DE102022207891A1

DE102022207891A1 - Verfahren zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer echo-planaren simultanen-Mehrschicht-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten

Info

Publication number: DE102022207891A1
Application number: DE102022207891.8A
Authority: DE
Inventors: Mario Zeller; Adam Kettinger
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2022-07-29
Filing date: 2022-07-29
Publication date: 2024-02-01
Also published as: US20240036142A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer EPI SMS-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes, umfasst die Schritte:- Aufnehmen von in Schichtselektionsrichtung kodierten Navigatorsignalen unter Verwendung eines bipolaren Auslesegradienten, und simultan für die mindestens zwei Schichten zeitlich nach einem in das Untersuchungsobjekt eingestrahlten RF-Anregungspuls und zeitlich vor Aufnahme zu korrigierender Messdaten, wobei pro verwendeter Schichtselektionskodierung mindestens zwei Navigatorsignale mit unterschiedlicher Polarität des Auslesegradienten und insgesamt mindestens sechs Navigatorsignale aufgenommen werden,- Bestimmen zumindest eines mittleren Navigatorsignals aus zumindest zweien der aufgenommenen Navigatorsignale gleicher Polarität,- Bestimmen von Einzelschicht-Navigatorsignalen durch Anwenden einer Fouriertransformation auf das mittlere Navigatorsignal und ein Navigatorsignal, das mit der gleichen Polarität wie die gemittelten Navigatorsignale, aber mit einer verschiedenen Schichtselektionskodierung aufgenommen wurde,- Bestimmen von schichtspezifischen Korrekturdaten aus den Einzelschicht-Navigatorsignalen,- Korrigieren von zu korrigierenden Messdaten mittels der schichtspezifischen Korrekturdaten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer echo-planaren simultanen-Mehrschicht-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von als Signale messbaren Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder, kurz Gradienten genannt, überlagert. Ein verwendetes Schema, das eine zeitliche Abfolge von einzustrahlenden RF-Pulsen und zu schaltenden Gradienten beschreibt, wird als Pulssequenz(schema), oder auch kurz als Sequenz, bezeichnet. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen FourierTransformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Eine der schnellsten bekannten MR-Aufnahmetechniken ist das sogenannte Echo-Planar-Imaging (EPI), bei welchem nach einem RF-Anregungspuls ein oszillierender, also bipolarer Auslesegradient eingesetzt wird, der bei jeder Änderung der Polarisationsrichtung des Gradienten die transversale Magnetisierung so weit refokussiert, wie es der T2*-Zerfall erlaubt, und damit je ein Gradientenecho erzeugt. Mit anderen Worten wird durch die Schaltung des bipolaren Auslesegradienten nach einem RF-Anregungspuls innerhalb des freien Induktionsabfalls nach der Anregung (FID), oder wenn zusätzlich ein RF-Refokussierungspuls nach dem RF-Anregungspuls eingestrahlt wird, innerhalb des so erzeugten Spinechos, ein Echozug von ansteigenden und abfallenden Gradientenechos mit wechselnden Vorzeichen erzeugt. EPI-Pulssequenzen können als sogenannte „Single-Shot“-Verfahren eingesetzt werden, bei welchen alle Messdaten zur Erzeugung eines Bildes eines Subvolumens, z.B. einer Schicht, des untersuchten Untersuchungsobjektes nach nur einem RF-Anregungspuls aufgenommen werden.
Wegen der wechselnden Polarität des Auslesegradienten müssen die aus den Gradientenechosignalen gewonnenen Messdaten in eine Rohdaten-k-Raummatrix derart einsortiert werden, dass die Einsortierrichtung von Zeile zu Zeile der Rohdaten-k-Raummatrix wechselt. Wenn sich hierbei von Zeile zu Zeile, z.B. durch Verzögerungen in der Gradientenschaltung oder Wirbelströme, auch nur geringfügige Abweichungen ergeben, führt dies zu sogenannten N/2-Geistern, d. h. bei einer Bildmatrix von NxN-Punkten wird das eigentliche Bild um N/2 verschoben in positiver und negativer Richtung bezüglich der Bildmatrixmitte nochmals abgebildet, und zwar im allgemeinen mit verschiedener Intensität. Zur Korrektur derartiger N/2-Geister ist es beispielsweise aus der US6043651 bekannt, drei Navigatorsignale unter Schalten eines bipolaren Auslesegradienten aufzunehmen mit welchen eine Korrektur von Phasenverschiebungen nullter und erster Ordnung zwischen mit unterschiedlicher Polarität aufgenommenen Gradientenechos in Ausleserichtung durchgeführt werden kann, welche derartige Verschiebungen korrigieren kann. Dazu wird eine Korrelation der aufgenommenen Navigatorsignale im Bildraum genutzt, um Korrekturfakturen zu bestimmen, welche bei einer Rekonstruktion von Bilddaten aus den als Messdaten in einer Rohdaten-k-Raummatrix aufgenommenen Gradientenechos genutzt werden, um die genannten Verschiebungen in der Rohdaten-k-Raummatrix zu korrigieren.
Ein weiteres, DORK genanntes, Phasenkorrekturverfahren zur Korrektur von durch zeitliche Variationen eines während einer EPI-Messung anliegenden Grundmagnetfeldes, z.B. einen Drift, verursachte Verschiebungen, bei welchem ein Navigatorsignal aufgenommen wird, ist z.B. aus der US9329254B2 bekannt. Dabei wird eine Evolution der Gradientenechos, welche mit einer Polarität aufgenommen wurden, mit einer Evolution der Gradientenechos, welche mit der anderen Polarität aufgenommen wurden, über nacheinanderfolgende Aufnahmen von Rohdaten-k-Raummatrizen verglichen. Üblicherweise wird bei einer solchen DORK-Korrektur über ein gesamtes Bildvolumen gemittelt.
In 1 ist ein schematisches Pulssequenzdiagramm gezeigt, dass die zeitliche Abfolge von RF-Pulsen und erzeugten Echos (RF) in Relation zu den zu schaltenden Gradienten in Ausleserichtung (GR) und Phasenkodierrichtung (GP) einer EPI-Pulssequenz mit Erzeugung und Aufnahme von Navigatorsignalen veranschaulicht, welches für die oben beschriebenen Korrekturverfahren eingesetzt werden kann. Auf eine Darstellung der in Schichtrichtung zu schaltenden Gradienten wurde verzichtet. In dem gezeigten Beispiel werden in einem Navigatorblock NB durch Schalten von bipolaren Auslesegradienten (GR) drei Navigatorsignale N1, N2, N3 als Gradientenechos nach einem RF-Anregungspuls RF-A erzeugt. In Phasenkodierrichtung (GP) werden in dem Navigatorblock NB, d.h. während der Erzeugung und des Auslesens der Navigatorsignale N1, N2, N3, keine Gradienten geschaltet. Erst nach der Aufnahme der Navigatorsignale N1, N2, N3 beginnt die Erzeugung und Aufnahme von Messsignalen E1, E2, E3, E4,... für die Bildgebung gemäß einer EPI-Technik (EPI). In dem dargestellten Beispiel ist nur ein RF-Anregungspuls RF-A in dem Anregungsblock A gezeigt. Es können jedoch auch mehrere RF-Pulse in dem Anregungsblock A eingestrahlt werden, beispielsweise auch mindestens ein RF-Refokussierungspuls.
