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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kernspintomographie
(Synonym: Magnetresonanztomographie – MRT) wie sie in der Medizin
zur Untersuchung von Patienten Anwendung findet. Dabei bezieht sich
die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren sowie ein MRT-System
zur Durchführung
des Verfahrens, welches die Akquisition artefaktfreier bzw. artefaktarmer
Schichtbilder ermöglicht ohne
SNR-Verlust (Signal-Rausch-Verhältnis,
engl.: Signal to Noise Ratio).
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Die
MRT basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz
und wird als bildgebendes Verfahren seit über 15 Jahren in der Medizin
und in der Biophysik erfolgreich eingesetzt. Bei dieser Untersuchungsmethode
wird das Objekt einem starken, konstanten Magnetfeld ausgesetzt.
Dadurch richten sich die Kernspins der Atome in dem Objekt, welche
vorher regellos orientiert waren, aus.
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Hochfrequenzwellen
können
nun diese "geordneten" Kernspins zu einer
bestimmten Schwingung anregen. Diese Schwingung erzeugt in der MRT
das eigentliche Messsignal, welches mittels geeigneter Empfangsspulen
aufgenommen wird. Durch den Einsatz inhomogener Magnetfelder, erzeugt durch
Gradientenspulen, kann dabei das Messobjekt in alle drei Raumrichtungen
räumlich
codiert werden. Das Verfahren erlaubt eine freie Wahl der abzubildenden
Schicht, wodurch Schnittbilder des menschlichen Körpers in
alle Richtungen aufgenommen werden können. Die MRT als Schnittbildverfahren
in der medizinischen Diagnostik, zeichnet sich in erster Linie als "nicht-invasive" Untersuchungsmethode durch
ein vielseitiges Kontrastvermögen
aus. Aufgrund der hervorragenden Darstellbarkeit des Weichgewebes
hat sich die MRT zu einem der Röntgencomputertomographie
(CT) vielfach überlegenen Verfahren
entwickelt. Die MRT basiert heute auf der Anwendung von Spinecho-
und Gradientenechosequenzen, die bei Messzeiten in der Größenordnung von
Minuten eine exzellente Bildqualität ermöglichen.
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Die
ständige
technische Weiterentwicklung der Komponenten von MRT-Geräten und
die Einführung
schneller Bildgebungssequenzen eröffnete der MRT immer mehr Einsatzgebiete
in der Medizin. Echtzeitbildgebung zur Unterstützung der minimal-invasiven
Chirurgie, funktionelle Bildgebung in der Neurologie und Perfusionsmessung
in der Kardiologie sind nur einige wenige Beispiele. Trotz der technischen
Fortschritte beim Bau von MRT-Geräten, bleiben
Aufnahmezeit und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) eines MRT-Bildes
limitierende Faktoren für viele
Anwendungen der MRT in der medizinischen Diagnostik.
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Insbesondere
bei der funktionellen Bildgebung, bei der eine wesentliche Bewegung
des Objektes bzw. Teile des Objektes gegeben ist (Blutfluss, Herzbewegung,
Peristaltik des Abdomens usw.), ist eine Verringerung der Aufnahmezeit
(der Datenakquisitionszeit) bei gleichbleibendem SNR wünschenswert.
Generell verursacht Bewegung in einem MRT-Bild Artefakte, wie z.
B. Bewegungsartefakte, die mit Dauer der Datenakquisitionszeit zunehmen. Um
die Bildqualität
zu verbessern, wäre
daran zu denken, mehrere Bilder zu akquirieren und diese später zu überlagern.
Dies führt
aber besonders hinsichtlich der Bewegungsartefakte nicht immer zu
einer beabsichtigten Verbesserung der gesamten Bildqualität. Beispielsweise
wird das SNR verbessert während
die Bewegungsartefakte zunehmen.
