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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen von Kalibrierungsdaten zur Vervollständigung von unterabgetastet erfassten Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage.
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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 (Echo-)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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Eine Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzanlage kann dazu dienen, eine Anwesenheit und/oder eine Verteilung verschiedener Gewebe und/oder eines Stoffs, welcher sich in einem Untersuchungsobjekt befindet, zu bestimmen. Der Stoff kann dabei beispielsweise ein, möglicherweise pathologisches, Gewebe des Untersuchungsobjekts, ein Kontrastmittel, eine Markierungssubstanz oder ein Stoffwechselprodukt sein.
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Informationen über vorliegende Gewebe und Stoffe können dabei auf vielfältige Weise aus den aufgenommenen Messdaten gewonnen werden. Eine relativ einfache Informationsquelle sind z.B. aus den Messdaten rekonstruierte Bilddaten. Es gibt jedoch auch komplexere Verfahren, die, z.B. aus Bildpunkt-Zeit-Serien von aus sukzessive gemessenen Messdatensätzen, d.h. aus Messdatensätzen, die durch Wiederholung eines Akquisitionsschemas aufgenommen wurden, rekonstruierten Bilddaten, Informationen über das untersuchte Untersuchungsobjekt ermitteln.
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Grundsätzlich können, um die Wiederholzeiten TR trotz höherer Auflösung nicht zu verlängern oder auch um die Messung allgemein zu beschleunigen, sogenannte parallele Akquisitionstechniken (ppa: „partially parallel acquisition“ oder PAT: „Parallel Acquisition Technique“), 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, eingesetzt werden. Die „fehlenden“ Messdaten werden in diesen Verfahren auf Basis von Sensitivitätsdaten der verwendeten RF-Spulen und Kalibrierungsdaten aus den gemessenen Messdaten ergänzt, bevor die Bilddaten rekonstruiert werden. Dadurch, dass nur ein Teil der eigentlich für eine vollständige Abtastung benötigten Messdaten aufgenommen werden (typischerweise z.B. nur die Hälfte (=Beschleunigungsfaktor R=2) oder ein Viertel (=Beschleunigungsfaktor R=4), oder auch nur ein Achtel (=Beschleunigungsfaktor R=8) oder weniger), wird die für das Auslesen der Messdaten benötigte Auslesezeit und damit die Wiederholzeit reduziert. Allerdings werden die genannten Sensitivitätsdaten der RF-Spulen und Kalibrierungsdaten benötigt, was zusätzliche Messungen erfordert.
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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 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.
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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.
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Bei Verfahren, die aus durch wiederholte Messung (eine Serie von Messungen) mittels eines Akquisitionsschemas aufgenommenen Messdatensätzen Informationen über das untersuchte Untersuchungsobjekt ermitteln, kann ein bestimmter Messparameter des Akquisitionsschemas variiert werden, um z.B. die Wirkung dieses Messparameters auf das Untersuchungsobjekt analysieren und aus dem Ergebnis schließlich diagnostische Schlüsse ziehen zu können. 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.
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Ein typisches Beispiel für derartige Serien von Messungen unter 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.
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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.
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Häufig basiert die Diffussionsbildgebung auf der Echoplanarbildgebung (EPI) wegen der kurzen Akquisitionszeit der EPI Sequenz pro Bild und Ihrer Robustheit gegenüber Bewegung.
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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 des Auslesens der Messdaten mittels 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.
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Bei EPI-Messungen können Fehler der Phase (Phasenfehler) auftreten, die Artefakte bewirken. Beispielsweise 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. Weiterhin können z.B. Bewegungen des Untersuchungsobjekts, auch pulsierende Bewegungen, die die Spins beeinflussen, welche die aufzunehmenden Signale erzeugen, Phasenfehler verursachen, die auch ihre Korrektur erschweren. 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.
