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Die Erfindung betrifft eine Bildrekonstruktion aus Magnetresonanzmessdaten mit einer trainierten Funktion.
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Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B0-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von als Signale messbaren Kernspinresonanzen (Echosignalen) 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 Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
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Für eine bestimmte Messung ist eine Pulssequenz mit einem auszusendenden Hochfrequenz(RF)-Pulszug und einem dazu koordiniert zu schaltenden Zug an Gradienten (mit passenden Gradienten in Schichtselektionsrichtung, in Phasenkodierrichtung und in Ausleserichtung) auszusenden. Für die Bildgebung ist dabei insbesondere das Timing innerhalb der Sequenz maßgeblich, d. h. in welchen zeitlichen Abständen welche RF-Pulse und Gradienten aufeinander folgen. Eine Vielzahl der Steuerparameterwerte ist in der Regel in einem sogenannten Messprotokoll definiert, welches vorab erstellt wird und für eine bestimmte Messung beispielsweise aus einem Speicher abgerufen und ggf. vom Bediener vor Ort verändert werden kann, der zusätzliche Steuerparameterwerte wie beispielsweise einen bestimmten Schichtabstand eines Stapels von auszumessenden Schichten, eine Schichtdicke etc. vorgeben kann. Auf Basis all dieser Steuerparameterwerte wird dann eine Magnetresonanz-Ansteuersequenz berechnet, die auch als Messsequenz, „MR-Sequenz“ (Magnetresonanz-Sequenz) oder kurz nur „Sequenz“ bezeichnet wird.
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Bei den klassischen Vorgehensweisen erfolgt die Aufnahme von Bildern vom Inneren des Objekts schichtweise. Dabei wird jeweils selektiv eine relativ dünne Schicht, üblicherweise zwischen 1 und 5 mm, angeregt. Eine solche selektive Anregung wird erreicht, indem koordiniert mit einem eingestrahlten anregenden RF-Puls ein Gradient in der Schichtselektionsrichtung angelegt wird. Durch eine solche Pulsanordnung (bestehend aus dem anregenden RF-Puls und dem zugehörigen Gradienten) wird erreicht, dass der RF-Puls nur selektiv auf den durch den Gradienten und den RF-Puls bestimmten Bereich wirkt. In den meisten Fällen verläuft diese Schichtselektionsrichtung parallel zur sog. z-Achse, der Längsachse der Magnetresonanzanlage, bzw. auch zu der Längsachse eines in der Magnetresonanzanlage liegenden Patienten. Eine Ortskodierung innerhalb einer Schicht erfolgt dann zum einen durch eine Phasenkodierung in einer auf die Schichtselektionsrichtung senkrechten Richtung (meist die y-Richtung) und durch eine Auslesekodierung in der zweiten auf die Schichtselektionsrichtung senkrechten Richtung (meist die x-Richtung). Auf diese Weise kann ein zweidimensionaler Frequenzraum, der sogenannte k-Raum, durch Eintragen der gemessenen Messdaten als Rohdaten an den entsprechenden k-Raumpunkten, gefüllt werden.
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Durch eine zweidimensionale Fourier-Transformation kann daraus ein Bild der Schicht erzeugt werden.
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Es besteht auch die Möglichkeit, größere dreidimensionale Volumen anzuregen und in einem 3D-Verfahren auszumessen. Dabei wird nicht mehr eine dünne Schicht (üblicherweise „Slice“ genannt), sondern eine relativ dicke Schicht (üblicherweise als „Slab“ bezeichnet) in einem Anregungsvorgang angeregt. Allerdings müssen diese Slabs von meist mehr als 10 mm Dicke beim Aufnehmen der Rohdaten noch einmal in der Schichtselektionsrichtung ortsaufgelöst gemessen werden. Dies erfolgt üblicherweise durch eine zweite Phasenkodierung, d. h. bei diesem Verfahren wird in zwei Richtungen phasenkodiert und in einer Richtung auslesekodiert gemessen, um so einen dreidimensionalen k-Raum mit Rohdaten zu füllen und daraus durch eine 3D-Fourier-Transformation ein dreidimensionales Bildvolumen zu erzeugen.
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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 erzeugt wird.
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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.
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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.
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Ein anderes Verfahren, um nach einer Anregung der Kernspins Echosignale zu erzeugen, ist das sogenannte Gradienten-Echo-Verfahren. Hierbei wird die Dephasierung und Rephasierung der Magnetisierung nicht durch Einstrahlen von RF-Refokussierungspulsen, sondern durch nach dem Einstrahlen des RF-Anregungspulses geschaltete Gradienten erreicht.
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Ein Gradienten-Echo-Verfahren, bei welchen nach einem RF-Anregungspuls in einer Auslesephase durch alternierende Auslesegradienten ein Zug an Gradienten-Echos erzeugt und ausgelesen wird, wird Echoplanarbildgebung (EPI, engl. „echo planar imaging“) genannt. EPI Sequenzen weisen kurze Akquisitionszeit pro Bild auf und sind gegenüber Bewegungen des Untersuchungsobjekts relativ robust.