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Ein
Ansatz bei gleichbleibendem SNR, die Messzeit zu verkürzen, besteht
darin, die Menge der aufzunehmenden Bilddaten zu verringern. Um
ein vollständiges
Bild aus solch einem reduzierten Datensatz zu erhalten, müssen entweder
die fehlenden Daten mit geeigneten Algorithmen rekonstruiert werden
oder das fehlerhafte Bild aus den reduzierten Daten muss korrigiert
werden. Die Aufnahme der Daten in der MRT geschieht gemäß 2 im
sogenannten k-Raum (Synonym: Frequenzraum). Das MRT-Bild 25 im
sogenannten Bildraum ist mittels Fourier-Transformation 24 mit den MRT-Daten 23 im k-Raum
verknüpft.
Die Ortscodierung des Objektes, welche den k-Raum aufspannt, geschieht
mittels Gradienten in allen drei Raumrichtungen. Man unterscheidet
dabei im Falle von 2D-Bildgebung die Schichtselektion (legt eine
Aufnahmeschicht im Objekt fest, üblicherweise
die z-Achse), die Frequenzcodierung (legt eine Richtung in der Schicht
fest, üblicherweise
die x-Achse) und die Phasencodierung (bestimmt die zweite Dimension
innerhalb der Schicht, üblicherweise
die y-Achse). Im Fall von 3D-Bildgebung
wird die Schichtselektion durch eine zweite Phasenkodierrichtung
ersetzt. Ohne Beschränkung
der Allgemeinheit, wird im weiteren Verlauf ein zweidimensionaler
kartesischer k-Raum angenommen, der zeilenweise abgetastet wird.
Die Daten einer einzelnen k-Raumzeile werden beim Auslesen mittels
eines Gradienten frequenzcodiert. Jede Zeile im k-Raum hat den Abstand Δky, der durch einen Phasencodierschritt erzeugt
wird. Da die Phasencodierung im Vergleich zu den anderen Ortskodierungen
viel Zeit in Anspruch nimmt, basieren die meisten Verfahren, beispielsweise
die sogenannte "teilweise
parallele Akquisition",
im weiteren Verlauf mit PPA (engl. Partially Parallel Akquisition)
bezeichnet, zur Verkürzung
der Bildmesszeit auf einer Verringerung der Anzahl an zeitaufwändigen Phasenkodierschritten.
Der Grundgedanke bei der PPA-Bildgebung ist, dass die k-Raumdaten
nicht von einer Einzelspule sondern gemäß 3 von einer
z. B. linearen Anordnung von Komponentenspulen (Spule 1 bis Spule
4), einem Spulenarray, aufgenommen werden. Jede der räumlich unabhängigen Spulen
des Arrays trägt
gewisse räumliche
Informationen, welche genutzt werden, um über eine Kombination der simultan akquirierten
Spulendaten 26.1, 26.2, 26.3, 26.4 eine vollständige Ortscodierung
zu erreichen. Das bedeutet, dass aus einer einzigen aufgenommenen k-Raumzeile
(in den folgenden Figuren grau dargestellt) auch mehrere andere,
nicht abgetastete im k-Raum verschobene (in den folgenden Figuren
weiß dargestellt)
Zeilen bestimmt werden können.
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Die
PPA-Methoden verwenden also räumliche
Information, die in den Komponenten einer Spulenanordnung enthalten
sind, um partiell die zeitaufwändige
Phasenkodierung, die normalerweise unter Verwendung eines Phasengradienten
erzeugt wird, zu ersetzen. Dadurch wird die Bildmesszeit entsprechend
dem Verhältnis
von Anzahl der Zeilen des reduzierten Datensatzes zur Anzahl der
Zeilen des konventionellen (also vollständigen) Datensatzes reduziert.
In einer typischen PPA-Akquisition wird im Vergleich zu der herkömmlichen
Akquisition nur ein Bruchteil (1/2, 1/3, 1/4, etc.) der Phasenkodierzeilen akquiriert.
Eine spezielle Rekonstruktion wird dann auf die Daten angewandt,
um die fehlenden k-Raumzeilen zu rekonstruieren und damit das volle
Field of View (FOV)-Bild in einem Bruchteil der Zeit zu erhalten.
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Das
jeweilige Rekonstruktionsverfahren, das in der Regel ein algebraisches
Verfahren darstellt, entspricht der jeweiligen PPA-Technik. Die
bekanntesten PPA-Techniken sind SMASH (Simultaneous Acquisition
of Spatial, Harmonics), SENSE (Sensitivity Encoding) und GRAPPA
(Generalised Autocalibration PPA) mit ihren jeweiligen Derivaten
(G-SMASH, AUTO-SMASH, VD-AUTO-SMASH
usw.).