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Es sind bereits Verfahren zur Korrektur derartiger N/2-Geisterartefakte bekannt. Diese sind jedoch bei Einsatz von parallelen Akquisitionstechniken, wie z.B. GRAPPA, insbesondere bei neuronaler MR-Bildgebung, nicht befriedigend effektiv.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Qualität von unter Verwendung von parallelen Akquisitionstechniken aufgenommenen Messdaten trotz möglicher auftretender Phasenfehler zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen von Kalibrierungsdaten zur Verarbeitung von beschleunigt aufgenommenen 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.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in aufgenommenen Kalibrierungsdaten enthaltene Phasenfehler zu Diskrepanzen zwischen Kalibrierungsdaten und mit den Kalibrierungsdaten zu verarbeitenden unter Verwendung eines Beschleunigungsverfahrens aufgenommenen Messdaten führen, die sich negativ auf das Ergebnis der Verarbeitung auswirken.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erstellen von Kalibrierungsdaten zur Verarbeitung von beschleunigt aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage umfasst die Schritte:
- - Aufnehmen von Messdatensätzen unter Verwendung eines Aufnahmebeschleunigungsverfahrens,
- - Aufnehmen von Kalibrierungsdatensätzen,
- - Bestimmen von verarbeiteten Messdatensätzen aus den beschleunigt aufgenommenen Messdatensätzen unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze, so dass in den verarbeiteten Messdatensätzen Effekte des verwendeten Aufnahmebeschleunigungsverfahrens aufgehoben sind,
wobei das Aufnehmen der Kalibrierungsdatensätze eine Anwendung zumindest eines Schwächungsverfahrens zur Schwächung von Phasenfehlern verursachenden Signalen umfasst.
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Durch Anwenden zumindest eines Schwächungsverfahrens zur Schwächung von Phasenfehlern verursachenden Signalen bei der Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen, unterliegen die erhaltenen Kalibrierungsdatensätze nicht den unerwünschten Phasenfehlern. Damit sind unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze verarbeitete Messdatensätze nicht negativ von den so in den Kalibrierungsdatensätzen vermiedenen Phasenfehlern beeinflusst. Dadurch werden Artefakte in den Messdaten und daraus rekonstruierten Bilddaten reduziert und die Bildqualität verbessert.
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Beispielsweise können Bewegungen, insbesondere pulsierende Bewegungen von Spins im Untersuchungsobjekt zu Phasenfehlern bei der Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen führen, die eine Diskrepanz zwischen den aufgenommenen Kalibrierungsdatensätzen und mit den Kalibrierungsdatensätzen zu verarbeitenden, aufgenommenen Messdatensätzen führen.
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Signale von Spins in einer Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) unterliegen beispielsweise am lebenden Patienten als Untersuchungsobjekt einer pulsierenden Bewegung, welche zu einer pulsierenden Phase, und somit zu Phasenfehlern führen. Wird ein derartig mit Phasenfehlern behaftetes Signal, wie z.B. ein Signal von Spins aus einer Zerebrospinalflüssigkeit, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen geschwächt, kann eine Diskrepanz von Kalibrierungsdaten und mit den Kalibrierungsdatensätzen zu verarbeitenden Messdaten reduziert oder gar vermieden 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 Schwächungseinheit.
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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 zum Erstellen von Kalibrierungsdaten zur Verarbeitung von beschleunigt aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes mittels einer Magnetresonanzanlage,
- 2 schematisch dargestellte Teile von Pulssequenzschemata zur Erfassung von diffusionsgewichteten und nicht-diffusionsgewichteten Messdatensätzen und Kalibrierungsdatensätzen wie sie beispielsweise erfindungsgemäß verwendet werden können,
- 3 schematisch dargestellt ein Auszug eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Kalibrierungsdatensätzen zur Verdeutlichung einer möglichen Variante bei der Aufnahme von erfindungsgemäßen Kalibrierungsdatensätzen,
- 4 schematisch dargestellte mögliche Akquisitionsschema von aufgenommenen unterabgetasteten Messdatensätzen und Kalibrierungsdatensätzen,
- 5 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
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1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen von Kalibrierungsdaten zur Verarbeitung von beschleunigt aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes.