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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 sie bei EPI Verfahren üblich sind, 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. Ein bekanntes Verfahren zur Korrektur von N/2-Geisterartefakten ist z.B. in der
US6043651 , beschrieben. Ein Verfahren zur Korrektur von durch Drifteffekte hervorgerufenen Phasenfehlern ist z.B. in der
US20120249138A1 beschrieben.
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Häufig basiert z.B. die Diffussionsbildgebung, bei der durch Schalten von Diffusionsgradienten zumindest eine Diffusionkodierung der angeregten Echosignale erfolgt, auf der Echoplanarbildgebung (EPI). Bei einer Diffusionsbildgebung mit EPI können in den diffusionsgewichteten Bildern aufgrund von lokalen B0-Inhomogenitäten und residuellen Wirbelstromfeldern Verzerrungen, z.B. Scherungen oder Kompressionen, sowie Signalausfälle (engl. „signal voids“), oder auch ggf. eine geschwächte Fettsättigung, auftreten. Diese Verzerrungen können zu Fehlern in den ausgewerteten Diffusionskarten führen.
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Es sind bereits Verfahren bekannt, die versuchen die durch die Wirbelströme verursachten Effekte retrospektiv zu korrigieren oder zumindest zu verringern. Dazu werden beispielsweise Wirbelstrom-Feldkarten, die das Verhalten der Wirbelströme wiedergeben, bestimmt, auf Basis derer Wirbelstrombedingte Verzerrungen in Diffusionsbilddaten korrigiert werden. Derartige Wirbelstrom-Feldkarten erfordern jedoch separate Messungen, die z.B. vorab durchgeführt werden müssen. Ein Beispiel für ein derartiges Vorgehen ist in dem Artikel von Rohde et al. „Comprehensive approach for correction of motion and distortion in diffusion-weighted MRI", Magn. Reson. Med. 2004, 51: S. 103-14, beschrieben.
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Aufgenommene Messdaten füllen den k-Raum entlang von einer durch die Sequenz vorgegebenen Ortskodierung entsprechenden k-Raumtrajektorien. Man spricht auch von einer Abtastung des k-Raums entlang von k-Raumtrajektorien. Eine häufig wird eine Kartesische k-Raumabtastung, z.B. entlang von parallelen k-Raumlinien oder an kartesisch verteilten k-Raumpunkten, bei der Aufnahme der Messdaten verwendet. Es sind jedoch auch nicht-kartesische, z.B. radiale, spirale oder helixförmige (WAVE) k-Raumtrajektorien zur Aufnahme von Messdaten bekannt.
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Zur Verkürzung der Dauer einer Aufnahme eines gemäß Nyquist vollständigen Messdatensatzes können unter bestimmten Bedingungen bestimmte Messdaten des vollständigen Satzes nicht aufgenommen, sondern später ergänzt werden. Für die Aufnahme eines unvollständigen Messdatensatzes wird weniger Zeit benötigt als für eine Aufnahme eines vollständigen Messdatensatzes. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise eine partielle Fourier-Technik (PF, englisch: „partial Fourier“). Bei PF-Techniken wird üblicherweise nicht der gesamte k-Raum, sondern, in eine k-Raumrichtung (PF-Richtung) nur ein durch einen PF-Faktor angegebener und weiter durch Symmetriebetrachtungen des k-Raums bestimmter Teil des k-Raums abgetastet, also aufgenommen oder gemessen. Die Symmetrie des k-Raums wird bei PF-Techniken genutzt, um mit Hilfe unterschiedlicher Rekonstruktionsmethoden den nicht gemessenen Teil des k-Raums zu ergänzen oder aufzufüllen. Bei einer als „zero-filling“ bezeichneten Methode, werden nicht aufgenommene Bereiche des k-Raums durch Nullen oder Nullwerte aufgefüllt. Dies ist eine sehr einfache Methode, die wenig Rechenleistung erfordert, die aber nicht immer befriedigende Ergebnisse liefert.
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Eine alternative Methode, um nicht-aufgenommene Messdaten bei PF-Verfahren zu ergänzen, nutzt einen sogenannten POCS-Algorithmus (englisch: „Projection Onto Convex Sets“), welcher fehlende, also nicht gemessene Teile des k-Raums eines Messdatensatzes in einem iterativen Prozess abschätzt und dabei eine Datenkonsistenz mit den tatsächlich gemessenen Teilen des k-Raums des Messdatensatzes, also tatsächlich gemessenen k-Raum-Werten, sicherstellt. Hierzu sei beispielsweise auf die Veröffentlichung „Implementation and Assessment of Diffusion-Weighted Partial Fourier Readout-Segmented Echo-Planar Imaging" von Robert Frost et.al. in Magnetic Resonance in Medicine 68:441-451 (2012) verwiesen. Diese Methodik kann zu einer verbesserten Schärfe oder Ortsauflösung führen, ist jedoch nicht immer zuverlässig anwendbar, beispielsweise abhängig von bestimmten Phasenvariationen in dem zugrunde liegenden Messdatensatz.