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Die
algebraische Rekonstruktion der fehlenden k-Raumzeilen erfordert
jedoch bei allen PPA-Techniken zusätzlich die Ermittlung der jeweiligen
Spulensensitivität
einer jeden (an der Messung beteiligten) Komponentenspule, was in 3 durch den
Pfeil 28 symbolisiert ist. Erst bei Kenntnis der Spulensensitivitäten ist
eine vollständige
Rekonstruktion aller k-Raumzeilen
möglich
und durch anschließende
Fourier-Transformation
(Pfeil 27) das Bild 25 im Ortsraum zu erhalten.
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Bei
den herkömmlichen
PPA-Techniken erfolgt die Ermittlung der Spulensensitivitäten durch Messen
sogenannter Kalibrierscans entweder zu Beginn der Messung in Form
sogenannter Prescans oder während
der Messung in Form sogenannter Integrated Scans 29 (ACS-Zeilen,
Autocalibration Signals), die in 4 als schwarze
k-Raumzeilen im mittleren Bereich der k-Matrix (k-Raumschicht) dargestellt
sind.
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Zwar
sind die Spulensensitivitäten
harmonische Funktionen, die durch nur wenige Kalibrierscan-Zeilen
vorzugsweise aus dem vorwiegend Kontrastinformation enthaltenden
mittleren Bereich der k-Matrix gut angenährt werden können – dennoch verlängert die
Messung von Kalibrierscan-Zeilen die gesamte Akquisitionszeit signifikant
und erhöht
den Grad. an Bewegungsartefakten im rekonstruierten Bild 25.
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Insbesondere
GRAPPA (
DE 101 26
078 A1 ) beschreibt ein PPA-Bildgebungsverfahren, bei welchem in
jeder Komponentenspule eines HF-Empfängersystems gleichzeitig eine
Vielzahl von Antwortsignalen akquiriert wird, wobei jedes Komponentenspulenspezifische
Antwortsignal für
sich einen reduzierten Datensatz empfangener HF-Signale bildet.
Auch hier müssen
notwendigerweise zusätzlich
Kalibrier- oder Referenzzeilen gemessen werden auf deren Basis ein
reduzierter Datensatz überhaupt
erst wieder vervollständigt
werden kann. Die zeitaufwändige Messung
solcher Kalibrierzeilen stellt sich als nachteilig dar.
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Der
Stand der Technik bietet eine Möglichkeit,
trotz zeitaufwändigem
Messen von Kalibrierscan-Zeilen Bewegungsartefakte zu unterdrücken bzw.
zu minimieren – bei
gleichbleibendem SNR.
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Das
Verfahren wird anhand von 5 erläutert: Es
werden mehrere niedrig aufgelöste
PPA-Serien 26 zeitlich hintereinander akquiriert. In 5 sind
zwei Serien 26 dargestellt, wobei jeweils die zur PPA-Rekonstruktion
notwendigen Kalibrierscan-Zeilen 29 mitgemessen wurden
und schwarz dargestellt sind. Jede Serie für sich weist aufgrund der niedrigen Auflösung ein
verhältnismäßig geringes
SNR auf, jedoch sind aufgrund der kurzen Akquisitionszeit auch Bewegungsartefakte jeder
Serie stark reduziert. Durch anschließende Überlagerung der aus beiden Serien
PPA-rekonstruierten Bilder können
somit bei weitem artefaktärmere
Bilder erzeugt werden, wobei durch das Überlagern das ursprüngliche
SNR wieder zurückgewonnen
wird.
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Der
Nachteil bei diesem Verfahren ist jedoch die Tatsache, dass nach
wie vor für
jede Schicht bzw. für
jede Serie zusätzlich
die Kalibrierscan-Zeilen gemessen werden müssen, um die für die PPA-Rekonstruktion
erforderlichen Spulensensitivitäten
ermitteln zu können.