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Es werden Messdatensätze MDS unter Verwendung eines Aufnahmebeschleunigungsverfahrens aufgenommen (Block 101').
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Ein Messdatensatz MDS ist hierbei ein Satz an Messdaten welche in einer Aufnahme, z.B. nach einem RF-Anregungspuls, aufgenommen werden.
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Als Aufnahmebeschleunigungsverfahren kommen beispielsweise parallele Akquisitionstechniken, insbesondere GRAPPA, in Betracht, mit welcher die Messdatensätze MDS entsprechend einem Beschleunigungsfaktor R unterabgetastet aufgenommen werden.
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Zusätzlich oder alternativ kommen als Aufnahmebeschleunigungsverfahren Schicht-Multiplexing-Verfahren, insbesondere eine CAIPIRINHA-Technik, in Betracht, mit welcher die Messdatensätze MDS aus zumindest zwei Schichten überlagert aufgenommen werden
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Die Messdatensätze MDS können im Rahmen eines Diffusionsbildgebungsverfahrens aufgenommen werden. Dabei sind wie oben beschrieben verschiedene Messdatensätze MDS mit unterschiedlichen Diffusionswichtungen aufzunehmen.
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In 2 (Mitte und unten) sind schematisch beispielhafte Teile von Pulssequenzschemata zur Erfassung von diffusionsgewichteten (b>>0) und zugehörigen nicht-diffusionsgewichteten (b=0) Messdatensätzen MDS dargestellt.
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In dem gezeigten Beispiel wird jeweils ein RF-Anregungspuls RF1 und ein auf den RF-Anregungspuls RF1 folgender RF-Refokussierungspuls RF2 eingestrahlt und die entstehenden Echosignale als Messdaten in einem Auslesezeitraum RO aufgenommen. Die Beispiele zeigen während der Aufnahme der Messdaten im Auslesezeitraum RO in Ausleserichtung GR und in Phasenkodierrichtung GP geschaltete Gradienten wie sie in EPI-Techniken zur Aufnahme von Messdaten eingesetzt werden.
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Ein Beispiel eines möglichen zugehörigen EPI-Akquisitionsschemas von aufgenommenen unterabgetasteten Messdatensätzen MDS ist in 4 (rechts) schematisch dargestellt. In dem dargestellten Beispiel werden die gestrichelt dargestellten in Ausleserichtung kx verlaufenden k-Raumlinien (hier: jede zweite) nicht aufgenommen, wodurch der Messdatensatz MDS (mit einem Beschleunigungsfaktor R=2) in Phasenkodierrichtung ky unterabgetastet ist. k-Raumlinien, für welche Messdaten aufgenommen werden, sind als Pfeile dargestellt, die entsprechend der Polarität der während des Auslesezeitraums RO geschalteten Gradienten in Ausleserichtung GR abwechselnd „von rechts nach links“ und „von links nach rechts“ zeigen, um die Ausleserichtung zu verdeutlichen.
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Zur Diffusionsgewichtung werden wie in 2 in dem Pulssequenzschema zur Erfassung eines diffusionsgewichteten Messdatensatzes MDS (b>>0) gezeigt, Diffusionsgradienten GD1, GD2 (hier z.B. in Ausleserichtung GR) geschaltet. Die gezeigten Diffusionsgradienten GD1, GD2 haben in dem Beispiel eine große Amplitude und sind hier somit derart gewählt, dass ein hoher b-Wert (b>>0), insbesondere der höchste, von den im Rahmen der gewünschten Diffusionsbildgebung anzuwendenden b-Werten, z.B. b=1000, erreicht wird. Ein Pulssequenzschemata zur Erfassung eines zugehörigen nicht-diffusionsgewichteten Messdatensatzes MDS (b=0) umfasst keine Diffusionsgradienten.