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Weiterhin können, um z.B. die für die Aufnahme der Messdaten insgesamt nötige Messzeit zu verkürzen oder die Auflösung zu erhöhen, sogenannte parallele Akquisitionstechniken (PAT), wie z.B. GRAPPA („GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition“) oder SENSE („Sensitivity Encoding“), eingesetzt werden, bei denen mit Hilfe von mehreren RF-Spulen nur eine gemäß dem Nyquist-Theorem im k-Raum unterabgetastete Anzahl an Messdaten aufgenommen werden. Die „fehlenden“ Messdaten werden hierbei auf Basis von Sensitivitätsdaten der verwendeten RF-Spulen und in einem Teilbereich des eigentlich für die Messung abzutastenden k-Raums vollständig gemäß Nyquist abgetasteten, Kalibrierungsdaten aus den gemessenen Messdaten ergänzt. Ein sogenannter PAT-Beschleunigungsfaktor gibt hierbei an, wie stark der k-Raum unterabgetastet wird. Beispielsweise wird bei einem PAT-Beschleunigungsfaktor PAT=2, die Hälfte der gemäß Nyquist für eine vollständige Abtastung nötigen Messdaten aufgenommen, bei einem PAT-Beschleunigungsfaktor PAT=4, ein Viertel usw..
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Darüber hinaus sind Verfahren bekannt, 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.
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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 Schicht-Richtung 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.
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Bei derartigen Schichtmultiplexing-Verfahren kann ein sogenannter Multi-Band-RF-Puls verwendet werden, 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 Grundband-modulierten Multi-Band-RF-Puls aus einer Addition der Pulsformen der individuellen RF-Pulse.
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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 Gradienten-Blips 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, auch sliceGRAPPA genannt, (GRAPPA: „GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition“) oder ein SENSE-Verfahren (SENSE: Sensitivity encoding"), getrennt zu werden.
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Eine andere Möglichkeit zur Beschleunigung der Bildgebung bei der Magnetresonanz ist die Verwendung des sogenannten „Compressed Sensing“ (CS). Dabei handelt es sich um eine Unterabtastungstechnik, die spezielle Trajektorien im k-Raum verwendet, die ein randomisiertes beziehungsweise pseudorandomisiertes Abtastmuster des k-Raums ermöglichen. Durch die Verwendung einer solchen Randomisierungstechnik wird bewirkt, dass Faltungsartefakte so „verschmiert“ werden, dass sie in den Magnetresonanzbildern wie Bildrauschen wirken.
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Seit kurzem werden auch trainierte Funktionen, die neuronale Netze umfassen, eingesetzt, um die Rekonstruktion von Bilddaten aus mittels einer Magnetresonanzanlage beschleunigt aufgenommenen Messdaten zu verbessern. Beispielsweise in dem Artikel von Hammernik et al. „Systematic evaluation of iterative deep neural networks for fast parallel MRI reconstruction with sensitivity-weighted coil combination", Magn. Reson. Med. 86: S.1859-1872, 2021, werden entfaltete (engl. „unrolled“) variationale neuronale Netze beschrieben, die eine Rekonstruktion von mittels einer PAT-Technik aufgenommenen Messdaten in Bilddaten unter gleichzeitiger Entrauschung (engl. „denoising“) der Bilddaten ermöglichen. Durch die gleichzeitige Rekonstruktion und Entrauschung durch ein neuronales Netz wird erreicht, dass die resultierenden Bilddaten trotz vergleichsweise hohen PAT-Beschleunigungsfaktoren einen natürlichen Eindruck erwecken, wodurch die Bildqualität als gegenüber mit konventionellen Rekonstruktionstechniken rekonstruierten Bilddaten verbessert ist.
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Typische entfaltete und/oder variationale neuronale Netze, wie die in dem genannten Artikel von Hammernik et al. beschriebenen, weisen abwechselnd Schritte zur Datenkonsistenzsicherung und zur Bildregulierung auf, wobei zumeist die Bildregulierung durch ein U-förmiges neuronales Netz, insbesondere ein U-Net, auch Down-Up-Netz genannt, erfolgt, und die Datenkonsistenzsicherung durch Gradienten eines Datenkonsistenzterms, welcher ein Signalmodel umfasst, das die rekonstruierten Bilddaten zu den im k-Raum aufgenommenen Messdaten in Beziehung setzt.
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Im Allgemeinen bildet eine trainierte Funktion kognitive Funktionen ab, die Menschen mit menschlichen Gehirnen assoziieren. Durch Training basierend auf Trainingsdaten (Maschinenlernen) ist die trainierte Funktion in der Lage, sich an neue Umstände anzupassen und Muster zu detektieren und zu extrapolieren.
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Allgemein gesagt können Parameter einer trainierten Funktion durch Training angepasst werden. Insbesondere können überwachtes Lernen, halbüberwachtes Lernen, nicht überwachtes Lernen, Reinforcement Learning und/oder aktives Lernen verwendet werden. Darüber hinaus kann auch Repräsentationslernen (auch als „Feature Learning“ bekannt) eingesetzt werden. Die Parameter der trainierten Funktion können insbesondere iterativ durch mehrere Trainingsschritte angepasst werden.