Dies gilt sowohl für
Prescans als auch für Integrated
Scans. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren
sowie ein System zur Durchführung
des Verfahrens bereitzustellen, durch das hinsichtlich der Bewegungsartefakte
sowie hinsichtlich der Akquisitionszeit die auf PPA-Rekonstruktionsmethoden
basierende MRT-Bildgebung verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
bilden den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
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Erfindungsgemäß wird also
ein Verfahren zur MRT-Bildgebung beansprucht, basierend auf einem
PPA-Rekonstruktionsverfahren, welches folgende Schritte aufweist:
- – zeitlich
hintereinander erfolgendes Erzeugen einer Anzahl von Teildatensätzen des
k-Raumes in jeweils einer von mehreren Komponentenspulen, wobei
die Gesamtheit der Teildatensätze
einer Komponentenspule einen vollständigen k-Raum-Datensatz bilden
- – Ermitteln
der jeweiligen Spulensensitivität
jeder Komponentenspule auf Basis eines Teils bzw. auf Basis des
gesamten k-Raum-Datensatzes
- – Transformieren
eines jeden Teildatensatzes in den Ortsraum durch ein PPA-Rekonstruktionsverfahren
auf Basis der ermittelten Spulensensitivitäten
- – Überlagern
der transformierten Teildatensätze zum
Erhalt eines artefaktarmen Bilddatensatzes.
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Dabei
weist der vollständige
k-Raum-Datensatz vorteilhafterweise zwei- oder dreidimensionale Gestalt
auf.
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Vorteilhaft
erfolgt die Messung der Teildatensätze in der Weise, dass jeder
transformierte Teildatensatz für
sich ein Minimum an Bewegungsartefakten und/oder Verzerrungen und/oder
Signalverlust aufweisen.
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Zum
Ermitteln der Spulensensitivität
wird vorteilhaft der mittlere Bereich des k-Raum-Datensatzes betrachtet.
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Mögliche für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendete PPA-Rekonstruktionsverfahren
basieren auf dem SMASH-Rekonstruktionsverfahren, dem AUTO-SMASH-Rekonstruktionsverfahren,
dem VD-AUTO-SMASH-Rekonstruktionsverfahren, dem SENSE-Rekonstruktionsverfahren
oder dem GRAPPA-Rekonstruktionsverfahren.
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Allgemein
erfolgt das Messen der Teildatensätze und damit das Erzeugen
des vollständigen k-Raum-Datensatzes
vorteilhafterweise durch Abtasten von Untereinheiten des k-Raums.
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Die
Abtastung von Untereinheiten des k-Raums erfolgt vorteilhaft in
der Weise, dass bei n Teildatensätzen
der i-te Teildatensatz (i = 1 bis n) durch erstmaliges Messen der
i-ten Untereinheit sowie durch anschließendes jeweiliges Auslassen
von n – 1
Untereinheiten erfolgt.
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Dabei
wird eine Untereinheit entweder durch eine Zeile, einen Spiralarm
oder einen radialen Abschnitt dargestellt.
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Vorteilhaft
erfolgt die Messung und die Transformation der Teildatensätze sowie
die Überlagerung
der transformierten Teildatensätze
auf unterschiedliche Weise, wobei das artefaktärmste Endergebnis ausgewählt wird.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf
die begleitenden Zeichnungen näher
er läutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen MRT-Gerätes zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt
schematisch die konventionelle Vorgehensweise wie durch Fourier-Transformation eines
im k-Raum akquirierten Bildes ein Bild im Ortsraum erhalten wird.
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3 zeigt
schematisch, wie ein vierkomponentiger PPA-Datensatz unter Berücksichtigung der Spulensensitivitäten rekonstruiert
und mittels Fourier-Transformation in ein Bild im Ortsraum umgerechnet
wird.
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4 zeigt
schematisch einen vierkomponentigen Datensatz mit drei zusätzlich aufgenommenen,
für die
PPA-Rekonstruktion erforderlichen Kalibrierscan-Zeilen.
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5 zeigt
schematisch ein Verfahren zur PPA-basierten Bewegungsartefakt-reduzierten Bildakquirierung
ohne SNR-Verlust nach dem Stand der Technik.
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6 zeigt
anhand eines Übersichtsbildes das
erfindungsgemäße Verfahren.
