 2 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 Schichten Sa und Sb stellen exemplarisch simultan aufzunehmende Schichten des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Echosignale 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 Parametermodifikationseinheit 15, mit welcher erfindungsgemäße Modifikationen von Parametern vorgenommen verwendet 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, insbesondere auch für erfindungsgemäße Vergleiche und Bestimmungen von beizubehaltenden Referenzwerten und zugehörigen Parametern, 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 zur Rekonstruktion von Einzelschichtbilddatensätzen aus k-Raum-Messdatensätzen (MD), welche aus zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) eines Untersuchungsobjektes simultan aufgenommen wurden, umfassend die Schritte: a) Laden eines k-Raum-Messdatensatzes (MD), der Messdaten umfasst, welche simultan für zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) eines Untersuchungsobjektes entlang festgelegter k-Raumtrajektorien aufgenommen wurden, b) Rekonstruieren von je einem Referenz-Schichtbilddatensatz (B1 ... Bn) für jede der zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) aus dem k-Raum-Messdatensatz (MD), c) Bestimmen einer Testregion (Rt) für die Referenz-Schichtbilddatensätze (B1 ... Bn), in welcher keine Artefakte erwartet werden, d) Bestimmen von Referenzwerten (R1 ... Rn) für jede der zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) durch Analyse der Testregion in den jeweiligen Referenz-Schichtbilddatensätzen (B1 ... Bn), e) Modifizieren zumindest eines der eine festgelegte k-Raumtrajektorie charakterisierenden Parameter (P_i), f) Rekonstruieren von je einem Test-Schichtbilddatensatz (B1_i* ... Bn_i*) für jede der zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) aus dem k-Raum-Messdatensatz (MD) unter Verwendung der modifizierten Parameter (P_i), g) Bestimmen von den Referenzwerten (R1 ... Rn) entsprechenden Test-Referenzwerten (R1_i* ... Rn_i*) für jede der zumindest zwei Schichten (S1, S2, ..., Sn) durch Analyse der Testregion in den jeweiligen Test-Schichtbilddatensätzen (B1_i* ... Bn_i*) , h) Wiederholen der Schritte e) bis g) mit einer von bereits getesteten Modifikationen verschiedenen Modifikation, bis ein Abbruchkriterium erreicht wird, i) Vergleichen der Referenzwerte (R1 ... Rn) und der Test-Referenzwerte (R1_i* ... Rn_i*) gemäß einem Qualitätskriterium, j) Speichern der zu den gemäß Vergleich besten unter den Referenzwerten (R1 ... Rn) und Test-Referenzwerten (R1_i* ... Rn_i*) zugehörigen Parameter (P_i).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Testregionen (Rt) verschiedener Referenz-Schichtbilddatensätze (B1 ... Bn) unterschiedlich sein können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Testregion (Rt) eine Region in den Referenz-Schichtbilddatensätzen (B1 ... Bn) ist, in welcher das Untersuchungsobjekt nicht abgebildet sein sollte.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei neben den k-Raum-Messdaten (MD) auch Referenzdaten (RD) für jede der zumindest zwei Schichten aufgenommen wurden, und das Bestimmen der Testregion (Rt) in aus den Referenzdaten rekonstruierten Bilddaten erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Testregion (Rt) bei der Aufnahme des k-Raum-Messdatensatzes (MD) verwendete Blickfeldverschiebungen (FOV-shifts) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein eine festgelegte k-Raumtrajektorie, z.B. eine k-Raumlinie, charakterisierender Parameter (P_i) eine Amplitude eines während der Aufnahme der Messdaten des k-Raum-Messdatensatzes (MD) anliegenden Gradienten, insbesondere eines Auslesegradienten, und/oder eine während der Aufnahme applizierte Phase ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Modifikation eines Parameters (P_i) eine Veränderung um einen konstanten Wert und/oder eine Veränderung gemäß einer gewünschten Funktion, z.B. einer linearen Steigung, ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in verschiedenen Durchgängen des Schritts e) vorgenommene Modifikationen zumindest einen Parameter (P_i) schrittweise oder gemäß einem Optimierungsalgorithmus, z.B. einem Greedy-Algorithmus, insbesondere einer Golden-Sektion-Suche (engl. Golden-section search“), oder einem binären Suchalgorithmus, ändern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Qualitätskriterium einen Grad an Artefaktfreiheit beschreibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Referenzwert (R1 ... Rn) einer Testregion (Rt) eine Signalstärke wiedergibt, insbesondere eine mittlere Signalstärke in der Testregion (Rt).
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Qualitätskriterium eine möglichst geringe Signalstärke in einer Testregion fordert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbruchkriterium eine vorgegebene maximale Anzahl an Durchläufen des Schritts e) und/oder einen minimalen Schwellwert für ein Ergebnis eines durchgeführten Vergleichs von Referenzwerten (R1 ... Rn) mit Test-Referenzwerten (R1_i* ... Rn_i*) berücksichtigt.
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 Parametermodifikationseinheit (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.