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Es werden Kalibrierungsdatensätze KDS aufgenommen (Block 101), wobei das Aufnehmen der Kalibrierungsdatensätze KDS eine Anwendung zumindest eines Schwächungsverfahrens zur Schwächung von ungewünschten, mit Phasenfehlern behafteten Signalen in den aufgenommenen Kalibrierungsdatensätzen KDS umfasst. Ein Kalibrierungsdatensatz KDS ist hierbei ein Satz an Kalibrierungsdaten, die für eine gewünschte Verarbeitung eines Messdatensatzes MDS benötigt werden.
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Das Schwächungsverfahren schwächt z.B. Signale von Spins in dem Untersuchungsobjekt, in welchen durch eine Bewegung, insbesondere eine pulsierende Bewegung, in dem Untersuchungsobjekt Phasenfehler verursacht werden. Idealerweise schwächt das Schwächungsverfahren die ungewünschten Signale bis zu einer kompletten Unterdrückung dieser. Auf diese Weise kann eine negative Auswirkung von ansonsten in den Kalibrierungsdaten enthaltenen Phasenfehlern bei einer Verarbeitung von Messdatensätzen MDS unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze KDS vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Insbesondere kann das Schwächungsverfahren Signale von Spins in einer Zerebrospinalflüssigkeit (CSF) schwächen. Gerade Zerebrospinalflüssigkeit unterliegt oft einem Pulsieren gemäß dem Herzschlag des Untersuchungsobjektes, was zu einem entsprechenden Pulsieren der Phasen mittels Magnetresonanztechnik aufgenommener Signale der Spins einer Zerebrospinalflüssigkeit führt.
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Das Schwächungsverfahren kann ein Schalten von Diffusionsgradienten umfassen. Dazu werden bei der Aufnahme der Kalibrierungsdatensätze KDS Diffusionsgradienten analog wie bei einem diffusionsgewichteten Messdatensatz MDS geschaltet. Diffusionsgradienten führen zu einer Schwächung von Signalen von Spins in diffundierenden Medien. Sind die zu schwächenden Signale Signale aus diffundierenden Medien kann somit eine erfindungsgemäße Schwächung durch Schalten von Diffusionsgradienten erreicht werden.
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Beispielsweise die Medien Wasser oder Zerebrospinalflüssigkeit haben ähnliche Diffusivitäten. Signale von in diesen Medien vorliegenden Spins können durch Diffusionsgradienten geschwächt werden.
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In 2 ist ein beispielhafter schematischer Teil eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Kalibrierungsdatensätzen KDS (2, oben) bereits oben im Text beschriebenen Teilen von Pulssequenzschemata zur Erfassung von diffusionsgewichteten Messdatensätzen MDS (b>>0) und nicht-diffusionsgewichteten Messdatensätzen MDS (b=0) gegenübergestellt.
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Analog wie bei der Aufnahme der gezeigten Messdatensätze MDS werden in dem in 2 gezeigten Beispiel auch bei der Aufnahme eines Kalibrierungsdatensatzes KDS ein RF-Anregungspuls RF1 und ein auf den RF-Anregungspuls RF1 folgender RF-Refokussierungspuls RF2 eingestrahlt und die entstehenden Echosignale als Messdaten in einem Auslesezeitraum RO aufgenommen. Wiederum zeigt das Beispiel während der Aufnahme der Messdaten im Auslesezeitraum RO in Ausleserichtung GR und in Phasenkodierrichtung GP geschaltete Gradienten wie sie in EPI-Techniken zur Aufnahme von Messdaten eingesetzt werden.