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7 zeigt
das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines detaillierten Diagramms.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Magnetresonanzbildgebungs- bzw.
Kernspintomographiegerätes
zur Erzeugung eines Kernspinbildes eines Objekts gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau des Kernspintomographiegerätes entspricht dabei dem Aufbau
eines herkömmlichen Tomographiegerätes. Ein
Grundfeldmagnet 1 erzeugt ein zeitlich konstantes starkes
Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins im Untersuchungsbereich
eines Objekts, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen
Körpers. Die
für die
Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundfeldmagnets
ist in einem kugelförmigen
Messvolumen M definiert, in das die zu untersuchenden Teile des
menschlichen Körpers
eingebracht werden. Zur Unterstützung
der Homogenitätsanforderungen
und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden
an geeigneter Stelle sogenannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem
Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert,
die durch eine Shim-Stromversorgung angesteuert werden.
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In
den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt,
das aus mehreren Wicklungen, sogenannten Teilwicklungen besteht.
Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker 14 mit Strom
zur Erzeugung eines linearen Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung
des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung
des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten
Gx in y-Richtung, die zweite Teilwicklung
eines Gradienten Gy in y-Richtung und die dritte Teilwicklung
einen Gradienten Gz in z-Richtung. Jeder
Verstärker 14 umfasst
einen Digital-Analog-Wandler,
der von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen
von Gradientenpulsen angesteuert wird.
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Um
mit einem MRT-Gerät
wahlweise im Rahmen von erwünschten
PPA-Messungen sowohl ein verbessertes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR)
als auch eine signifikante Verringerung der Akquisitionszeit erzielen
zu können,
ist es heutzutage Stan dard, insbesondere in Phasencodierrichtung
(y-Richtung) nicht eine einzelne Spule zu verwenden, sondern eine
Anordnung aus mehreren Spulen. Diese sogenannten Komponentenspulen
werden zu einem Spulenarray verbunden und gegenseitig überlappend
angeordnet, wodurch ebenfalls überlappende
Spulenbilder aufgenommen werden können. Soll die Akquisitionszeit
bei Verbesserung des SNR nicht verlängert werden, müssen die
Spulen eines Spulenarrays simultan empfangen. Folglich benötigt jede
Spule ihren eigenen Empfänger,
wie bereits erwähnt
bestehend aus Vorverstärker,
Mischer und Analog-Digital-Wandler. Diese Hardware ist sehr teuer,
was in der Praxis zu einer Begrenzung der Spulenanzahl in einem
Array führt.
Zur Zeit sind Arrays mit maximal sechs Einzelspulen die Regel.
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Innerhalb
des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine Hochfrequenzantenne 4,
die die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse
in ein magnetisches Wechselfeld zu Anregung der Kerne und Ausrichtung
der Kernspins des zu untersuchenden Objekts bzw. des zu untersuchenden
Bereiches des Objekts umsetzt. Die Hochfrequenzantenne 4 besteht
aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und mehreren HF-Empfangsspulen
in Form der bereits beschriebenen vorzugsweise linearen Anordnung
von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der Hochfrequenzantenne 4 wird
auch das von den präzedierenden
Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer
Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem
oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale
in eine Spannung umgesetzt, die über einen
Verstärker 7 einem
Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines
Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst
weiterhin einen Sendekanal 9, in dem die Hochfrequenzpulse für die Anregung
der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen
Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagenrechner 20 vorgegebenen
Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge
komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und
als Imaginäranteil über jeweils
einen Ein gang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von
diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden
die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen
Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen
entspricht.
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Die
Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine
Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespule der Hochfrequenzantenne 4 strahlt
die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen
M ein und tastet resultierende Echosignale über die HF-Empfangsspulen ab.
Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8 des
Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich demoduliert und über einen
jeweiligen Analog-Digital-Wandler in Realteil und in Imaginärteil des
Messsignals umgesetzt. Durch einen Bildrechner 17 wird
aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein Bild rekonstruiert.
Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme
erfolgt über
den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen
kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der
jeweils gewünschten
Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raums. Insbesondere
steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige
Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit
definierter Phase und Amplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale.