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In der Bildrekonstruktion eingesetzte neuronale Netze umfassende trainierte Funktionen werden zumeist durch Trainingsprozesse mit überwachtem Lernen trainiert mit Paaren aus Trainingseingangsdaten und zugehörigen Trainingsausgangsdaten. Dabei werden enorme Mengen an Trainingseingangs- und - ausgangsdaten, z.B. mehr als 10000 Paare an Trainingseingangs- und -ausgangsdaten, benötigt, um ein individuelles neuronales Netz zu trainieren. Damit sind die trainierten Funktionen auf eine einer Form der Trainingseingangsdaten entsprechende dedizierte Form festgelegt. Jegliche Änderungen der Form der Eingangsdaten, z.B. auch Änderungen des Inhalts, der Art und/oder einer möglichen Vorverarbeitung, führen regelmäßig dazu, dass die trainierte Funktion neu für die geänderte Form trainiert oder sogar die trainierte Funktion selbst angepasst werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Erstellen von Bilddaten aus mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten mit einer trainierten Funktion mit einer erhöhten Flexibilität bezüglich der Form der aufgenommenen Messdaten zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erstellen von Bilddaten aus mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten gemäß Anspruch 1, eine Bilderstellungseinrichtung gemäß Anspruch 8, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 9, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 10, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 11.
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Ein erfindungsgemäßes computerimplementiertes Verfahren zum Erstellen von Bilddaten mit einer trainierten Funktion aus mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten umfasst die Schritte:
- - Bereitstellen einer trainierten Rekonstruktionsfunktion, welche als Eingangsdaten Magnetresonanzdaten in einer dezidierten Form empfängt, auf welche die trainierte Rekonstruktionsfunktion angewendet wird und dabei Bilddaten umfassende Ausgangsdaten Bilddaten ermittelt,
- - Laden von aufgenommenen Messdaten,
- - Verarbeiten der aufgenommenen Messdaten in verarbeitete Magnetresonanzdaten derart, dass die verarbeiteten Magnetresonanzdaten in einer Form vorliegen, die der dezidierten Form der Eingangsdaten entspricht,
- - Empfangen der verarbeiteten Magnetresonanzdaten als Eingangsdaten,
- - Anwenden der bereitgestellten trainierten Rekonstruktionsfunktion auf die empfangenen Eingangsdaten, wobei Bilddaten umfassende Ausgangsdaten ermittelt werden,
- - Bereitstellen der Ausgangsdaten.
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Durch die erfindungsgemäße Verarbeitung aufgenommener Messdaten in verarbeitete Magnetresonanzdaten derart, dass die verarbeiteten Magnetresonanzdaten in einer Form vorliegen, die der dezidierten Form von Eingangsdaten einer existierenden (fertig) trainierten Rekonstruktionsfunktion entspricht und damit kompatibel mit der trainierten Rekonstruktionsfunktion sind, kann die trainierte Rekonstruktionsfunktion auf Eingangsdaten angewendet werden, die auf in ihrer Aufnahmeform deutlich vielfältigeren aufgenommenen Messdaten basieren. Ein aufwändiges (erneutes) Training oder eine Umgestaltung der trainierten Rekonstruktionsfunktion für aufgenommene Messdaten mit andersartigen Formen als der der trainierten Rekonstruktionsfunktion dezidierten Form kann entfallen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Bilderstellungseinrichtung umfassend eine Verarbeitungseinrichtung zum Verarbeiten von mittels einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten in verarbeitete Magnetresonanzdaten, die in einer Form vorliegen, die einer dezidierten Form von Eingangsdaten einer trainierten Rekonstruktionsfunktion entspricht, aufweisend
- - eine erste Verarbeitungsschnittstelle zum Empfang von aufgenommenen Messdaten,
- - eine Verarbeitungseinheit zur Anwendung von Verarbeitungsschritten, welche die empfangenen aufgenommenen Messdaten in eine Form transformieren, die der dezidierten Form entspricht,
- - eine zweite Verarbeitungsschnittstelle zum Bereitstellen der verarbeiteten Magnetresonanzdaten;
und
eine Rekonstruktionseinrichtung zum Erstellen von Bilddaten, aufweisend
- - eine erste Schnittstelle zum Empfang von mit der Verarbeitungseinrichtung erstellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten als Eingangsdaten,
- - eine Rekonstruktionseinheit zur Anwendung der trainierten Rekonstruktionsfunktion auf die Eingangsdaten, wobei Bilddaten umfassende Ausgangsdaten ermittelt werden, und
- - eine zweite Schnittstelle zum Bereitstellen der Ausgangsdaten.
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Die Bilderstellungseinrichtung, welche im Allgemeinen wenigstens einen Prozessor und/oder wenigstens ein Speichermittel umfasst, ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Rekonstruktionsverfahrens ausgebildet. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Bilderstellungseinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Die Bilderstellungseinrichtung kann selbstständig, aber beispielsweise auch als Teil einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung von mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten implementiert werden. Die Bilderstellungseinrichtung kann z.B. auch als Teil einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage verwendet werden, um insbesondere in der Nachverarbeitung (im Postprocessing) aufgenommener Messdaten eingesetzt zu werden. Andere Ausgestaltungen sind selbstverständlich denkbar.
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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 Bilderstellungseinrichtung.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist direkt in einen Speicher einer Recheneinrichtung, insbesondere einer Bilderstellungseinrichtung, ladbar, und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf der Recheneinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, der mithin darauf gespeicherte Steuerinformationen umfasst, die wenigstens ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinrichtung diese dazu ausgestalten, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Bei dem Datenträger kann es sich insbesondere um einen nicht transienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM oder einen USB-Stick, handeln.