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Ein Beispiel eines möglichen zugehörigen EPI-Akquisitionsschemas von aufgenommenen Kalibrierungsdatensätzen KDS ist in 4 (links) schematisch dargestellt. In dem dargestellten Beispiel werden die alle dargestellten in Ausleserichtung kx verlaufenden k-Raumlinien aufgenommen. Der Kalibrierungsdatensatz KDS ist somit (gemäß Nyquist) vollständig. Die die aufgenommenen k-Raumlinien darstellenden Pfeile zeigen wieder entsprechend der Polarität der während des Auslesezeitraums RO geschalteten Gradienten in Ausleserichtung GR abwechselnd „von rechts nach links“ und „von links nach rechts“, um die Ausleserichtung bei der Aufnahme zu verdeutlichen. Der für den Kalibrierungsdatensatz KDS im Vergleich zu dem Messdatensatz MDS geringere Abstand in Phasenkodierrichtung ky der aufgenommenen k-Raumlinien entspricht dem Beschleunigungsfaktor R, und ist in den zugehörigen Pulssequenzschemata der 2 an den entsprechend geringeren Amplituden der während eines Auslesezeitraums RO geschalteten Gradienten(blips) in Phasenkodierrichtung GP bei der Aufnahme des Kalibrierungsdatensatzes KDS im Vergleich zu den Amplituden der während eines Auslesezeitraums RO geschalteten Gradienten(blips) in Phasenkodierrichtung GP bei der Aufnahme der Messdatensätze MDS zu erkennen.
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Für eine Diffusionsgewichtung können, analog wie in 2 in dem Pulssequenzschema zur Erfassung eines diffusionsgewichteten Messdatensatzes MDS (b>>0) gezeigt, Diffusionsgradienten GD1', GD2' (hier z.B. in Ausleserichtung GR) geschaltet werden.
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Bei einer Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen KDS geschaltete Diffusionsgradienten GD1, GD2` können derart gewählt werden, dass sie eine maximale Stärke nicht überschreiten, d.h. dass ihre Amplitude einen Maximalwert nicht übersteigt. Auf diese Weise kann die Gradienteneinheit, mit welchem die Gradienten erzeugt werden, geschont werden und andere mögliche unerwünschte Nebeneffekte von geschalteten Gradienten, wie z.B. Wirbelströme, verringert werden. In dem Artikel von Morozov et al. „Diffusion processes modeling in magnetic resonance imaging“, Insights Imaging, S. 60 (2020) wird gezeigt, dass bereits Diffusionsgradienten, welche kleinen bis mittleren b-Werten (etwa b=100 bis b=500) entsprechen, ausreichen können, um Signale von Spins, z.B. aus Zerebrospinalflüssigkeit, zu schwächen.
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Das Schwächungsverfahren kann zusätzlich oder alternativ zu Diffusionsgradienten GD1', GD2` ein Inversionsverfahren umfassen, welches ein Einstrahlen eines Inversionspulses RF3, RF3a, RF3b, RF3c eine Inversionszeit TI vor Aufnahme RO der Kalibrierungsdatensätze KDS in einem Auslesezeitraum RO umfasst. Inversionsverfahren zur Unterdrückung oder Schwächung von Signalen in der Magnetresonanztechnik sind grundsätzlich bekannt.
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In dem in 2 gezeigten Teil eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Kalibrierungsdatensätzen KDS (2, oben) ist ein möglicher Inversionspuls RF3 dargestellt, der eine Inversionszeit TI vor der Aufnahme des Kalibrierungsdatensatzes KDS im Auslesezeitraum RO eingestrahlt wird. Der Inversionspuls RF3 und insbesondere die Inversionszeit TI sind hierbei derart gewählt, dass zu schwächende Signale in einem gewünschten Ausmaß geschwächt sind. Eine übliche Inversionszeit von Signalen von Spins aus Zerebrospinalflüssigkeit beträgt z.B. etwa 2,5 Sekunden.
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Wird in dem Schwächungsverfahren ein Inversionsverfahren und ein Schalten von Diffusionsgradienten GD1', GD2` kombiniert, kann die zu wählende Inversionszeit TI verkürzt werden, da nach der verkürzten Inversionszeit TI verbleibende zu schwächende Signale durch die geschalteten Diffusionsgradienten GD1', GD2` weiter geschwächt werden. Zusätzlich oder alternativ kann bei einer derartigen Kombination auch die Stärke der geschalteten Diffusionsgradienten GD1', GD2' reduziert werden, da die zu schwächenden Signale bereits durch das Inversionsverfahren geschwächt sind.