Die Zeitbasis für
das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird
von einem Synthesiser 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender
Steuerprogramme zur Erzeugung eines Kernspinbildes sowie die Darstellung
des erzeugten Kernspinbildes erfolgt über ein Terminal 21, das
eine Tastatur sowie eine oder mehrere Bildschirme umfasst.
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Im
Falle der vorliegenden Erfindung ist es dem Anwender möglich, unter
Verwendung mehrerer Komponentenspulen, die Reihenfolge der (im Falle einer
kartesischen Abtastung) zeilenweisen Abtastung in Phasencodierrichtung
und damit die Verteilung der gemessenen k-Raumzeilen auf unterschiedliche Teildatensätze des
k-Raums bzw. die Messung von Teildatensätzen des k-Raums beliebig vorzugeben,
um dann in einem weiteren Schritt – ohne zeitaufwendige Akquirierung
von Kalibrierscan-Zeilen – eine
PPA-Rekonstruktion jedes für
sich unvollständigen
Teildatensatzes vornehmen zu können.
In 6 erfolgt eine Messung von zwei Teildatensätzen des k-Raums 30, 31,
wobei der erste Teildatensatz 30 dadurch charakterisiert
ist, dass nur jede ungeradzahlige Zeile der selektierten k-Raum-Schicht
(Zeile 1, Zeile 3, Zeile 5 usw.) zeitlich zusammenhängend akquiriert
wurde und im zweiten Teildatensatz 31 nur jede geradzahlige
Zeile (Zeile 2, Zeile 4, Zeile 6, usw.). Zusammengenommen bilden
erster 30 und zweiter 31 Teildatensatz einen vollständigen Datensatz 32 des
k-Raums. Durch die Trennung der Messung in nicht überlappende
Teildatensätze
stellt jeder Teildatensatz für
sich einen PPA-Datensatz dar, der mittels bekannter PPA-Rekonstruktionsverfahren (SMASH,
SENSE, GRAPPA) jeweils zu einem vollständigen k-Raum-Datensatz rekonstruiert
werden kann. Die zeitliche Reihenfolge der Abtastung von Datensatz 32 wird
erfindungsgemäß so gewählt, dass
jeder Teildatensatz für
sich geringstmögliche Bewegungsartefakte
aufweist, so dass nach der jeweiligen PPA-Rekonstruktion beide rekonstruierten Datensätze zu einem
Bild kombiniert werden können, welches
letztendlich minimale Bewegungsartefakte enthält ohne SNR einzubüßen. Die
erfindungsgemäße Aufteilung
in nicht überlappende
Teildatensätze ermöglicht eine
Berechnung der für
die PPA-Rekonstruktion notwendigen Spulensensitivitäten ohne
dafür eigens
Kalibrierscan-Zeilen
akquirieren zu müssen, was
letztlich zu einer wesentlich kürzen
Akquisitionszeit führt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird anhand des Beispiels von 7 ausführlicher
erläutert:
Ziel
ist es, in insgesamt kürzester
Messzeit ein hinsichtlich Bewegungsartefakte minimiertes Bild einer Körperschicht
eines zu untersuchenden Patienten zu akquirieren bei maximal möglichem
SNR. Dazu wird das MRT-Gerät
erfindungsgemäß so konfigu riert, dass
die Abtastung der Schicht im k-Raum zu einem vollständigen k-Raum-Datensatz
führt,
welcher sich aus zeitlich nacheinander gemessenen PPA-rekonstruierbaren
Teildatensätzen
zusammensetzt. Die theoretische bzw. rechnerische Aufteilung in
Teildatensätze
folgt nach der eigentlichen Messung. In 7 wird eine
Aufteilung eines kartesisch (zeilenförmig abgetasteten) vollständigen Datensatzes 32 in
drei Teildatensätze 34, 35, 36 realisiert,
die jeweils durch unterschiedliche Linienarten gekennzeichnet sind. Das
zeitliche Akquisitionsschema ist auf der rechten Seite des vollständigen Datensatzes 32 aufgetragen.
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Der
Anlagenrechner 20 steuert die Sequenzsteuerung 18 erfindungsgemäß so, dass
zunächst nur
die durchgezogenen Zeilen 34.1, 34.2, 34.3 der selektierten
Schicht 32 gemessen werden. Der zeitliche Verlauf dieser
Akquisition ist rechts im zeitlichen Akquisitionsschema histogrammbasiert
aufgetragen. Der Doppelpfeil 34.x symbolisiert die Gesamtdauer, die
zu dieser ersten Teilmessung dieses ersten (Teil-)Datensatzes erforderlich
ist. Unmittelbar im Anschluss daran werden die gestrichelten Zeilen 35.1, 35.2, 35.3 akquiriert.
Wiederum erfordert diese Teilmessung eine Zeitdauer von 35.x.
Die in diesem Beispiel letzte Teilmessung der strichpunktierten
Zeilen 36.1, 36.2, 36.3 vervollständigt den
Datensatz 32 und definiert den zeitlichen Endpunkt 36.3 der
Gesamtmessdauer (Doppelpfeil 34.1–36.3).
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Eine
jede dieser Teilmessungen führt
zu jeweils zeitlich zusammenhängenden
Teildatensätzen 34, 35, 36,
die aufgrund ihrer Abtastschemata (zeilenförmige k-Raum-Trajektorie mit
jeweils zwei ausgelassenen k-Raum-Zeilen) jede für sich einen eigenen PPA-Datensatz
darstellen. Die Reduktion der Akquisitionszeit jedes Teildatensatzes
im Vergleich zur Akquisitionsdauer des vollständigen Datensatzes 32 bewirkt
eine ebenso starke Reduktion von Bewegungsartefakten im jeweiligen
Teildatensatz.
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Aufgrund
des PPA-förmigen
Abtastschemas eines jeden Teildatensatzes können alle Teildatensätze algebraisch
zu Volldatensätzen
rekonstruiert werden und anschließend mittels Fourier-Transformation
in vollständige
Bilder 38, 39, 40 im Ortsraum transformiert
werden.
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Mögliche Rekonstruktionsverfahren
basieren auf konventionellen PPA-Techniken (beispielsweise SMASH,
SENSE, GRAPPA). Die für
eine PPA-Rekonstruktion erforderlichen Information über die
Sensitivitäten
der beteiligten Komponentenspulen kann erfindungsgemäß ebenfalls
algebraisch aus der Kombination der akquirierten Teildatensätze erfolgen,
wobei im Allgemeinen die Betrachtung benachbarter Zeilen 34.2, 35.2, 36.2 im
mittleren Bereich 42 des vollständigen Datensatzes 32 für eine gute
Annäherung
der Sensitivitäten
ausreichend ist. Die zeitaufwändige
Messung von Kalibrierscan-Zeilen ist nicht notwendig. Durch eine Überlagerung
bzw. Kombination der so gewonnenen Ortsraumdatensätze 38, 39, 40 zu
einem einzigen Datensatz 41 wird ein Bild erhalten, welches
einerseits kaum Bildartefakte aufweist und zudem ein vergleichsweise
hohes SNR besitzt, welches durch die Überlagerung zurückgewonnen
wurde.
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Zusammengefasst
kann gesagt werden:
Die Gesamtakquisition eines kompletten
MRT-Bildes wird durch eine modifizierte, unter Umständen der anatomischen
Bewegung angepassten Bildgebungssequenz in artefaktreduzierte Teilakquisitionen
zerlegt, die jeweils PPA-technisch zu Vollbildern rekonstruiert
werden. Die Detektor- bzw. Spulensensitivitätsinformationen, die zu einer
PPA-Rekonstruktion notwendig sind, werden durch eine Kombination
der Rohdaten jedes einzelnen Teilbildes – vorzugsweise des mittleren
Bereichs des k-Raum-Datensatzes – erhalten. Voraussetzung dafür ist, dass
eine Akquirierung der einzelnen Teildatensätze erfindungsgemäß so erfolgt,
dass die Summe der Teildatensätze den
k-Raum nicht überlappen,
insgesamt aber komplett bedecken. Jeder Teildatensatz für sich weist
ein reduziertes Signal-Rausch- Verhältnis auf,
welches aber durch Rekombination zu einem Gesamtvollbild zurückgewonnen
wird.