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Die in Bezug auf das Verfahren und/oder die Ausgleichseinrichtung angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger. Für einen beanspruchten Gegenstand beschriebene Merkmale, Vorteile und Varianten können auf andere beanspruchte Gegenstände übertragen werden. Mit anderen Worten können auf Vorrichtungen/Einheiten gerichtete Ansprüche können durch Merkmale verbessert werden, die mit Bezug auf das Verfahren genannt wurden.
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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 und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2-7 schematisch dargestellte Beispiele für im k-Raum aufgenommene Messdaten und zugehörige verarbeitete Magnetresonanzdaten,
- 8 eine erfindungsgemäße Bilderstellungseinrichtung,
- 9 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
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1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens zum Erstellen von Bilddaten mit einer trainierten Funktion aus mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten.
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Es wird eine trainierte Rekonstruktionsfunktion 100 bereitgestellt, welche als Eingangsdaten Magnetresonanzdaten MRD in einer dezidierten Form Fd empfängt, auf welche die trainierte Rekonstruktionsfunktion 100 angewendet wird und dabei Bilddaten BD umfassende Ausgangsdaten ermittelt.
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Als trainierte Rekonstruktionsfuntion 100 kann eine ein variationales und/oder entfaltetes neuronales Netz und/oder ein U-förmiges neuronales Netz, z.B. ein U-Net, umfassende Rekonstruktionsfunktion 100 bereitgestellt und verwendet werden. Als trainierte Rekonstruktionsfunktion 100 kann eine in dem bereits genannten Artikel von Hammernik et al. beschriebene trainierte Rekonstruktionsfunktion zur Rekonstruktion von mittels einem PAT-Verfahren unterabgetastet aufgenommenen Magnetresonanzdaten in Bilddaten bereitgestellt und verwendet werden.
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Die dezidierte Form Fd der Magnetresonanzdaten MRD kann beispielsweise Vorgaben umfassen, die die dezidierte Form Fd festschreiben. Derartige Vorgaben können Vorgaben für ein Abtastmuster mit welchem die Magnetresonanzdaten den k-Raum füllen, insbesondere eine Dimensionalität des gefüllten k-Raums und/oder verwendete k-Raum-Trajektorien, Vorgaben für einen Unterabtastfaktor, mit welchem die Magnetresonanzdaten den k-Raum unterabtasten, Vorgaben für eine Anzahl an Schichten, für welche die Magnetresonanzdaten Informationen enthalten, und/oder Vorgaben für zulässige in den Magnetresonanzdaten enthaltene Phasenfehler umfassen.
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Aufgenommene Messdaten MD werden geladen (Block 101), wobei die aufgenommenen Messdaten MD in einer Aufnahmeform F vorliegen, die die Art und Weise wie die aufgenommenen Messdaten MD aufgenommen wurden, widerspiegelt.
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Die aufgenommenen Messdaten MD werden in verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD verarbeitet, derart, dass die verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD in einer Form vorliegen, die der dezidierten Form Fd der Eingangsdaten entspricht (Block 103) .
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Das Verarbeiten aufgenommener Messdaten MD kann ein Feststellen einer Aufnahmeform F, in welcher die aufgenommenen Messdaten MD aufgenommen wurden und nun vorliegen, umfassen. Dies kann auch dadurch erfolgen, dass beim Laden der aufgenommenen Messdaten MD deren Aufnahmeform F mit übergeben wird. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Feststellung der Aufnahmeform F durch eine Analyse der geladenen aufgenommenen Messdaten MD erfolgt.
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Das Verarbeiten aufgenommener Messdaten MD kann Verarbeitungsschritte umfassen, welche basierend auf einer Aufnahmeform F, in welcher die aufgenommenen Messdaten MD vorliegen, und der dezidierten Form Fd der als Eingangsdaten von der trainierten Rekonstruktionsfunktion 100 empfangenen Magnetresonanzdaten MRD derart gewählt sind, dass sie die aufgenommenen Messdaten MD von ihrer Aufnahmeform F in Magnetresonanzdaten MRD überführen, die in der dezidierten Form Fd vorliegen.
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Das Verarbeiten aufgenommener Messdaten MD kann ein Anwenden Verschiedener Verfahren zur Verarbeitung von mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommenen Messdaten MD umfassen. Beispielsweise kann das Verarbeiten aufgenommener Messdaten MD ein Anwenden eines Regridding-Verfahrens, eines Schichtselektionsverfahrens, insbesondere eines sliceGRAPPA-Verfahrens, eine Fouriertransformation in den Bildraum, eine Fouriertransformation von im Bildraum vorliegenden Daten in den k-Raum, ein PAT-Verfahren, insbesondere ein GRAPPA oder ein SENSE-Verfahren, eines Korrekturverfahrens, insbesondere eines Phasenkorrekturverfahrens, und/oder eines Compressed-Sensing-Verfahren umfassen.
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Zur Verdeutlichung des Prinzips der Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten MD wird weiter unten eine Auswahl an Beispielen von möglichen im k-Raum aufgenommene Messdaten MD und zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD anhand der 2 bis 7 erläutert.