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Eine Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen KDS kann für verschiedene zu messende Subvolumen, z.B. Schichten, eines insgesamt gewünschten Zielvolumens des Untersuchungsobjektes verschachtelt erfolgen. Eine derart verschachtelte Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen für verschiedene Subvolumen reduziert die Dauer einer insgesamt für die Aufnahme aller Kalibrierungsdatensätze KDS benötigten Zeit.
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Insbesondere, wenn das Schwächungsverfahren ein Inversionsverfahren umfasst, welches durch die zwischen Inversionspuls RF3 und Beginn des Auslesezeitraums RO abzuwartende Inversionszeit TI, die insgesamte Aufnahmezeit für einen Kalibrierungsdatensatz KDS verlängert, kann durch eine derartige verschachtelte Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen KDS für verschiedene Subvolumen eine signifikante Reduzierung der Dauer erreicht werden, die insgesamt für die Aufnahme aller gewünschter Kalibrierungsdatensätze KDS benötigt wird. Dabei kann erreicht werden, dass sich die Dauer, die insgesamt für die Aufnahme aller gewünschter Kalibrierungsdatensätze KDS benötigt wird, trotz des verwendeten Schwächungsverfahrens nur um eine Inversionszeit TI verlängert gegenüber einer Dauer, die insgesamt für die Aufnahme aller gewünschter Kalibrierungsdatensätze KDS ohne Schwächungsverfahren benötigt wird. Dies ist beispielsweise regelmäßig dann der Fall, wenn die Dauern für die einzelnen Aufnahmen aller gewünschter Kalibrierungsdatensätze KDS zusammengenommen die Inversionszeit TI nicht überschreiten.
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In 3 ist ein Auszug eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Kalibrierungsdatensätzen KDS zur Verdeutlichung dieser möglichen Variante der verschachtelten Aufnahme von Kalibrierungsdatensätzen KDS für verschiedene Subvolumen schematisch dargestellt.
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In dem in 3 gezeigten Beispiel werden mehrere, z.B. drei, Inversionspulse RF3a, RF3b, RF3c zeitlich nacheinander in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, wobei jeder der eingestrahlten Inversionspulse RF3a, RF3b, RF3c nur auf jeweils ein definiertes Subvolumen a, b, c, z.B. verschiedene zu messende Schichten a, b, c, des Untersuchungsobjektes wirken. Kalibrierungsdatensätze KDS zu den jeweiligen Subvolumen a, b, c, werden jeweils nach derselben Inversionszeit TI nach Einstrahlen des zugehörigen Inversionspulses RF3a, RF3b, RF3c in einem zugehörigen Auslesezeitraum ROa, ROb, ROc aufgenommen. Das Erzeugen und Auslesen der Kalibrierungsdaten kann auf eine übliche und bekannte Art und Weise, z.B. auch wie in 2, bewerkstelligt werden.
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Das Schwächungsverfahren kann zusätzlich oder alternativ ein Schalten von Flusskompensationsgradienten umfassen. Durch eine Flusskompensation können durch eine Bewegung, z.B. eine fließende oder pulsierende Bewegung, in dem Untersuchungsobjekt verursachte Phasenfehler in aufgenommenen Kalibrierungsdaten unterdrückt werden. Für eine Unterdrückung von durch eine pulsierende Bewegung verursachten Phasenfehlern sollte die Dauer eines Auslesezeitraums RO für einen Kalibrierungsdatensatz möglichst kurz gegenüber der Frequenz des Pulsierens sein, um die gewünschte Schwächung zu erreichen. Die Flusskompensationsgradienten können auf eine übliche Art und Weise gestaltet sein.
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Die geschalteten Flusskompensationsgradienten können zumindest in Richtung einer Bewegungsrichtung von die zu schwächenden Signale verursachenden Spins geschaltet werden, um zumindest einen Hauptteil ungewünschter Phasenfehler in dieser (Haupt-)Richtung der Bewegung zu vermeiden. Beispielsweise kann für eine pulsierende Bewegung von Zerebrospinalflüssigkeit angenommen werden, dass die in einem Patienten als Untersuchungsobjekt in Richtung „Kopf-Fuß“, und damit typischerweise in Schichtselektionsrichtung, verläuft.