Auf Basis solcher Navigatorsignale N1, N2, N3 kann sowohl eine oben genannte Korrektur von N/2-Geistern als auch eine bereits genannte DORK-Korrektur durchgeführt werden.
Der Wunsch nach immer schnelleren MR-Aufnahmen im klinischen Umfeld führt zu einer Renaissance von Verfahren, bei denen mehrere Bilder simultan aufgenommen werden. Allgemein lassen sich diese Verfahren dadurch charakterisieren, dass zumindest während eines Teils der Messung gezielt Transversalmagnetisierung von zumindest zwei Schichten gleichzeitig für den Bildgebungsprozess genutzt wird („Multi-Schicht-Bildgebung“, „Schicht-Multiplexing“). Im Gegensatz dazu wird bei der etablierten „Mehrschicht-Bildgebung“ das Signal von zumindest zwei Schichten alternierend, d. h. vollständig unabhängig voneinander mit entsprechend längerer Messzeit aufgenommen.
Bekannte derartige, auch Simultane-Mehrschicht (SMS)-Verfahren genannte Verfahren sind beispielsweise die sogenannte Hadamard-Kodierung, Verfahren mit simultaner Echo-Refokussierung, Verfahren mit Breitband-Datenaufnahme oder auch Verfahren, die eine parallele Bildgebung in SchichtRichtung einsetzten. Zu den letztgenannten Verfahren gehören beispielsweise auch die CAIPIRINHA-Technik, wie sie von Breuer et al. in „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher 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.
Insbesondere bei den letztgenannten Schichtmultiplexing-Verfahren wird ein sogenannter Multi-Band-RF-Puls verwendet, um zwei oder mehr Schichten gleichzeitig anzuregen oder anderweitig zu manipulieren, z.B. zu refokussieren oder zu sättigen. Ein solcher Multi-Band-RF-Puls ist dabei z.B. ein Multiplex von individuellen RF-Pulsen, die zur Manipulation der einzelnen gleichzeitig zu manipulierenden Schichten verwendet werden würden. Durch das Multiplexing erhält man z.B. einen grundbandmodulierten Multi-Band-RF-Puls aus einer Addition der Pulsformen der individuellen RF-Pulse. Die Ortskodierung der aufgenommenen Signale wird dabei im Wesentlichen durch eine gängige Gradientenschaltung in zwei Richtungen (zweidimensionale Gradientenkodierung) erreicht.
Die entstehenden Signale werden aus allen angeregten Schichten kollabiert in einem Datensatz mittels mehreren Empfangsantennen aufgenommen und dann z.B. mit Hilfe von parallelen Akquisitionstechniken nach den einzelnen Schichten getrennt.
Zu den genannten parallelen Akquisitionstechniken (ppa-Techniken), mit deren Hilfe sich bereits generell zur Aufnahme der gewünschten Daten benötigte Akquisitionszeiten durch eine gemäß Nyquist nicht vollständige Abtastung, d.h. eine Unterabtastung, des k-Raums verkürzen lassen, zählen z.B. GRAPPA („GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition“) und SENSE („SENSitivity Encoding“). Die im Rahmen der Unterabtastung nicht-gemessenen Messpunkte im k-Raum sind bei parallelen Akquisitionstechniken in der Regel gleichmäßig über den gemäß Nyquist zu messenden k-Raum verteilt, sodass z.B. jede zweite k-Raumzeile gemessen wird. Darüber hinaus werden die „fehlenden“ k-Raumdaten bei parallelen Akquisitionstechniken mit Hilfe von Spulensensitivitätsdaten rekonstruiert. Diese Spulensensitivitätsdaten der bei der Aufnahme der Messdaten verwendeten Empfangsspulen werden aus Referenzmessdaten ermittelt, die zumindest einen Bereich des zu messenden k-Raums, meist den zentralen Bereich, vollständig gemäß der Nyquist-Bedingung abtasten.
Bei Schichtmultiplexing-Verfahren können parallele Akquisitionstechniken verwendet, um die gleichzeitig und damit kollabiert für verschiedene Schichten aufgenommenen Messdaten wieder zu trennen. Dabei müssen Referenzmessdaten für alle betroffenen Schichten aufgenommen werden. Dies geschieht in der Regel im Rahmen einer zusätzlich durchzuführenden Referenzmessung, die Referenzmessdaten einzeln für jede gewünschte Schicht misst.
Um die resultierenden Signale der verschiedenen Schichten trennen zu können, wird beispielsweise den individuellen RF-Pulsen vor dem Multiplexing je eine unterschiedliche Phase aufgeprägt. Dies kann z.B. durch Addieren einer Phase, die linear (z.B. mit der k-Raumkoordinate in die Phasenkodierrichtung (k_y)) steigt, erfolgen. Damit kann jeder Schicht ein unterschiedlicher Phasenanstieg aufgeprägt werden, wodurch die Schichten im Bildraum gegeneinander verschoben werden. Diese Verschiebung wird durch den sogenannten Bildbereich-Verschiebungsfaktor („FOV (field of view) shift factor“) kontrolliert. Wie ein optimaler FOV shift factor bestimmt werden kann, wird beispielsweise in der DE102016218955 beschrieben.
In den in den genannten Artikeln von Breuer et al. und Setsompop et al. beschriebenen CAIPIRINHA-Verfahren werden durch Schalten von zusätzlichen Gradientenblips oder durch zusätzliches Modulieren der Phasen der RF-Pulse der Multi-Band-RF-Pulse zwischen den gleichzeitig angeregten Schichten wechselnde weitere Phasenverschiebungen aufgeprägt, die in Schichtrichtung Verschiebungen im Bildraum („interslice FoV shifts“) erzeugen. Diese zusätzlichen Verschiebungen im Bildraum verbessern die Qualität der Trennung der Signale der Schichten, insbesondere, wenn die Spulensensitivitäten derartig geringe Unterschiede in den Sensitivitätsprofilen der einzelnen verwendeten Spulen aufweisen, dass diese nicht für eine zuverlässige Trennung der Schichten ausreichen. Somit werden Artefakte in den letztendlich aus den gemessenen Messdaten rekonstruierten Bilddaten verringert.