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Die verarbeiteten Magnetresonanzdaten werden als Eingangsdaten von der bereitgestellten trainierten Rekonstruktionsfunktion 100 empfangen, die auf die so empfangenen Eingangsdaten angewendet wird, wobei Bilddaten BD umfassende Ausgangsdaten ermittelt und bereitgestellt werden (Block 105).
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Die bereitgestellten Ausgangsdaten können beispielsweise an einer Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A angezeigt oder auch in einem Speicher gespeichert werden.
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Weiterhin können gemessene Referenzdaten RD geladen werden (Block 101'), die bei dem Verarbeiten gemessener Messdaten MD und/oder, z.B. bei einer von der trainierten Rekonstruktionsfunktion 100 umfassten Datenkonsistenzsicherung und/oder, wenn die trainierte Rekonstruktionsfunktion 100 Eingangsdaten in Form von unterabgetasteten Magnetresonanzdaten MRD empfängt, bei einer von der trainierten Rekonstruktionsfunktion 100 umfassten Rekonstruktion von Bilddaten BD berücksichtigt werden. Derartige Referenzdaten RD können beispielsweise Spulensensitivitätsdaten oder Kalibrierungsdaten, wie sie bei PAT-Verfahren und Schichttrennungsverfahren wie sliceGRAPPA, oder für Datenkonsistenzprüfungen verwendet werden. Ob, und wenn ja, welche Referenzdaten RD geladen werden, hängt somit sowohl von der Aufnahmeform F, in welcher die geladenen aufgenommenen Messdaten MD vorliegen und/oder von der dezidierten Form Fd in welcher die Eingangsdaten vorliegen sollen ab.
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2 zeigt ein erstes Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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Die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD liegen im k-Raum in der ky-kx-Ebene, wobei durchgehend gezeichnete Linien aufgenommene k-Raumzeilen und gestrichelt gezeichnete Linien nicht aufgenommene k-Raumlinien darstellen, sodass im Beispiel jede zweite k-Raumzeile aufgenommen wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 2 liegen somit in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden Aufnahmeform F vor.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen in der dezidierten Form Fd vor, in welcher eine bereitgestellte trainierte Rekonstruktionsfunktion Eingangsdaten empfängt. Die dezidierte Form Fd ist zwar auch eine zweidimensionale, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2, entsprechende Form, allerdings mit im Vergleich zu der Aufnahmeform F anderen aufgenommenen k-Raumpositionen (Abtastmuster) und/oder unterschiedlicher Phasenvariation der Unterabtastung.
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Phasenkorrektur und/oder eine k-Raumpositionskorrektur umfassen, die die aufgenommenen Messdaten MD von ihrer Aufnahmeform in verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD in der dezidierten Form transformiert. Dabei kann auch ein PAT-Verfahren wie z.B. GRAPPA oder SENSE angewendet werden.
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In den folgenden Beispielen der 3 bis 7 werden jeweils verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD in einer selben dezidierten Form angenommen. Dies ist nicht einschränkend zu lesen, sondern soll lediglich als ein mögliches Beispiel verstanden werden.
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3 zeigt ein weiteres Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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In diesem Beispiel liegen die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD wieder im k-Raum in der ky-kx-Ebene, wobei durchgehend gezeichnete Linien aufgenommene k-Raumzeilen und gestrichelt gezeichnete Linien nicht aufgenommene k-Raumlinien darstellen, sodass jede vierte k-Raumzeile aufgenommen wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 3 liegen somit in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=4 entsprechenden Aufnahmeform F vor.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen, wie oben beschrieben in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden dezidierten Form Fd vor. Somit unterscheiden sich die Aufnahmeform F der aufgenommenen Messdaten MD und die dezidierte Form Fd der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD insbesondere in ihrem Unterabtastfaktor.
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Anwendung eines PAT-Verfahren wie z.B. GRAPPA oder SENSE umfassen, welche die für die dezidierte Form Fd fehlenden Magnetresonanzdaten ergänzt.
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4 zeigt ein weiteres Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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In diesem Beispiel liegen die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD wieder im k-Raum in der ky-kx-Ebene, wobei durchgehend gezeichnete Linien aufgenommene k-Raumzeilen und gestrichelt gezeichnete Linien nicht aufgenommene k-Raumlinien darstellen, sodass jede zweite k-Raumzeile aufgenommen wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 4 liegen somit in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden Aufnahmeform F vor. Darüber hinaus wurden die aufgenommenen Messdaten in diesem Beispiel jedoch unter Verwendung einer SMS-Technik aufgenommen, sodass die aufgenommenen Messdaten MD aus mehreren, hier zwei, Schichten S1&S1 kollabiert aufgenommene Messdaten MD sind.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen, wie oben beschrieben in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden dezidierten Form Fd für Einzelschichten S1, S2 vor. Somit unterscheiden sich die Aufnahmeform F der aufgenommenen Messdaten MD und die dezidierte Form Fd der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD insbesondere in der jeweiligen Anzahl an Schichten, für welche die Magnetresonanzdaten Informationen enthalten.
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Anwendung eines bei SMS-Techniken bekannten Schichttrennungsverfahren wie z.B. sliceGRAPPA umfassen, welche die aufgenommenen Messdaten MD für die dezidierte Form Fd in gewünschten Magnetresonanzdaten von Einzelschichten trennt.