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In dem in 2 gezeigten Teil eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von Kalibrierungsdatensätzen KDS (2, oben) sind mögliche Flusskompensationsgradienten Gfc1, Gfc2 mit unterschiedlicher Polarität dargestellt, die hier nach dem RF-Refokussierungspuls RF2 und vor dem Auslesezeitraum RO in Schichtselektionsrichtung GS geschaltet werden. Weitere möglicherweise in Schichtselektionsrichtung GS zu schaltende Gradienten, z.B. für eine Schichtselektion, sind ans sich bekannt und daher (wie in den Beispielen für Aufnahmen von Messdatensätzen MDS) nicht dargestellt.
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Es ist auch denkbar Flusskompensationsgradienten zwischen dem RF-Anregungspuls RF1 und dem RF-Refokussierungspuls RF2 und/oder in Phasenkodierrichtung GP und/oder Ausleserichtung GR zu schalten.
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Es werden verarbeitete Messdatensätzen MDS* aus den beschleunigt aufgenommenen Messdatensätzen MDS unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze KDS bestimmt (Block 103), so dass in den verarbeiteten Messdatensätzen MDS* Effekte des verwendeten Aufnahmebeschleunigungsverfahrens aufgehoben sind.
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Wurde als Aufnahmebeschleunigungsverfahren eine parallele Akquisitionstechnik verwendet, umfasst das Verarbeiten der somit unterabgetastet aufgenommenen Messdatensätze MDS ein Vervollständigen der unterabgetastet aufgenommenen Messdatensätze MDS zu vollständigen verarbeiteten Messdatensätzen MDS*. Der durch die parallele Akquisitionstechnik durch die Unterabtastung verursachte Effekt der Unvollständigkeit der aufgenommenen Messdatensätze MDS wird durch die Vervollständigung unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze KDS aufgehoben.
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Wurde als Aufnahmebeschleunigungsverfahren ein Schicht-Multiplexing-Verfahren verwendet, umfasst das Verarbeiten der überlagert aufgenommenen Messdatensätze MDS ein Separieren der überlagert aufgenommenen Messdatensätze MDS zu verarbeiteten jeweils nur einer einzelnen Schicht zugeordneten (Einzelschicht-)Messdatensätzen MDS*. Der durch das Schicht-Multiplexing-Verfahren verursache Effekt der Überlagerung der simultan und damit kollabiert für mehrere Schichten aufgenommenen Messdatensätze MDS wird durch die Separation unter Verwendung der Kalibrierungsdatensätze KDS in Einzelschicht-Messdatensätze MDS* einzelner, der simultan gemessenen Schichten aufgehoben.
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Aus den verarbeiteten Messdatensätzen MDS* können Bilddatensätze BDS rekonstruiert werden (Block 105).
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Die so aus mit erfindungsgemäß unter Verwendung mindestens eines Schwächungsverfahrens aufgenommenen Kalibrierungsdatensätzen verarbeiteten Messdatensätzen rekonstruierten Bilddatensätze haben eine gegenüber aus mit auf herkömmliche Art und Weise aufgenommenen Kalibrierungsdatensätzen verarbeiteten Messdatensätzen rekonstruierten Bilddatensätzen eine erhöhte Bildqualität und enthalten weniger Artefakte.
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5 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9.
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In der 5 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, beispielsweise aus mehreren Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2 oder mehr Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
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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 oder, im Falle einer Verwendung eines Schicht-Multiplexing-Verfahrens, einen Teil eines aus verschiedenen Schichten bestehenden Zielvolumens 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 Schwächungseinheit 15, mit welcher eine erfindungsgemäße Schwächung von unerwünschten Signalen, welche zu Phasenfehlern führen, erzeugt werden kann. 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.