Die Wirkung der zusätzlichen Phasenverschiebungen auf das Abtastschema einer zweidimensionalen (2D) Schicht-Multiplexing-Messung kann so beschrieben werden: Durch die zusätzlichen Phasen, die in Schicht-Multiplexing CAIPIRNHA-Verfahren aufgeprägt werden, werden die mit der zusätzlichen Phase beaufschlagten Messpunkte durch eine Verschiebung im k-Raum in kz-Richtung verschoben. Wie groß diese Verschiebung in kz-Richtung ausfällt, hängt von der aufgeprägten Phase ab. Dies ist beispielsweise auch in dem Artikel von Zahneisen et al.: „Three-Dimensional Fourier Encoding of Simultaneously Excited Slices: Generalized Acquisition and Reconstruction Framework", Magn. Reson. Med. 71, S. 2071-2081 (2014), beschrieben. Wie aus in Schichtrichtung kodierten kollabiert für mehrere Schichten aufgenommene Daten mittels einer Fouriertransformation in Messdaten der einzelnen Schichten getrennt werden können, ist beispielsweise für Turbo-Spin-Echo-Sequenzen in der US10557903B2 beschrieben.
Die Referenzmessdaten, aus denen Sensitivitätsdaten zur Trennung der gleichzeitig aufgenommenen Schichten gewonnen werden (Schichttrennungs-Referenzmessdaten), müssen bisher für jede SMS-Messung zusätzlich gemessen werden.
Wird weiterhin eine „in-plane“ Beschleunigung der Messdaten pro Schicht durch Verwenden einer parallelen Akquisitionstechnik eingesetzt, müssen weitere Referenzmessdaten, aus denen wegen der der parallelen Akquisitionstechnik eigenen Unterabtastung des k-Raums nicht aufgenommene Messdaten ergänzt werden (Ergänzungs-Referenzmessdaten), aufgenommen werden. Derartige Ergänzungs-Referenzmessdaten und/oder Schichttrennungs-Referenzmessdaten werden gerne mit einer gleichen Aufnahmetechnik wie die Messdaten aufgenommen, um eine möglichst hohe Kompatibilität mit den Messdaten und damit bessere Ergebnisse der Ergänzung bzw. Trennung zu erreichen. Insbesondere bei Verwendung einer EPI-Aufnahmetechnik in Verbindung mit Schicht-Multiplexing ist es wegen der oben beschriebenen Sensitivität auf Wirbelströme und möglichen Verzögerungen der geschalteten Gradienten vorteilhaft, wenn auch die Referenzmessdaten mittels einer EPI-Sequenz aufgenommen werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, die Schichttrennungs-Referenzmessdaten und die Ergänzungs-Referenzmessdaten in separaten Aufnahmen aufzunehmen, da z.B. verschiedene (Unter-)Abtastschemata verwendet werden können, was allerdings zu einer jeweils unterschiedlichen Phasenakkumulation führt.
Weiterhin kann es, z.B. um einen Steady-State zu erreichen, nötig sein, sogenannte Dummy-Messungen durchzuführen, die bereits das Akquisitionsschema der folgenden Aufnahme der Messdaten haben, deren Messdaten allerdings üblicherweise verworfen werden.
Die zusätzlichen Aufnahmen der Referenzmessdaten und ggf. der Dummy-Messungen erhöht die insgesamt benötigte Aufnahmezeit und die SAR-Belastung (SAR: „Spezifische AbsorptionsRate“) bei Verwendung eines Schicht-Multiplexing-Verfahrens und reduziert somit die eigentlich bei diesen Verfahren angestrebten Vorteile einer gegenüber Einzelschicht-Verfahren reduzierten Messzeit und SAR-Belastung.
Mögliche Abfolgen von Messblöcken zur Aufnahme von Referenzmessdaten und mittels SMS aufgenommener Messdaten sind in 2 in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt.
In der oberen Zeile A) werden in dem gezeigten Bespiel zunächst Ergänzungs-Referenzmessdaten für eine erste Schicht eR1 und Ergänzungs-Referenzmessdaten für eine zweite Schicht eR2 aufgenommen. Diese beiden Aufnahmeblöcke werden gefolgt von zwei Dummy-Messungen D1, D2, die jeweils in einer der genannten Schichten einen Steady-State herstellen. Nach diesen Dummyblöcken D1 und D2 folgen Aufnahmeblöcke sR1, sR2 zur Aufnahme von Schichttrennungs-Referenzmessdaten für die jeweiligen Schichten.
In dem dargestellten Beispiel ist die Dauer der Aufnahmeblöcke eR1 und eR2 zur Aufnahme der Ergänzungs-Referenzmessdaten kürzer als die übrigen Aufnahmeblöcke. Dies soll veranschaulichen, dass für die Aufnahmen der Ergänzungs-Referenzmessdaten eine andere Akquisitionstechnik, beispielsweise eine bekannte Gradientenecho(GRE)-Technik verwendet wurde, als für die weiteren Aufnahmeblöcke, die z.B. eine EPI-Technik zur Aufnahme verwenden. Hierbei ist anzumerken, dass die Aufnahmeblöcke D1, D2, sR1 und sR2 jeweils nur eine der genannten Schichten anregen und erzeugte Messdaten aufnehmen, wohingegen ab dem Aufnahmeblock Dsms eine (ansonsten gerne gleiche) Aufnahmetechnik, beispielsweise eine EPI-Technik verwendet wird, um die oben genannten Vorteile zu nutzen. Eine Verwendung einer GRE-Technik zur Aufnahme von Ergänzungs-Referenzmessdaten ist im Stand der Technik bekannt, um bereits Messzeit einzusparen.
Nach Aufnahme der Schichttrennungs-Referenzmessdaten sR1, sR2 folgt eine weitere Dummy-Messung Dsms, die die erste und zweite Schicht, aus welchen im Folgenden simultan Messdaten aufgenommen werden, in einen Steady-State überführt. Daraufhin folgen in dem gezeigten Bespiel vereinfacht drei Aufnahmeblöcke SMS12a, SMS12b, SMS12c, in welchen Messdaten kollabiert aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht aufgenommen werden, die mit Hilfe der Schichttrennungs-Referenzmessdaten in Messdaten der einzelnen Schichten getrennt, und mit Hilfe der Ergänzungs-Referenzdaten zu im k-Raum vollständigen (gemäß Nyquist) Messdaten ergänzt werden können.
Zur Reduzierung der Gesamtmesszeit ist es möglich, wie in Zeile B) mit den Blöcken R1 und R2 dargestellt, Referenzmessdaten jeweils getrennt für die erste Schicht und die zweite Schicht, die sowohl zur genannten Schichttrennung als auch zur genannten Ergänzung verwendet werden können, mittels einer GRE-Technik aufzunehmen. Dadurch wird die Gesamtmesszeit durch die eingesparte Dauer Ts reduziert.