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5 zeigt ein weiteres Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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In diesem Beispiel liegen die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD wieder im k-Raum in der ky-kx-Ebene, wobei durchgehend gezeichnete Linien aufgenommene k-Raumzeilen und gestrichelt gezeichnete Linien nicht aufgenommene k-Raumlinien darstellen, sodass jede ungleichmäßig verteilte k-Raumzeile aufgenommen wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 5 liegen somit in einer zweidimensionalen, einer speziellen PAT-Technik oder einer Compressed-Sensing-Technik entsprechenden Aufnahmeform F vor.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen, wie oben beschrieben in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden dezidierten Form Fd vor. Somit unterscheiden sich die Aufnahmeform F der aufgenommenen Messdaten MD und die dezidierte Form Fd der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD insbesondere in der jeweiligen Dichte der k-Raumabtastung (Abtastmuster).
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Anwendung eines PAT-Verfahren wie z.B. GRAPPA oder SENSE oder ein Compressed-Sensing-Verfahren umfassen, welche die für die dezidierte Form Fd gewünschten verarbeiteten Magnetresonanzdaten liefert.
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6 zeigt ein weiteres Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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In diesem Beispiel liegen die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD im dreidimensionalen k-Raum (ky-kx-kz), sodass ein dreidimensionaler Satz an k-Raumdaten als Messdaten MD aufgenommen wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 6 liegen somit in einer dreidimensionalen Aufnahmeform F vor.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen, wie oben beschrieben in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden dezidierten Form Fd vor. Somit unterscheiden sich die Aufnahmeform F der aufgenommenen Messdaten MD und die dezidierte Form Fd der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD insbesondere in der jeweiligen Dimensionalität der k-Raumabtastung.
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Anwendung eines Fouriertransformation in einer vollständig aufgenommenen Richtung kx, ky, kz oder, insbesondere falls in keiner Richtung kx, ky, kz eine vollständige Abtastung erfolgt ist, ein PAT-Verfahren wie GRAPPA oder SENSE zur Vervollständigung der aufgenommenen Messdaten MD in eine Richtung kx, ky, kz und anschließende Fouriertransformation in dieser Richtung umfassen, welche die für die dezidierte Form Fd gewünschten in zweidimensionaler Form vorliegenden verarbeiteten Magnetresonanzdaten liefert.
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7 zeigt ein weiteres Beispiel möglicher im k-Raum aufgenommene Messdaten MD (links dargestellt), die z.B. durch eine Verarbeitungseinheit 32 einer mit Bezug auf 8 näher erläuterten Bilderstellungseinrichtung 15 in zugehörige verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD (rechts dargestellt) verarbeitet werden.
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In diesem Beispiel liegen die links dargestellten aufgenommenen Messdaten MD wieder im k-Raum in der ky-kx-Ebene, wobei durchgehend gezeichnete Linien aufgenommene k-Raumzeilen darstellen, sodass ein radiales Abtastmuster verwendet wurde. Die aufgenommenen Messdaten MD im Beispiel der 7 liegen somit in einer zweidimensionalen, einer radialen Abtastung entsprechenden Aufnahmeform F vor.
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Die rechts dargestellten verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD liegen, wie oben beschrieben in einer zweidimensionalen, einer PAT-Technik mit PAT-Faktor PAT=2 entsprechenden dezidierten Form Fd vor. Somit unterscheiden sich die Aufnahmeform F der aufgenommenen Messdaten MD und die dezidierte Form Fd der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD insbesondere in den verwendeten k-Raumtrajektorien.
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Die Verarbeitung derartiger aufgenommener Messdaten MD in gewünschte verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD kann z.B. eine Anwendung eines Regridding-Verfahrens umfassen, welche die in der Aufnahmeform F vorliegenden, mit nicht-kartesische Abtastmuster aufgenommenen Messdaten MD in eine für die dezidierte Form Fd gewünschte kartesische Verteilung der verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD im k-Raum bringt.
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Weitere, nicht dargestellte Beispiele können unterschiedliche in den aufgenommenen Messdaten MD vorliegende und in der dezidierten Form in den verarbeiteten Magnetresonanzdaten MRD zulässige Phasenfehler aufweisen.
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Beispielsweise, wenn die aufgenommenen Messdaten MD unter Verwendung einer EPI-Technik aufgenommen wurde, kann die Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten eine Phasenkorrektur, z.B. eine Korrektur von N/2-Geistern gemäß der oben bereits genannten
US6043651 und/oder eine Driftkorrektur, z.B. gemäß der auch bereits oben genannten
US20120249138A1 , umfassen.
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Weitere mögliche Korrekturverfahren, die bei der Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten MD in verarbeitete Magnetresonanzdaten MRD umfasst sein können, sind z.B. Respirationskompensationskorrekturverfahren, Wirbelstromkorrekturverfahren (bei Verwendung von EPI-Aufnahmetechniken oder auch TSE- oder TGSE-Aufnahmetechniken), oder auch Korrekturen von Geisterartefakten höherer Ordnung, wie z.B. Dual-Polarity GRAPPA-Verfahren, wie sie z.B. in dem Artikel von Hoge et al. „Dualpolarity GRAPPA for simultaneous reconstruction and ghost correction of echo planar imaging data“, Magn. Reson. Med. 76:S.32-44, 2016, beschrieben sind.
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Zusammenfassend, beschreibt das obige Verfahren eine Möglichkeit, eine Anwendbarkeit einer existierenden, fertig trainierten Rekonstruktionsfunktion auf aufgenommene Messdaten zu erweitern, die nicht in einer für die trainierte Rekonstruktionsfunktion als Eingangsdaten dezidiert gewünschten Form vorliegen, indem durch Verarbeiten der aufgenommenen Messdaten diese in die gewünschte dezidierte Form überführt werden. Bei einer derartigen Verarbeitung ist es nicht notwendig, trainierte Funktionen mit zumindest einem neuronalen Netze einzusetzen, die Verarbeitung kann vielmehr auf „konventionellem“ Weg erfolgen. Insbesondere kann es sein, dass ein Verarbeiten ohne Einsatz einer trainierten Funktion zu einem besseren Verarbeitungsergebnis führt. Beispielsweise basieren entfaltete neuronale Netze zur Rekonstruktion von Bilddaten aus unterabgetastet aufgenommenen MR-Messdaten häufig auf SENSE-basierten Signalmodellen, die Spulensensitivitätsdaten erfordern. Dem gegenüber kann mit GRAPPA-basierten „konventionellen“ Verarbeitungsverfahren häufig eine bessere Entfaltungsperformance erreicht werden.
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8 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Bilderstellungseinrichtung 15, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, und beispielsweise als Teil einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage implementiert werden kann. Insbesondere kann eine Bilderstellungseinrichtung auch als Teil einer Postprocessing-Pipeline dienen. Die Bilderstellungseinrichtung 15 kann auch in sonstige Recheneinrichtungen integriert sein bzw. durch diese gebildet werden.
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Zur Realisierung von Funktionseinheiten weist die Bilderstellungseinrichtung 15 wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel 40 auf. Weiterhin weist die Bilderstellungseinrichtung 15 eine Verarbeitungseinrichtung 34 auf, welche über eine erste Verarbeitungsschnittstelle 31 mit einer Magnetresonanzanlage aufgenommene Messdaten entgegennehmen kann. In einer Verarbeitungseinheit 32 werden empfangene aufgenommene Messdaten in verarbeitete Magnetresonanzdaten verarbeitet, derart, dass die verarbeiteten Magnetresonanzdaten in einer Form vorliegen, die einer dezidierten Form von Eingangsdaten einer mit der Verarbeitungseinheit 32 verbundenen Rekonstruktionseinrichtung 44 entspricht.
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Die Verarbeitung der aufgenommenen Messdaten in verarbeitete Magnetresonanzdaten erfolgt z.B. durch ein Anwenden zumindest eines der Verfahren aus der Gruppe von einem Regridding-Verfahren, einem Schichtselektionsverfahren, insbesondere einem sliceGRAPPA-Verfahren, einer Fouriertransformation in den Bildraum, einer Fouriertransformation von im Bildraum vorliegenden Daten in den k-Raum, einem PAT-Verfahren, insbesondere einem GRAPPA oder einem SENSE-Verfahren, einem Korrekturverfahren und einem Compressed-Sensing-Verfahren.
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Die verarbeiteten Magnetresonanzdaten können an einer zweiten Verarbeitungsschnittstelle 33 bereitgestellt werden.
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Weiterhin weist die Bilderstellungseinrichtung 15 eine Rekonstruktionseinrichtung 44 zum Erstellen von Bilddaten auf, welche über eine erste Schnittstelle 41 mit der Verarbeitungseinrichtung 34 erstellte, verarbeitete Magnetresonanzdaten als Eingangsdaten entgegennehmen kann. In einer Rekonstruktionseinheit 42 wird eine trainierte Rekonstruktionsfunktion 100 angewendet, wobei die entstehenden Bilddaten umfassenden Ausgangsdaten an einer zweiten Schnittstelle 43 bereitgestellt werden können.
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9 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 9 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 dargestellte Schicht oder der Slab Si stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Echosignale aufgenommen und als Messdaten erfasst werden sollen.
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Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage 1 und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5' und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' steuern. Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
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Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in einem zu manipulierenden Bereich (beispielsweise in zu messenden Schichten) 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. 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 Bilderstellungseinrichtung 15, welche ein Modul 20 für ein maschinelles Lernen umfasst, und mit welcher erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden können. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
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Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. Bilddaten angezeigt werden.
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Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches ein Programm umfasst und das beschriebene Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene Verfahren durchführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6043651 [0012, 0079]
- US 20120249138 A1 [0012, 0079]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Rohde et al. „Comprehensive approach for correction of motion and distortion in diffusion-weighted MRI“, Magn. Reson. Med. 2004, 51: S. 103-14 [0014]
- Implementation and Assessment of Diffusion-Weighted Partial Fourier Readout-Segmented Echo-Planar Imaging“ von Robert Frost et.al. in Magnetic Resonance in Medicine 68:441-451 (2012) [0017]
- 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 [0020]
- 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 [0020]
- Hammernik et al. „Systematic evaluation of iterative deep neural networks for fast parallel MRI reconstruction with sensitivity-weighted coil combination“, Magn. Reson. Med. 86: S.1859-1872, 2021 [0024]