Navigatorsignale zur Korrektur von mittels einer EPI-Technik aufgenommenen Messsignalen müssen, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben, selbst mit einer EPI-Technik aufgenommen werden. Bei einem Vorgehen gemäß dem in 2 A) beschriebenen, können somit Navigatorsignale aus den in den Aufnahmeblöcken sR1 und sR2 aufgenommenen Schichttrennungs-Referenzmessdaten gewonnen werden, wenn diese mittels einer EPI-Technik aufgenommen wurden. In einem Vorgehen gemäß 2 B) mittels einer GRE-Technik aufgenommene Referenzmessdaten sind jedoch nicht zur Ermittlung von Navigatorsignalen geeignet.
Werden Navigatorsignale mittels einer SMS-Technik aufgenommen, liegen diese ebenfalls kollabiert für die gleichzeitig aufgenommenen Schichten vor. Korrekturfaktoren können grundsätzlich aus kollabiert aus verschiedenen Schichten ohne Phasenkodierung aufgenommenen Navigatorsignalen ermittelt und für alle betroffenen Schichten gleich auf die Messdaten der entsprechenden Schichten angewandt werden. Dadurch können globale Effekte korrigiert werden. Eine schichtspezifische Korrektur ist, wegen der nicht möglichen Trennung der kollabiert für mehrere Schichten aufgenommenen, nicht-phasenkodierten Navigatorsignale in Navigatorsignale der einzelnen Schichten, jedoch nicht möglich.
Beispielsweise können für eine Anwendung einer oben beschriebenen DORK-Korrektur auch für mehrere Schichten kollabiert vorliegende Navigatorsignale genutzt werden, da DORK-Korrekturen üblicherweise bereits über das Bildgebungsvolumen mitteln. Weil Navigatorsignale zur Korrektur von N/2-Geistern jedoch ohne Phasenkodiergradienten aufgenommen werden müssen, und keine Möglichkeit bekannt ist, kollabiert aufgenommene nicht-phasenkodierten Messdaten zu separieren, sind derartige, simultan für mehrere Schichten kollabiert aufgenommene Navigatorsignale nicht für eine oben beschriebene Korrektur von N/2-Geistern geeignet. Für eine Korrektur von N/2-Geistern müssen Navigatordaten für jede Schicht erfasst werden. Schichtspezifische Navigatorsignale könnten jedoch beispielsweise aus einer separat aufgenommenen schichtspezifischen Messung von zur Ermittlung von Navigatorsignalen geeigneten Referenzmessdaten gewonnen werden. Allerdings kann dies zu starken Artefakten führen, wenn sich die Messbedingungen der für eine Bildgebung aufgenommenen Messdaten gegenüber den Messbedingungen bei der Aufnahme von Referenzmessdaten zur Ermittlung von Navigatorsignalen, z.B. durch Wirbelstromvariationen oder durch Bewegungen des Untersuchungsobjektes, ändern.
Aus der US10162037B2 ist ein Verfahren bekannt, bei welchem zwei Sets an phasenkodierten Navigatorsignalen mit entgegengesetzter Polarität und gleicher Stärke in aufeinanderfolgenden Messungen aufgenommen werden, um daraus mit Hilfe von aufgenommenen Referenzmessdaten nicht-phasenkodierte (der zentralen k-Raumlinie in Phasenkodierrichtung zugeordnete) Navigatorsignale zu bestimmen, die geeignet sind, N/2-Geister zu korrigieren. Die erreichbare zeitliche Auflösung ist hier jedoch durch die notwendige wiederholte Aufnahme an phasenkodierten Navigatorsignalen reduziert, gleichzeitig ist dadurch eine unerwünschte Sensitivität gegenüber möglichen Bewegungen des Untersuchungsobjekts, auch gegenüber physiologischen Bewegungen wie etwa Atembewegungen, erhöht. Darüber hinaus entspricht die benötigte Anzahl an Navigatorsignalen mindestens der in Phasenkodierrichtung aufgenommenen Referenzmessdaten. Die Messzeit für die Navigatorsignale sollte aber möglichst kurz gehalten werden, um die Gesamtmesszeit niedrig zu halten. Weiterhin wird in dem beschriebenen Verfahren eine minimale erreichbare Echozeit bei der Erfassung von zu korrigierenden Messdaten verlängert, da die während der Erfassung der Referenzdaten geschalteten Gradienten derart präpariert und ggf. zurückgefahren werden müssen, dass insgesamt in jeder Gradientenachse ein akkumuliertes nulltes Moment verschwindet.
Die US11255940B2 beschreibt ein Verfahren, das eine GRE-Referenzmessung (z.B. gemäß 2 B)) mit einer Reihe an Aufnahmen von Einzelschicht-Navigatorsignalen kombiniert. Obwohl die Aufnahmen der Einzelschicht-Navigatorsignale selbst die Gesamtmessdauer nur gering erhöhen, führen diese jedoch zu einer Störung des Steady-States, sodass zum Ausgleich dieser Störung weitere Dummy-Messungen benötigt werden, die die Gesamtmesszeit weiter erhöhen.
Für eine SMS-Diffusionsbildgebung, bei welcher mittels eines RF-Refokussierungspulses refokussierte Echosignale als Messdaten für mehrere Schichten kollabiert aufgenommen werden, ist in der US20220099780A1 ein Verfahren beschrieben, dass zwischen der Anregung der Echosignale und der Aufnahme der Messdaten Navigatorsignale kollabiert aufnimmt, die (wie in der US10162037B2 ) noch in die jeweiligen Schichten getrennt werden müssen. Das Verfahren ist nur unter Verwendung von RF-Refokussierungspulsen anwendbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Korrektur von Phasenfehler in mittels Schicht-Multiplexing-Verfahren beschleunigte EPI-Aufnahmen von MR-Daten, beispielsweise zur Korrektur von N/2-Geistern und/oder Drifteffekten, effizient, schichtspezifisch und mit möglichst kurzer Gesamtmesszeit zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer EPI SMS-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 12, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 13, sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 14.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer echo-planaren (EPI) simultanen-Mehrschicht(SMS)-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes, umfasst die Schritte:

- Aufnehmen von in Schichtselektionsrichtung kodierten Navigatorsignalen unter Verwendung eines bipolaren Auslesegradienten, und simultan für die mindestens zwei Schichten zeitlich nach einem in das Untersuchungsobjekt eingestrahlten RF-Anregungspuls und zeitlich vor Aufnahme zu korrigierender Messdaten, wobei pro verwendeter Schichtselektionskodierung mindestens zwei Navigatorsignale mit unterschiedlicher Polarität des Auslesegradienten und insgesamt mindestens sechs Navigatorsignale aufgenommen werden,
- Bestimmen zumindest eines mittleren Navigatorsignals aus zumindest zweien der aufgenommenen Navigatorsignale gleicher Polarität,
- Bestimmen von Einzelschicht-Navigatorsignalen durch Anwenden einer Fouriertransformation auf das mittlere Navigatorsignal der zweiten Polarität und ein Navigatorsignal der ersten Polarität,
- Bestimmen von schichtspezifischen Korrekturdaten aus den Einzelschicht-Navigatorsignalen,
- Korrigieren von zu korrigierenden Messdaten mittels der schichtspezifischen Korrekturdaten.

Aus mit erfindungsgemäßen schichtspezifischen Korrekturdaten korrigierten Messdaten rekonstruierte Bilddaten weisen eine hohe Bildqualität auf, da die Korrektur für die einzelnen Schichten angepasst erfolgt. Zusätzlich ist für die Gewinnung der schichtspezifischen Korrekturdaten aus den simultan und damit kollabiert für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Navigatorsignalen keine Messung von Referenzmessdaten zur Schichttrennung erforderlich.
Die Aufnahme erfindungsgemäßer Navigatorsignale kann beispielsweise zeitlich zwischen einem RF-Anregungspuls und dem RF-Anregungspuls zugehörigen Zug von Echosignalen erfolgen, wenn ein Timing eines verwendeten Pulssequenzschemas ausreichend zeitlichen Raum für die erfindungsgemäße Aufnahme der Navigatorsignale zur Verfügung stellt. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn keine minimalen Echozeiten verwendet werden, z.B. um einen bestimmten Kontrast zu erzeugen, oder auch bei Diffusionsmessungen mit Diffusionswert b=0. Auf diese Weise erfolgt die Aufnahme der Navigatorsignale innerhalb eines Aufnahmeblocks, in dem auch die zu korrigierenden Messdaten aufgenommen werden, z.B. in einem oder auch mehreren oder allen der Aufnahmeblöcke SMS12a, SMS12b, SMS12c der 2 B) .
Zusätzlich oder alternativ kann eine Aufnahme erfindungsgemäßer Navigatorsignale im Rahmen einer vor der Erzeugung der zu korrigierenden Messdaten durchgeführten Dummy-Messung, die zur Etablierung eines Steady-States dient, erfolgen, beispielsweise in einem Aufnahmeblock Dsms wie in 2 B) dargestellt. Derartige Dummy-Messungen verwenden bereits dieselbe Aufnahmetechnik wie die folgende Aufnahme zu korrigierender Messdaten und haben somit insbesondere denselben zeitlichen Ablauf von RF-Pulsen und Aufnahmefenstern und weisen somit reichlich verfügbare Aufnahmezeit auf, um eine Aufnahme auch längerer Züge an Navigatorsignalen zu erlauben. Dabei können die Navigatorsignale sogar zu einer im Rahmen der Wiederholzeit TR der verwendeten Pulssequenz wählbaren Echozeit TE aufgenommen werden. Allgemein können die Navigatorsignale innerhalb einer Wiederholzeit TR einer verwendeten Pulssequenz, insbesondere einer EPI-SMS-Pulssequenz, aufgenommen werden.
Somit kann die Aufnahme der Navigatorsignale erfolgen, ohne dass sich die Gesamtmesszeit verlängert.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Korrekturdatenbestimmungseinheit.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Rechensystems ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:

1 ein schematisches Pulssequenzdiagramm zur Erzeugung und Aufnahme von Navigatorsignalen N1, N2, N3 zur Korrektur von mittels einer EPI-Technik aufgenommenen Echosignalen,
2 mögliche Abfolgen von Messblöcken zur Aufnahme von Referenzmessdaten und mittels SMS aufgenommener Messdaten in ihrem zeitlichen Verlauf,
3 ein schematisches Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein schematisch dargestellter beispielhafter Ausschnitt eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von erfindungsgemäßen Navigatorsignalen,
5-7 schematische Darstellung beispielhafter mit erfindungsgemäßen Navigatordaten gefüllter k-Räume,
8 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.

3 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer echo-planaren (EPI) simultanen-Mehrschicht(SMS)-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes.
Zu korrigierende Messdaten MD werden erzeugt und geladen (Block 301). Dies kann beispielsweise durch nach je einem RF-Anregungspuls Erzeugen eines Zuges von mehreren Echosignalen in einer Anzahl N, wobei N mindestens zwei ist, verschiedener Schichten des Untersuchungsobjektes (U) und Aufnehmen der Echosignale unter Schalten von Gradienten mit wechselnder Polarität für aufeinanderfolgende Echosignale, wobei aufeinanderfolgenden Echosignalen je eine von ebenfalls N verschiedenen Phasen aufgeprägt wird, und Erfassen der simultan für die mindestens zwei Schichten aufgenommenen Echosignale als Messdaten in einem Messdatensatz erfolgen.
In Schichtselektionsrichtung kodierte Navigatorsignale werden unter Verwendung eines bipolaren Auslesegradienten, simultan für die mindestens zwei Schichten zeitlich nach einem in das Untersuchungsobjekt eingestrahlten RF-Anregungspuls und zeitlich vor Aufnahme zu korrigierender Messdaten aufgenommen, wobei pro verwendeter Schichtselektionskodierung mindestens zwei Navigatorsignale mit unterschiedlicher Polarität des Auslesegradienten und insgesamt mindestens sechs Navigatorsignale aufgenommen werden (Block 303).
Ein beispielhafter Ausschnitt eines Pulssequenzschemas zur Erfassung von erfindungsgemäßen Navigatorsignalen ist in 4 dargestellt. In dem dargestellten Beispiel werden Navigatorsignale N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 und N9 aufgenommen werden. Dabei wird, wie bei EPI-Techniken üblich, ein bipolarer Auslesegradient in Ausleserichtung GR geschaltet, wobei zu jedem „Plateau“ des Auslesegradienten ein Navigatorsignal aufgenommen wird. In Phasenkodierrichtung GP werden keine Gradienten geschaltet, sodass die Navigatorsignale nicht phasenkodiert sind und in der Ausleserichtung-Phasenkodierrichtungsebene (kx-ky) jeweils die zentrale k-Raumzeile aufgenommen wird, mit entsprechend der Polarität des Auslesegradienten wechselnder Ausleserichtung. Es werden jedoch in Schichtselektionsrichtung GS Gradienten geschaltet, um in Schichtselektionsrichtung unterschiedlich kodierte Navigatorsignale zu erhalten. Die dargestellte Schaltung von Gradienten in Schichtselektionsrichtung GS führt dazu, dass die ersten beiden Navigatorsignale N1 und N2 keine Phase in Schichtselektionsrichtung aufgeprägt bekommen, jedoch die Navigatorsignale 3 und 4 eine gewisse Kodierung in Schichtselektionsrichtung aufgeprägt bekommen, die nächsten beiden Navigatorsignale werden durch den vor dem Navigatorsignal N5 in Schichtselektionsrichtung geschalteten Gradienten wieder in die Phase der ersten beiden Navigatorsignale gebracht und so weiter. Somit sind mindestens zwei aufeinanderfolgende Navigatorsignale mit derselben Schichtselektionskodierung kodiert, wodurch (und durch den bipolaren Auslesegradienten) Paare an Navigatorsignalen erhalten werden, die eine gleiche Schichtselektionskodierung aber unterschiedliche Polaritäten aufweisen.
Das Beispiel der 4 könnte ein Ausschnitt eines Auslesezuges einer Dummy-Messung sein, die zur Etablierung eines Steady-States vor der Durchführung der eigentlichen Messung in einer Wiederholung des EPI-SMS-Pulssequenzschemas durchgeführt wird.
Es ist auch denkbar, dass das Beispiel der 4 einen Ausschnitt einer Wiederholung einer EPI SMS-Pulssequenz zeigt, der zeitlich zwischen einem RF-Anregungspuls und dem RF-Anregungspuls zugehörigen Zug von Echosignalen, welche als Messdaten erfasst werden, angeordnet ist.
Das in 4 dargestellte Beispiel dient der Veranschaulichung des zugrunde liegenden Prinzips. Eine Vielzahl von Varianten in der Schaltung der Gradienten ist hier denkbar. Weitere Beispiele werden indirekt auch später anhand der Darstellungen beispielhafter mit erfindungsgemäßen Navigatordaten gefüllter k-Räume mit Bezug auf die 5 bis 7 gegeben.
5 zeigt links eine Darstellung eines kz-t-Raums, die verdeutlicht, wie die zentrale k-Raumzeile im Laufe der Zeit durch die Navigatorsignale abgetastet wird. Die Ausleserichtung kx steht in dieser Darstellung senkrecht auf die Blattebene. Um trotzdem die jeweilige Ausleserichtung angeben zu können, repräsentieren Pfeile über den mit einem Navigatorsignal erfassten, als schwarz ausgefüllte Punkte dargestellten k-Raumzeilen die jeweilige Ausleserichtung. In Schichtselektionrichtung kz ist die Kodierung in Schichtselektionsrichtung angegeben.
Das in 5 links gezeigte Beispiel der k-Raumzeilen 1 bis 6 könnte etwa durch Aufnahme von Navigatorsignalen N1 bis N6 (z.B. wie in 4 dargestellt) erfolgen.
Um die Bestimmung von mittleren Navigatorsignalen aus zumindest zweien der aufgenommenen Navigatorsignale gleicher Polarität (Block 305) zu verdeutlichen, sind in der 5, Mitte, die links gezeigten k-Raumzeilen noch einmal getrennt nach der Ausleserichtung (und damit der bei der Aufnahme verwendeten Polarität der Auslesegradienten) dargestellt. Oben sind die k-Raumzeilen mit positiver Ausleserichtung („Pfeil nach rechts“) und unten die k-Raumzeilen mit negativer Ausleserichtung („Pfeil nach links“) gezeigt. Durch ein Mitteln z.B. der den Navigatorsignalen N1 und N5 entsprechenden k-Raumzeilen 1 und 5, die eine gleiche Schichtselektionskodierung aufweisen, kann für diese Schichtselektionskodierung ein durch die als gestreifter Punkt dargestellte k-Raumzeile 3* veranschaulichtes mittleres Navigatorsignal bestimmt werden.
Eine gemittelte effektive Echozeit des durch die k-Raumzeile 3* dargestellten aus den Navigatorsignalen N1 und N5 gemittelten Navigatorsignals deckt sich mit der Echozeit des Navigatorsignals N3, das mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gleichen Polarität aufgenommen wurde.
Analog kann durch ein Mitteln z.B. der den Navigatorsignalen N2 und N6 entsprechenden k-Raumzeilen 2 und 6, die eine gleiche Schichtselektionskodierung aufweisen, für diese Schichtselektionskodierung ein durch die als gestreifter Punkt dargestellte k-Raumzeile 4* veranschaulichtes mittleres Navigatorsignal bestimmt werden.
Eine gemittelte effektive Echozeit des durch die k-Raumzeile 4* dargestellten aus den Navigatorsignalen N2 und N6 gemittelten Navigatorsignals deckt sich mit der Echozeit des Navigatorsignals N4, das mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gleichen Polarität aufgenommen wurde.
Die Navigatorsignale können allgemein derart aufgenommen werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität eine gemittelte effektive Echozeit aufweisen, die sich mit der Echozeit eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt.
Durch Anwenden einer Fouriertransformation auf ein Navigatorsignal, das mit einer ersten Polarität und einer ersten Schichtselektionskodierung aufgenommen wurde und ein Navigatorsignal, das mit der gleichen Polarität, aber mit einer verschiedenen Schichtselektionskodierung aufgenommen wurde können Einzelschicht-Navigatorsignale eNav bestimmt werden (Block 307).
Auf das Beispiel der 5 zurückgreifend, kann man erkennen, dass Einzelschicht-Navigatorsignale eNav für eine positive Polarität durch eine Fouriertransformation in Schichtselektionsrichtung des durch die k-Raumzeile 3* dargestellten mittleren Navigatorsignals (mit kz=0) und des Navigatorsignals N3 (mit kz≠0) Einzelschicht-Navigatorsignale eNav S3+ für die beiden Schichten S1 und S2 bestimmt werden können.
Analog können für eine negative Polarität durch eine Fouriertransformation in Schichtselektionsrichtung des durch die k-Raumzeile 4* dargestellten mittleren Navigatorsignals (mit kz=0) und des Navigatorsignals N4 (mit kz≠0) Einzelschicht-Navigatorsignale eNav S4- für die beiden Schichten S1 und S2 bestimmt werden.
Aus den Einzelschicht-Navigatorsignalen eNav werden schichtspezifische Korrekturdaten sKor bestimmt (Block 309). Dabei kann insbesondere gemäß dem in der bereits oben genannten US6043651 beschriebenen Verfahren zur Korrektur von N/2-Geistern erfolgen. Auf Basis der kollabiert vorliegenden Navigatorsignale N1 und N5 der 5 kann bereits eine globale Drift-Korrektur durchgeführt werden. Es ist auch möglich, schichtspezifische Korrekturdaten gemäß einem in der bereits genannten US9329254B2 beschriebenen DORK-Verfahren zu bestimmen. Näheres hierzu wird weiter unten mit Bezug auf 7 erläutert.
Wiederum am Beispiel der 5 könnte man hierzu die jeweils für die Schichten S1 und S2 bestimmten Einzelschicht-Navigatorsignale eNav N3+ und N4- schichtweise miteinander verarbeiten.
In dem in 5 beschriebenen Fall stimmen die effektiven Echozeiten der so erhaltenen Einzelschicht-Navigatorsignale eNav nicht genau überein, wie durch die Bezeichungen N3+ und N4- bereits angedeutet. Sie liegen aber auch für eine Korrektur von N/2-Geistern noch nahe genug beieinander, um gute Ergebnisse erzielen zu können.
Allgemein sollten die Navigatorsignale derart aufgenommen werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität existieren, deren gemittelte effektive Echozeit einen zeitlichen Abstand zu einer mittleren Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale aufweist, der maximal dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale entspricht.
Zu korrigierende Messdaten MD werden mittels der schichtspezifischen Korrekturdaten sKor korrigiert (Block 311), wobei aus den korrigierten Messdaten verzerrungsfreie Bilddaten BD rekonstruiert werden können.
6 zeigt ein weiters Beispiel eines schematisch darstellten mit erfindungsgemäßen Navigatordaten gefüllten k-Raums im Verlauf der Zeit. Die Notation entspricht der bereits in 5 erklärten. Wie in 6 rechts zu erkennen ist, werden in diesem Beispiel insgesamt neun Navigatorsignale aufgenommen, die durch die jeweiligen k-Raumzeilen 1 bis 9 als schwarz gefüllte Punkte dargestellt sind. In diesem Beispiel werden jeweils drei Navigatorsignale mit einer gleichen Schichtselektionskodierung und ansonsten durch den bipolaren Auslesegradienten in alternierender Ausleserichtung aufgenommen.
Durch die Aufnahme einer ungeraden Anzahl an Navigatorsignalen kann erreicht werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität existieren, deren gemittelte effektive Echozeit einen zeitlichen Abstand zu einer mittleren Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale aufweist, der verschwindet. D.h. die effektive Echozeit gemittelter Navigatorsignale gleicher Polarität und gleicher Schichtselektionskodierung und die mittlere Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale kann sich decken.
In 6 sind rechts wiederum die links gezeigten k-Raumzeilen noch einmal getrennt nach der Ausleserichtung (und damit der bei der Aufnahme verwendeten Polarität der Auslesegradienten) dargestellt.
Durch ein Mitteln z.B. der den Navigatorsignalen N1 und N9 entsprechenden k-Raumzeilen 1 und 9 und/oder der den Navigatorsignalen N3 und N7 entsprechenden k-Raumzeilen 3 und 7, die jeweils eine gleiche Schichtselektionskodierung aufweisen, kann für diese Schichtselektionskodierung ein durch die als gestreifter Punkt dargestellte k-Raumzeile 5* veranschaulichtes mittleres Navigatorsignal bestimmt werden.
Eine gemittelte effektive Echozeit des durch die k-Raumzeile 5* dargestellten aus den Navigatorsignalen N1 und N9 und/oder N3 und N7 gemittelten Navigatorsignals deckt sich mit der Echozeit des Navigatorsignals N5, das mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gleichen Polarität aufgenommen wurde.
Navigatorsignale können somit auch derart aufgenommen werden, dass zumindest zwei Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität jeweils eine gemittelte effektive Echozeit aufweisen, die sich mit der Echozeit je eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt. So kann eine weitere Mittelung erfolgen bzw. über mehr Daten gemittelt werden.
Durch ein Mitteln der den Navigatorsignalen N2 und N8 entsprechenden k-Raumzeilen 2 und 8, die eine gleiche Schichtselektionskodierung aufweisen, für diese Schichtselektionskodierung ein durch die als gestreifter Punkt dargestellte k-Raumzeile 5'' veranschaulichtes mittleres Navigatorsignal bestimmt werden.
Eine gemittelte effektive Echozeit des durch die k-Raumzeile 4* dargestellten aus den Navigatorsignalen N2 und N8 gemittelten Navigatorsignals deckt sich mit der Echozeit des Navigatorsignals N5, das mit einer anderen Schichtselektionskodierung in diesem Fall aber auch mit einer verschiedenen Polarität aufgenommen wurde. Jedoch kann durch ein Mitteln der den Navigatorsignalen N4 und N6 entsprechenden k-Raumzeilen 4 und 6, die eine gleiche Schichtselektionskodierung aufweisen, für diese Schichtselektionskodierung ein durch die als in die andere Richtung gestreifter Punkt dargestellte k-Raumzeile 5' veranschaulichtes mittleres Navigatorsignal bestimmt werden, das die gleiche Polarität wie das durch die k-Raumzeile 5* dargestellte gemittelte Navigatorsignal.
Die Navigatorsignale können allgemein derart aufgenommen werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität eine gemittelte effektive Echozeit aufweisen, die sich mit der Echozeit eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität oder mit einer gemittelten effektiven Echozeit eines Paares von Navigatorsignalen mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt.
7 zeigt ein weiters Beispiel eines schematisch darstellten mit erfindungsgemäßen Navigatordaten gefüllten k-Raums im Verlauf der Zeit. Im Vergleich zu dem in 6 gezeigten Beispiel sind hier ein neues erstes und ein neues letztes Navigatorsignal N1 und N11 hinzugekommen, die durch die k-Raumzeilen 2 bis 10 dargestellten Navigatorsignale N2 bis N10 entsprechen den k-Raumzeilen 1 bis 9 und Navigatorsignalen N1 bis N9 der 6.
Mit gemäß dem Beispiel von 7 aufgenommenen Navigatorsignalen können analog zu 6 Einzelschicht-Navigatorsignale bestimmt werden, die für eine Korrektur von N/2-Geistern verwendet werden können. Es ist aber auch möglich schichtspezifischen Korrekturdaten zu bestimmen, die für eine Drift-Korrektur, z.B. auf Basis eines DORK-Verfahrens, verwendet werden können. Dazu können z.B. einerseits die Navigatorsignale N1 und N5 des Beispiels der 7 gemittelt und somit mit einer die Echozeit des Navigatorsignals N3 deckenden effektiven Echozeit mit dem Navigatorsignal N3 zu Einzelschicht-Navigatorsignalen verarbeitet werden, und andererseits die dann Navigatorsignale N7 und N11 gemittelt und somit mit einer die Echozeit des Navigatorsignals N9 deckenden effektiven Echozeit mit dem Navigatorsignal N9 zu Einzelschicht-Navigatorsignalen verarbeitet werden. Somit liegen Einzelschicht-Navigatordaten gleicher Schichtselektionskodierung und gleicher Polarität für unterschiedliche Echozeiten vor.
Aufbauend auf dem in 5 gezeigten Beispiel mit sechs Navigatorsignalen, von denen jeweils zwei aufeinanderfolgende mit der geleichen Schichtselektionskodierung geprägt sind, kann durch Hinzufügen dreier weiterer Navigatorsignale N7 bis N9 in einem ansonsten gleichen Schema erreicht werden, dass ebenfalls Einzelschicht-Navigatorsignal erhalten werden können, welche zur Durchführung eines DORK-Verfahrens geeignet sind, indem einerseits die dann Navigatorsignale N1 und N5 gemittelt und somit mit einer die Echozeit des Navigatorsignals N3 deckenden effektiven Echozeit mit dem Navigatorsignal N3 zu Einzelschicht-Navigatorsignalen verarbeitet werden und andererseits die dann Navigatorsignale N5 und N9 gemittelt und somit mit einer die Echozeit des Navigatorsignals N7 deckenden effektiven Echozeit mit dem Navigatorsignal N7 zu Einzelschicht-Navigatorsignalen verarbeitet werden. Somit liegen auch hier Einzelschicht-Navigatordaten gleicher Schichtselektionskodierung und gleicher Polarität für unterschiedliche Echozeiten vor, die für die Drift-Korrektur eingesetzt werden können.
So können die Navigatorsignale, um eine schichtspezifische Drift-Korrektur sicher zu ermöglichen, derart aufgenommen werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität existieren, deren gemittelte effektive Echozeit sich mit einer Echozeit eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt, aber einen zeitlichen Abstand zu einer mittleren Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale aufweist, der größer als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale ist, z.B. größer als der doppelte zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale.
8 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9.
In der 8 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, beispielsweise aus mehreren Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2 oder mehr Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise eines Patienten oder auch eines Phantoms, kann dieses auf einer Liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden. Die Schicht oder der Slab S_i stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Echosignale aufgenommen und als Messdaten erfasst werden sollen.
Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage 1 und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5' und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' steuern. Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in einem zu manipulierenden Bereich (beispielsweise in zu messenden Schichten S) des Untersuchungsobjekts U zuständig. Dabei wird die Mittenfrequenz des, auch als B1-Feld bezeichneten, Hochfrequenz-Wechselfeldes in aller Regel möglichst so eingestellt, dass sie nahe der Resonanzfrequenz der zu manipulierenden Spins liegt. Abweichungen von der Mittenfrequenz von der Resonanzfrequenz werden als Off-Resonanz bezeichnet. Zur Erzeugung des B1-Feldes werden in der Hochfrequenzeinheit 7 mittels der Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' gesteuerte Ströme an den HF-Spulen angelegt.
Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Korrekturdatenbestimmungseinheit 15, mit welcher erfindungsgemäße Korrekturdaten zur Korrektur von Phasenfehlern in mittels einer EPI-(SMS)-Technik aufgenommenen Messdaten bestimmt werden können. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. Bilddaten angezeigt werden.
Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches ein Programm umfasst und das beschriebene Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene Verfahren durchführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6043651 [0004, 0063]
US 9329254 B2 [0005, 0063]
DE 102016218955 [0014]
US 10557903 B2 [0016]
US 10162037 B2 [0030, 0032]
US 11255940 B2 [0031]
US 20220099780 A1 [0032]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

von Breuer et al. in „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration (CAIPIRINHA) for Multi-Slice Imaging“, Magnetic Resonance in Medicine 53, 2005, S. 684-691 [0009]
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 [0009]
Zahneisen et al.: „Three-Dimensional Fourier Encoding of Simultaneously Excited Slices: Generalized Acquisition and Reconstruction Framework“, Magn. Reson. Med. 71, S. 2071-2081 (2014 [0016]

Claims

Verfahren zur schichtspezifischen Korrektur von mittels einer echo-planaren (EPI) simultanen-Mehrschicht(SMS)-Technik simultan für mindestens zwei Schichten aufgenommenen Messdaten eines Untersuchungsobjektes, umfassend die Schritte: - Aufnehmen von in Schichtselektionsrichtung kodierten Navigatorsignalen unter Verwendung eines bipolaren Auslesegradienten, und simultan für die mindestens zwei Schichten zeitlich nach einem in das Untersuchungsobjekt eingestrahlten RF-Anregungspuls und zeitlich vor Aufnahme zu korrigierender Messdaten, wobei pro verwendeter Schichtselektionskodierung mindestens zwei Navigatorsignale mit unterschiedlicher Polarität des Auslesegradienten und insgesamt mindestens sechs Navigatorsignale aufgenommen werden, - Bestimmen mindestens eines mittleren Navigatorsignals aus zumindest zweien der aufgenommenen Navigatorsignale gleicher Polarität, - Bestimmen von Einzelschicht-Navigatorsignalen durch Anwenden einer Fouriertransformation auf das mittlere Navigatorsignal und ein Navigatorsignal, das mit der gleichen Polarität wie die gemittelten Navigatorsignale, aber mit einer verschiedenen Schichtselektionskodierung aufgenommen wurde, - Bestimmen von schichtspezifischen Korrekturdaten aus den Einzelschicht-Navigatorsignalen, - Korrigieren von zu korrigierenden Messdaten mittels der schichtspezifischen Korrekturdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu korrigierende Messdaten erzeugt sind durch nach je einem RF-Anregungspuls Erzeugen eines Zuges von mehreren Echosignalen in einer Anzahl N, wobei N mindestens zwei ist, verschiedener Schichten des Untersuchungsobjektes (U) und Aufnehmen der Echosignale unter Schalten von Gradienten mit wechselnder Polarität für aufeinanderfolgende Echosignale, wobei aufeinanderfolgenden Echosignalen je eine von ebenfalls N verschiedenen Phasen aufgeprägt wird, und Erfassen der simultan für die mindestens zwei Schichten aufgenommenen Echosignale als Messdaten in einem Messdatensatz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei aufeinanderfolgende Navigatorsignale mit derselben Schichtselektionskodierung kodiert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine ungerade Anzahl an Navigatorsignalen aufgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Navigatorsignale derart aufgenommen werden, dass Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität eine gemittelte effektive Echozeit aufweisen, die sich mit der Echozeit eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität oder mit einer gemittelten effektiven Echozeit eines Paares von Navigatorsignalen mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität existieren, deren gemittelte effektive Echozeit einen zeitlichen Abstand zu einer mittleren Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale aufweist, der maximal dem zeitlichen Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale entspricht, insbesondere der verschwindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität existieren, deren gemittelte effektive Echozeit sich mit einer Echozeit eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt, aber einen zeitlichen Abstand zu einer mittleren Echozeit aller aufgenommener Navigatorsignale aufweist, der größer als der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale ist, z.B. größer als der doppelte zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Navigatorsignale.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Navigatorsignale derart aufgenommen werden, dass zumindest zwei Paare von Navigatorsignalen mit einer gemeinsamen Schichtselektionskodierung und mit einer gemeinsamen Polarität jeweils eine gemittelte effektive Echozeit aufweisen, die sich mit der Echozeit je eines weiteren Navigatorsignals mit einer anderen Schichtselektionskodierung aber mit der gemeinsamen Polarität deckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Navigatorsignale (Nav) zeitlich zwischen einem RF-Anregungspuls und dem RF-Anregungspuls zugehörigen Zug von Echosignalen aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Navigatorsignale (Nav) im Rahmen einer vor der Erzeugung der zu korrigierenden Messdaten durchgeführten Dummy-Messung, die zur Etablierung eines Steady-States dient, aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Navigatorsignale (Nav) innerhalb einer Wiederholzeit TR einer verwendeten EPI-SMS-Technik aufgenommen werden.
Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9) mit einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung (7') und mit einer Korrekturdatenbestimmungseinheit (15), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
Computerprogramm, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (9) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 13 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführen.