DE112017006513T5

DE112017006513T5 - Mri-verfahren zur t1-kartierung des herzens unter verwendung einer rekonstruktion der maximalen wahrscheinlichkeit im k-raum

Info

Publication number: DE112017006513T5
Application number: DE112017006513.5T
Authority: DE
Inventors: Christian Stehning; Peter Boernert; Erik Amthor Thomas; Mariya Ivanova Doneva; Jouke Smink; Marc Kouwenhoven
Original assignee: Koninklijke Philips NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2016-12-22
Filing date: 2017-12-20
Publication date: 2019-11-28
Also published as: WO2018115179A1; US20200088823A1; CN110114685A; CN110114685B; JP2020504647A

Abstract

Die Erfindung stellt ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem (100) zum Erfassen von Magnetresonanzdaten (146) von einem Subjekt (118) aus einer Region von Interesse (109) innerhalb einer Bildgebungszone (108) bereit. Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem umfasst einen Speicher (134) zum Speichern von maschinenausführbaren Anweisungen (140) und von Impulssequenzbefehlen (142). Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um das Magnetresonanz-Bildgebungssystem zu steuern, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, wodurch eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirkt und ein T1-Entspannungsprozess eingeleitet wird. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um Abschnitte der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während eines Ruhe- und Entspannungsintervalls einer Herzphase des Subjekts zu erfassen. Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem umfasst ferner einen Prozessor (130) zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen veranlasst, dass der Prozessor Folgendes wiederholt ausführt: Empfangen (202) eines EKG-Signals (124), das die Herzphase des Subjekts beschreibt; Erkennen (204) eines Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals; Erfassen (206) eines Abschnitts (146) der Magnetresonanzdaten einer vorbestimmten Verzögerung nach dem Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durch Steuern (200) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit den Impulssequenzbefehlen, wobei der Abschnitt der Magnetresonanzdaten den k-Raum unterabtastet, Bestimmen (208) einer Inversionsverzögerung (308, 502) für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs der Magnetisierungsvorbereitungsimpulse und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen veranlasst den Prozessor ferner, eine T1-Karte (150) der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu berechnen, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf die Magnetresonanzbildgebung, insbesondere auf die Erfassung von Magnetresonanzdaten, die durch EKG-Signale für die T1-Kartierung ausgelöst werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein großes statisches Magnetfeld wird von Magnetresonanztomographen (MRT) verwendet, um die Kernspins der Atome als Teil des Verfahrens zur Erzeugung von Bildern im Körper eines Patienten auszurichten. Dieses große statische Magnetfeld wird als B0-Feld bezeichnet.
Während eines MRT-Scans verursachen Hochfrequenzimpulse (HF-Impulse), die von einer oder mehreren Sendespulen erzeugt werden, ein sogenanntes B 1-Feld. Zusätzlich angewendete Gradientenfelder und das B 1-Feld verursachen Störungen des effektiven lokalen Magnetfeldes. Die HF-Signale werden dann von den Kernspins ausgesendet und von einer oder mehreren Empfängerspulen erkannt. Diese HF-Signale werden verwendet, um die MR-Bilder zu erstellen. Diese Spulen können auch als Antennen bezeichnet werden.
Magnetresonanztomographen sind in der Lage, Bilder von Scheiben oder Volumina zu erstellen. Eine Scheibe ist ein dünnes Volumen, das nur einen Voxel dick ist. Ein Voxel ist ein kleines Volumenelement, über das das MR-Signal gemittelt wird, und das die Auflösung des MR-Bildes darstellt. Ein Voxel kann hier auch als Pixel (Bildelement) bezeichnet werden, wenn eine einzelne Scheibe betrachtet wird.
Je nach Erfassungsverfahren können bei der Magnetresonanzbildgebung verschiedene Arten von Informationen abgebildet oder dargestellt werden. So ist beispielsweise eine so genannte Inversionswiederherstellungssequenz eine Art Tl-gewichtete Bildgebungssequenz. Die Erfassung von Magnetresonanzdaten zu mehreren Inversionszeiten (TI) kann zur Berechnung des räumlich abhängigen T l-Wertes verwendet werden, der allgemein als T1-Karte bezeichnet wird.
Ein Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll, das zur Erstellung von T1-Karten des Herzens verwendet werden kann, wird als modifiziertes Look-Locker-Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionwiederherstellung (MOLLI-Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll) bezeichnet. Das MOLLI-Protokoll wird im Journalartikel von Messroghli et. al., „Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) for High Resolution T1 Mapping of the Heart", Magnetic Resonance in Medicine 52:141-146 (2004) beschrieben.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem, ein Computerprogrammprodukt und ein Verfahren in den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Myokardiale T1-Karten sind klinisch nützlich. Es kann jedoch schwierig sein, genaue T1-Karten des Herzens aufgrund seiner rhythmischen Bewegung zu erstellen. Die derzeit verfügbaren Techniken basieren beispielsweise auf einem EKG-Signal, um ein Ruhe- und Entspannungsintervall des Herzens zu identifizieren, in dem eine Bildgebung durchgeführt werden kann. Um eine T1-Karte zu erstellen, können beispielsweise eine Reihe von Bildern, die in eine Inversionswiederherstellungs-Impulssequenz eingebettet sind, zu verschiedenen Inversionszeiten abgetastet werden. Die Intensität der für verschiedene Inversionszeiten erzeugten Bilder kann zur Berechnung einer T1-Karte verwendet werden. Die Schwierigkeit bei diesem Ansatz besteht darin, dass die Zeit, in der die Magnetresonanzdaten gemessen werden können, begrenzt ist. Praktisch ist es nicht möglich, mehrere Messungen gleichzeitig durchzuführen, da es kleine Unregelmäßigkeiten im zeitlichen Ablauf des Herzens von Schlag zu Schlag gibt. Die Impulssequenz zur Erfassung der Magnetresonanzdaten wird gestartet, bevor der Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls des Herzens erkannt wird. Das bedeutet, dass die genaue Inversionszeit, zu der die Magnetresonanzdaten erfasst werden, nicht steuerbar ist.
Beispiele können ein verbessertes Mittel zur Erstellung von myokardialen T1-Karten bereitstellen, indem die Rekonstruktion von dazwischenliegenden Bildern vollständig vermieden wird. Stattdessen werden die gewonnenen Magnetresonanzdaten mittels einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit in eine T1-Karte rekonstruiert. Die Qualität der resultierenden T1-Karte wird dann erhöht, da mehr Magnetresonanzdaten zu verschiedenen Inversionszeiten erfasst werden. Die Anwendung von Rekonstruktionen der maximalen Wahrscheinlichkeit auf die komprimierte Bildgebung wird erörtert in Doneva et. al., „Compressed Sensing in Quantitative MRI". MRI: Physics, Image Reconstruction, and Analysis. Hrsg. Angshul Majumdar und Rabab Kreidieh Ward. CRC Press, 2015. 51-71. Siehe Gl. 3.6 und insbesondere Abschnitt 3.3 dieser Referenz.
In einem Aspekt stellt die Erfindung ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem zum Erfassen von Magnetresonanzdaten von einem Subjekt für eine Region von Interesse innerhalb einer Bildgebungszone bereit. Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem umfasst einen Speicher zum Speichern von maschinenausführbaren Anweisungen und von Impulssequenzbefehlen. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um das Magnetresonanz-Bildgebungssystem zu steuern, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, die eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirken und einen T1-Entspannungsprozess einleiten. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um Abschnitte der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während eines Ruhe- und Entspannungsintervalls des Herzens des Subjekts zu erfassen.
Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem umfasst ferner einen Prozessor, der zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems konfiguriert ist. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor wiederholt ein EKG-Signal empfängt, das eine Herzphase des Subjekts beschreibt. Das Ruhe- und Entspannungsintervall ist eine Phase der Herzphase des Subjekts. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor wiederholt einen Beginn einer Phase der Ruhe und Entspannung des Herzens anhand des EKG-Signals erfasst. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls wiederholt einen Abschnitt der Magnetresonanzdaten mit einer vorbestimmten Verzögerung erfasst, indem er das Magnetresonanz-Bildgebungssystem mit den Impulssequenzbefehlen steuert.
Der Abschnitt der Magnetresonanzdaten unterabtastet den k-Raum. Durch die Unterabtastung des k-Raums versteht es sich hierin, dass die Magnetresonanzdaten nicht ausreichend innerhalb eines Abschnitts abgetastet werden, um ein Magnetresonanzbild zu rekonstruieren, das das Subjekt genau erfasst. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor wiederholt eine Inversionsverzögerung für den Teil der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs des Magnetisierungsvorbereitungsimpulses und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls bestimmt. Es gibt leichte Unregelmäßigkeiten im zeitlichen Ablauf des Herzens, die es schwierig machen, die Erfassung der Magnetresonanzdaten mit einer genau festgelegten Inversionsverzögerung auszulösen. Der Abschnitt der Magnetresonanzdaten ist daher mit der bestimmten Inversionsverzögerung gekennzeichnet. Die Magnetisierungsvorbereitungsimpulse werden vor Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durchgeführt. Mithilfe des zeitlichen Ablaufs der Impulssequenzbefehle kann die genaue Inversionsverzögerung für die Erfassung der Magnetresonanzdaten bestimmt werden.
Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen veranlasst den Prozessor ferner, eine T1-Karte der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu berechnen, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet. Bei Rekonstruktionen der maximalen Wahrscheinlichkeit werden die k-Raumdaten nicht in ein Bild rekonstruiert, bevor die T1-Karte berechnet wird. Ein Modell der gemessenen Magnetresonanzdaten kann verwendet werden, um die gemessenen Magnetresonanzdaten vorherzusagen. Bei Rekonstruktionen der maximalen Wahrscheinlichkeit wird der wahrscheinlichste Wert der T1-Karte direkt anhand der gemessenen Magnetresonanzdaten berechnet. Dies wird im k-Raum durchgeführt.
Dieses Magnetresonanz-Bildgebungssystem kann den Vorteil haben, dass die berechneten T1-Karten eine höhere Auflösung und Qualität aufweisen können, als dies mit herkömmlichen Tl-Kartierungsverfahren für Magnetresonanz-Bildgebung möglich ist.
In einer anderen Ausführungsform wird die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als ein Optimierungsproblem formuliert. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da sie ein Mittel zur Verwendung von Magnetresonanzdaten bereitstellen kann, die nicht ausreichend abgetastet werden, um dazwischenliegende Bilder zu rekonstruieren, um eine konventionelle T1-Karte zu erstellen, in der die T1-gewichteten Bilder mit separaten Inversionsverzögerungen betrachtet werden.
In einer weiteren Ausführungsform vergleicht das Optimierungsproblem die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell. Das Datenmodell ist abhängig von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert. Diese Ausführungsform kann von Vorteil sein, da sie ein genaues Modell bereitstellt, das eine qualitativ hochwertige T1-Karte liefert, ohne dass dazwischenliegende Bilder erzeugt werden müssen.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Datenmodell eine Annäherung der räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb der Region von Interesse. Die Verwendung eines solchen Datenmodells ist oft von Vorteil, da die räumlich abhängige Längsmagnetisierung in direktem Zusammenhang mit der Intensität der T1-gewichteten Bilder steht, die eine Inversionswiederherstellung verwenden.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Datenmodell ferner von den Impulssequenzbefehlen abhängig. Diese Ausführungsform kann vorteilhaft sein, da sie helfen kann, den spezifischen zeitlichen Ablauf und die Wiederholung der Impulssequenzbefehle zu berücksichtigen. So kann beispielsweise das Datenmodell zusätzliche Parameter beinhalten, um Signaleffekte zu berücksichtigen, die nicht mit der T1-Entspannung zusammenhängen, wie beispielsweise Sättigungseffekte, die durch die Magnetresonanz-Messsequenz hervorgerufen werden. Diese Parameter können nicht unbedingt direkt in das Modell eingegeben werden, aber es ist möglich, von dem angepassten Modell auf den Einfluss der Magnetresonanz- oder Impulssequenzbefehle auf das beobachtete Signal zu schließen. Dies kann helfen, das exponentielle T 1-Signal zu extrahieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Vergleich des Datenmodells mit den Magnetresonanzdaten für jede Inversionsverzögerung durchgeführt. Die Magnetresonanzdaten wurden als separate Abschnitte von Magnetresonanzdaten erfasst und jeder Abschnitt der Magnetresonanzdaten weist eine besondere Inversionsverzögerung auf. In dieser Ausführungsform wird die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten berücksichtigt. Dies kann von Vorteil sein, da so möglicherweise eine sehr genaue T1-Karte bereitgestellt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform bewirkt die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen ferner, dass der Prozessor die Magnetresonanzdaten unter Verwendung der Inversionsverzögerung in vorbestimmte Inversionsverzögerungsspeicher klassifiziert. Der Vergleich des Datenmodells mit den Magnetresonanzdaten wird für jeden der vorbestimmten Inversionsverzögerungsspeicher durchgeführt. In dieser Ausführungsform werden anstelle der jedem Abschnitt der Magnetresonanzdaten zugeordneten Inversionsverzögerung die Magnetresonanzdaten zunächst klassifiziert. Dies kann von Vorteil sein, da es die Rechenkomplexität des Optimierungsproblems reduzieren kann. Dies kann von Vorteil sein, um die Berechnung der T1-Karte zu beschleunigen.
In einer weiteren Ausführungsform vergleicht das Optimierungsproblem das Datenmodell mit den Magnetresonanzdaten im k-Raum. Dies kann von Vorteil sein, da es die Notwendigkeit erübrigt, den k-Raum innerhalb eines Abschnitts der Magnetresonanzdaten abzutasten, der für die Erzeugung eines Bildes ausreicht. Dadurch können mehr k-Raumdaten erfasst werden, was die Rekonstruktion einer genaueren T1-Karte ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionswiederherstellung ein modifiziertes Look-Locker-Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionswiederherstellung. Diese Ausführungsform kann von Vorteil sein, da das modifizierte Look-Locker-Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionswiederherstellung üblicherweise zur Messung von T1-Karten des Herzens verwendet wird. Ausführungsformen der Erfindung ändern dies jedoch, indem sie die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit durchführen, anstatt Bilder zu erzeugen, die dann zur Anpassung an die Tl-Werte verwendet werden. So können möglicherweise genauere T1-Karten des Herzens bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Magnetresonanz-Bildgebungssystem ferner das EKG-System zum Bereitstellen des EKG-Signals.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt bereit, das maschinenausführbare Anweisungen zum Ausführen durch einen Prozessor umfasst, der das Magnetresonanz-Bildgebungssystem steuert, das zum Erfassen von Magnetresonanzdaten von einem Subjekt aus einer Region von Interesse innerhalb einer Bildgebungszone konfiguriert ist. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor wiederholt ein EKG-Signal empfängt, das eine Herzphase des Subjekts beschreibt. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor wiederholt einen Beginn einer Ruhe- und Entspannungsphase des Herzens anhand des EKG-Signals erfasst. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls wiederholt einen Abschnitt der Magnetresonanzdaten mit einer vorbestimmten Verzögerung erfasst, indem er das Magnetresonanz-Bildgebungssystem mit den Impulssequenzbefehlen steuert.
Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um das Magnetresonanz-Bildgebungssystem zu steuern, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, wodurch eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirkt und ein T1-Entspannungsprozess eingeleitet wird. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um Teile der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während des Ruhe- und Entspannungsintervalls zu erfassen. Der Abschnitt der Magnetresonanzdaten unterabtastet den k-Raum. Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt ferner, dass der Prozessor wiederholt eine Inversionsverzögerung für den Teil der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs des Magnetisierungsvorbereitungsimpulses und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls bestimmt.
Die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen veranlasst den Prozessor ferner, eine T1-Karte der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu berechnen, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
In einer anderen Ausführungsform wird die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als ein Optimierungsproblem formuliert. Das Optimierungsproblem vergleicht die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell. Das Datenmodell ist abhängig von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert. Das Datenmodell ist eine Annäherung einer räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb einer Region von Interesse.
In einem anderen Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanz-Bildgebungssystems zum Erfassen von Magnetresonanzdaten von einem Subjekt aus einer Region von Interesse innerhalb einer Bildgebungszone bereit. Das Verfahren umfasst das wiederholte Empfangen eines EKG-Signals, das eine Herzphase des Subjekts beschreibt. Das Verfahren umfasst ferner das wiederholte Erfassen eines Beginns eines Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals. Das Verfahren umfasst ferner das wiederholte Erfassen eines Abschnitts der Magnetresonanzdaten mit einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durch Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit Impulssequenzbefehlen. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um das Magnetresonanz-Bildgebungssystem zu steuern, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, wodurch eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirkt und ein T1-Entspannungsprozess eingeleitet wird. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um Teile der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während des Ruhe- und Entspannungsintervalls zu erfassen. Der Abschnitt der Magnetresonanzdaten unterabtastet den k-Raum. Das Verfahren umfasst ferner das wiederholte Bestimmen einer Inversionsverzögerung für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs von Magnetisierungsvorbereitungsimpulsen und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls.
Das Verfahren umfasst ferner das Berechnen einer T1-Karte der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit, die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Auswählen der Region von Interesse, um ein Herz des Subjekts einzuschließen.
In einer anderen Ausführungsform wird die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als ein Optimierungsproblem formuliert. Das Optimierungsproblem vergleicht die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell. Das Datenmodell ist abhängig von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert. Das Datenmodell ist eine Annäherung einer räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb einer Region von Interesse.
Wie der Fachmann erkennen wird, können Aspekte der vorliegenden Erfindung als eine Einrichtung, ein Verfahren oder ein Computerprogrammprodukt verkörpert sein. Dementsprechend können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form einer vollständigen Hardware-Ausführungsform, einer vollständigen Software-Ausführungsform (einschließlich Firmware, residenter Software, Mikrocode usw.) oder eine Ausführungsform, die Software- und Hardware-Aspekte kombiniert, annehmen, die alle hierin allgemein als „Schaltung“, „Modul“ oder „System“ bezeichnet werden können. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Erfindung die Form eines Computerprogrammprodukts annehmen, das in einem oder mehreren computerlesbaren Medien mit darauf verkörpertem computerausführbaren Code verkörpert ist.
Es kann jede Kombination aus einem oder mehreren computerlesbaren Medien verwendet werden. Das computerlesbare Medium kann ein computerlesbares Signalmedium oder ein computerlesbares Speichermedium sein. Ein ‚computerlesbares Speichermedium‘, wie hierin verwendet, bezieht jedes gegenständliche Speichermedium ein, das Anweisungen speichern kann, die durch einen Prozessor einer Rechenvorrichtung ausführbar sind. Das computerlesbare Speichermedium kann als ein computerlesbares nicht-flüchtiges Speichermedium bezeichnet werden. Das computerlesbare Speichermedium kann auch als ein gegenständliches computerlesbares Medium bezeichnet werden. In manchen Ausführungsformen kann ein computerlesbares Speichermedium auch in der Lage sein, Daten zu speichern, auf die durch den Prozessor der Rechenvorrichtung zugegriffen werden kann. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf: eine Diskette, ein magnetisches Festplattenlaufwerk, eine Solid-State-Festplatte, Flash-Speicher, ein USB-Stick, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory (RAM)), einen Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory (ROM)), eine optische Platte, eine magnetooptische Platte, und die Registerdatei des Prozessors. Beispiele von optischen Platten schließen „Compact Disks“ (CD) „Digital Versatile Disks“ (DVD), zum Beispiel CD-ROM-, CD-RW-, CD-R-, DVD-ROM-, DVD-RW- oder DVD-R-Platten ein. Der Begriff computerlesbares Speichermedium bezieht sich auch auf verschiedene Arten von Aufzeichnungsmedien, auf die von der Computervorrichtung über ein Netzwerk oder eine Kommunikationsverbindung zugegriffen werden kann. Zum Beispiel können Daten über ein Modem, über das Internet oder über ein lokales Netzwerk abgerufen werden. Ein computerausführbarer Code, der auf einem computerlesbaren Medium ausgebildet ist, kann unter Verwendung jedes geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, drahtlose, drahtgebundene, optische Faserkabel, HF usw. oder jede geeignete Kombination des Vorstehenden.
Ein computerlesbares Signalmedium kann ein verbreitetes Datensignal mit darin ausgebildetem computerausführbarem Code einschließen, zum Beispiel im Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein solches verbreitetes Signal kann jede einer Vielfalt von Formen annehmen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, elektromagnetische, optische oder jede geeignete Kombination davon. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein beliebiges computerlesbares Medium sein, das kein computerlesbares Speichermedium ist und das ein Programm zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer solchen Einrichtung, oder Vorrichtung kommunizieren, verbreiten oder transportieren kann.
„Computerhauptspeicher“ oder „Hauptspeicher“ ist ein Beispiel eines computerlesbaren Speichermediums. Ein Computerhauptspeicher ist ein beliebiger Speicher, der für einen Prozessor direkt zugänglich ist. „Computerdatenspeicher“ oder „Datenspeicher“ ist ein weiteres Beispiel eines computerlesbaren Speichermediums. Computergestützte Speicherung kann irgendein flüchtiges oder nicht-flüchtiges computerlesbares Speichermedium sein.
Ein „Prozessor“, wie hierin verwendet, bezieht eine elektronische Komponente ein, die in der Lage ist, ein Programm oder eine maschinenausführbare Anweisung oder computerausführbaren Code auszuführen. Bezugnahmen auf die Rechenvorrichtung, die „einen Prozessor“ umfasst, sollten so interpretiert werden, dass sie möglicherweise mehr als einen Prozessor oder Verarbeitungskern enthalten. Der Prozessor kann beispielsweise ein Mehrfachkernprozessor sein. Ein Prozessor kann sich auch auf eine Ansammlung von Prozessoren in einem einzelnen Computersystem oder unter mehreren Computersystemen verteilt beziehen. Der Begriff Rechenvorrichtung sollte auch so interpretiert werden, dass er sich möglicherweise auf eine Ansammlung oder ein Netzwerk aus Rechenvorrichtungen mit jeweils einem Prozessor oder Prozessoren bezieht. Der computerausführbare Code kann durch mehrere Prozessoren ausgeführt werden, die sich innerhalb der gleichen Rechenvorrichtung befindet oder der sogar über mehrere Rechenvorrichtungen verteilt sein kann.
Computerausführbarer Code kann maschinenausführbare Anweisungen oder ein Programm umfassen, das bewirkt, dass der Prozessor einen Aspekt der vorliegenden Erfindung durchführt. Computerausführbarer Code zum Ausführen von Operationen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in einer beliebigen Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache, wie beispielsweise Java, Smalltalk, C++ oder Ähnliche, und herkömmlicher prozeduraler Programmiersprachen, wie beispielsweise der Programmiersprache C oder ähnlicher Programmiersprachen geschrieben und in maschinenausführbare Anweisungen kompiliert werden. In manchen Fällen kann der computerausführbare Code in der Form einer übergeordneten Sprache oder in einer vorkompilierten Form vorliegen und in Verbindung mit einem Interpreter verwendet werden, der die maschinenausführbaren Anweisungen im laufenden Betrieb erzeugt.
Der computerausführbare Code kann vollständig auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als eigenständiges Software-Paket, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem entfernten Computer oder vollständig auf dem entfernten Computer oder Server ausgeführt werden. In dem letzteren Szenario kann der entfernte Computer mit dem Computer des Benutzers über jede Art von Netzwerk verbunden sein, einschließlich eines lokalen Netzwerks (local area network (LAN)) oder eines Weitverkehrsnetzwerks (wide area network (WAN)), oder die Verbindung kann mit einem externen Computer (z. B. über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters) erfolgen.
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Flussdiagramme und/oder Blockdiagramme von Verfahren, Einrichtung (Systeme) und Computerprogrammprodukten gemäß Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Es versteht sich, dass jeder Block oder ein Abschnitt der Blöcke des Flussdiagramms, der Veranschaulichungen und/oder der Blockdiagramme durch Computerprogrammanweisungen in Form von computerausführbarem Code, falls zutreffend, implementiert werden kann. Es versteht sich ferner, dass, wenn sich nicht gegenseitig ausschließend, Kombinationen von Blöcken in den verschiedenen Flussdiagrammen, Veranschaulichungen und/oder Blockdiagrammen kombiniert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können einem Prozessor eines Universalcomputers, Spezialcomputers, oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung zur Herstellung einer Maschine bereitgestellt werden, so dass die Anweisungen, die über den Prozessor des Computers oder einer anderen programmierbaren Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, Mittel zum Implementieren der Funktionen/Handlungen, die in dem Block oder den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegeben sind, erzeugen.
Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung oder andere Vorrichtungen anweisen kann, auf eine bestimmte Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand erzeugen können, einschließlich Anweisungen, welche die Funktion/Handlung implementieren, die in dem Block oder den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegeben sind.
Die Computerprogrammanweisungen können auch auf einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung oder andere Vorrichtungen geladen werden, um eine Reihe von Betriebsschritten auf dem Computer, der anderen programmierbare Datenverarbeitungseinrichtung oder den anderen Vorrichtungen durchzuführen, um einen computerimplementierten Prozess so zu erzeugen, dass die Anweisungen, die auf dem Computer oder der anderen programmierbaren Einrichtung ausgeführt werden, Prozesse zum Implementieren der Funktionen/Handlungen bereitstellen, die in dem Block oder den Blöcken des Flussdiagramms und/oder des Blockdiagramms angegeben sind.
Eine „Benutzerschnittstelle“, wie hierin verwendet, ist eine Schnittstelle, die es einem Benutzer oder Bediener ermöglicht, mit dem Computer oder Computersystem zu interagieren. Eine „Benutzerschnittstelle“ kann auch als eine „menschliche Schnittstellenvorrichtung“ bezeichnet werden. Eine Benutzerschnittstelle kann dem Bediener Informationen oder Daten bereitstellen und/oder Informationen oder Daten vom Bediener empfangen. Eine Benutzerschnittstelle kann eine Eingabe von einem Bediener ermöglichen, die durch den Computer empfangen werden soll und kann dem Benutzer eine Ausgabe von dem Computer bereitstellen. Mit anderen Worten kann die Benutzerschnittstelle einem Betreiber ermöglichen, einen Computer zu steuern oder zu manipulieren, und die Schnittstelle kann es dem Computer erlauben, die Wirkungen der Steuerung oder Manipulation des Bedieners anzuzeigen. Die Anzeige von Daten oder Informationen auf einem Bildschirm oder einer graphischen Benutzeroberfläche ist ein Beispiel für das Bereitstellen von Informationen für einen Bediener. Das Empfangen von Daten durch eine Tastatur, Maus, Trackball, Touchpad, Zeigestock, Graphik-Tablet, Joystick, Gamepad, Webcam, Headset, Pedale, drahtgebundener Handschuh, Fernbedienung und Beschleunigungsmesser sind alle Beispiele für Benutzerschnittstellenkomponenten, die das Empfangen von Informationen oder Daten von einem Bediener ermöglichen.
Eine „Hardware-Schnittstelle“, wie hierin verwendet, bezieht eine Schnittstelle ein, die es dem Prozessor eines Computersystems ermöglicht, mit einer externen Rechenvorrichtung und/oder -einrichtung zu interagieren und/oder diese zu steuern. Eine Hardware-Schnittstelle kann es einem Prozessor erlauben, Steuersignale oder Anweisungen an eine externen Rechenvorrichtung und/oder -einrichtung zu senden. Eine Hardware-Schnittstelle kann es einem Prozessor auch ermöglichen, Daten mit einer externen Rechenvorrichtung und/oder -einrichtung auszutauschen. Beispiele einer Hardware-Schnittstelle schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf: einen universellen seriellen Bus, IEEE-1394-Anschluss, parallelen Anschluss, IEEE-1284-Anschluss, seriellen Anschluss, RS-232-Anschluss, IEEE-488-Anschluss, Bluetooth-Verbindung, drahtlose lokale Netzwerkverbindung, TCP/IP-Verbindung, Ethernet-Verbindung, Steuerspannungsschnittstelle, MIDI-Schnittstelle, analoge Eingabeschnittstelle und digitale Eingabeschnittstelle.
Eine „Anzeige“ oder „Anzeigevorrichtung“, wie hierin verwendet, bezieht eine Ausgabevorrichtung oder eine Benutzerschnittstelle ein, die zum Anzeigen von Bildern oder Daten angepasst ist. Eine Anzeige kann visuelle, Audio- und oder taktile Daten ausgeben. Beispiele für eine Anzeige schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf: einen Computermonitor, einen Fernsehschirm, einen Touchscreen, eine taktile elektronische Anzeige, einen Braille-Bildschirm,
eine Kathodenstrahlröhre (CRT), eine Speicherröhre, eine bistabile Anzeige, ein elektronisches Papier, eine Vektoranzeige, einen Flachbildschirm, eine Vakuumfluoreszenzanzeige (VF), eine Anzeige Licht emittierender Dioden (LED-Anzeige), eine Elektrolumineszenzanzeige (ELD), eine Plasmabildschirmanzeige (PDP), eine Flüssigkristallanzeige (LCD), eine Anzeige organischer Licht emittierender Dioden (OLED), einen Projektor und eine an einem Kopf angebrachte Anzeige.
Magnetresonanzdaten (MR-Daten) sind hierin als die aufgezeichneten Messungen von Hochfrequenzsignalen definiert, die von Atomspins unter Verwendung der Antenne einer Magnetresonanzeinrichtung während eines Magnetresonanz-Bildgebungsscans emittiert werden. Magnetresonanzdaten sind ein Beispiel für medizinische Bildgebungsdaten. Ein Magnetresonanzbild (MR-Bild) ist hierin definiert als die rekonstruierte zwei- oder dreidimensionale Visualisierung anatomischer Daten, die in den Magnetresonanz-Bildgebungsdaten enthalten sind.
Es versteht sich, dass eine oder mehrere der zuvor genannten Ausführungsformen der Erfindung kombiniert werden können, solange sich die kombinierten Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließen.
Figurenliste
In den folgenden bevorzugten Ausführungsformen wird die Erfindung nur in beispielhafter Weise und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 stellt ein Beispiel eines Magnetresonanz-Bildgebungssystems dar;
2 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Verfahren zum Betreiben des Magnetresonanz-Bildgebungssystems von 1;
3 veranschaulicht mehrere verschiedene Abtasttechniken, die durch Magnetisierungsvorbereitungsimpulse zur Messung von Daten verwendet werden können, die zur Rekonstruktion einer T1-Karte verwendet werden können;
4 veranschaulicht ein Verfahren zur Zuordnung der Inversionszeit zu gemessenen Magnetresonanzdaten; und
5 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zur Zuordnung der Inversionszeit zu gemessenen Magnetresonanzdaten.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gleiche nummerierte Elemente in diesen Figuren sind entweder äquivalente Elemente oder führen die gleiche Funktion durch. Elemente, die zuvor erläutert wurden, werden in späteren Figuren nicht unbedingt erörtert, wenn die Funktion äquivalent ist.
1 zeigt ein Beispiel eines Magnetresonanz-Bildgebungssystems 100 mit einem Magneten 104. Der Magnet 104 ist ein supraleitender Magnet eines zylindrischen Typs mit einer Bohrung 106 hindurch. Die Verwendung von anderen Arten von Magneten ist auch möglich; zum Beispiel ist es auch möglich, sowohl einen geteilten zylindrischen Magneten als auch einen so genannten offenen Magneten zu verwenden. Ein geteilter zylindrischer Magnet ist ähnlich einem standardmäßigen zylindrischen Magneten, außer dass der Kryostat in zwei Sektionen geteilt worden ist, um Zugang zu der Isoebene des Magneten zu erlauben, solche Magneten können zum Beispiel in Verbindung mit einer Strahlentherapie mit geladenen Teilchen verwendet werden. Ein offener Magnet weist zwei Magnetsektionen auf, eine über der anderen mit einem Zwischenraum dazwischen, der groß genug ist, um ein Subjekt aufzunehmen: die Anordnung des Bereichs der zwei Sektionen ist ähnlich der einer Helmholtzspule. Offene Magnete sind beliebt, weil das Subjekt weniger eingeschränkt ist. Innerhalb des Kryostaten des zylindrischen Magneten besteht eine Sammlung von supraleitenden Spulen. Innerhalb der Bohrung 106 des zylindrischen Magneten 104 befindet sich eine Bildgebungszone 108, wo das Magnetfelds ausreichend starke und gleichförmig ist, um eine Magnetresonanz-Bildgebung durchzuführen. Eine Region von Interesse 109 ist innerhalb der Bildgebungszone 108 gezeigt. Ein Subjekt 118 ist so gezeigt, dass es von einem Subjektträger 120 getragen wird, so dass sich mindestens ein Abschnitt des Subjekts 118 innerhalb der Bildgebungszone 108 und der Region von Interesse 109 befindet. Das Herz 122 des Subjekts 118 kann als innerhalb der Region von Interesse 109 liegend betrachtet werden. Es gibt ein EKG-System 124, das eine oder mehrere Elektroden mit dem Subjekt 118 verbindet, um ein EKG-Signal zu messen, das eine Herzphase des Subjekts 118 beschreibt.
Innerhalb der Bohrung 106 des Magneten gibt es auch einen Satz von Magnetfeldgradientenspulen 110, der zur Erfassung von Magnetresonanzdaten verwendet werden, um magnetische Spins innerhalb der Bildgebungszone 108 des Magneten 104 räumlich zu codieren. Die Magnetfeldgradientenspulen 110 sind mit einer Stromversorgung für Magnetfeldgradientenspulen 112 verbunden. Die Magnetfeldgradientenspulen 110 sollen stellvertretend sein. In der Regel enthalten die Magnetfeldgradientenspulen 110 drei separate Sätze von Spulen zum räumlichen Codieren in drei orthogonalen Raumrichtungen. Eine Stromversorgung für Magnetfeldgradientenspulen liefert Strom an die Magnetfeldgradientenspulen. Der Strom, der an die Magnetfeldgradientenspulen 110 geliefert wird, wird als eine Funktion der Zeit gesteuert und kann eine Rampenform aufweisen oder gepulst sein.
Angrenzend an die Bildgebungszone 108 befindet sich eine Hochfrequenzspule 114 zum Manipulieren der Ausrichtung magnetischer Spins innerhalb der Bildgebungszone 108 und zum Empfangen von Funkübermittlungen von Spins auch innerhalb der Bildgebungszone 108. Die Hochfrequenzantenne kann mehrere Spulenelemente enthalten. Die Hochfrequenzantenne kann auch als ein Kanal oder eine Antenne bezeichnet werden. Die Hochfrequenzspule 114 ist mit einem Hochfrequenz-Transceiver 116 verbunden. Die Hochfrequenzspule 114 und der Hochfrequenz-Transceiver 116 kann durch separate Sende- und Empfangsspulen und einen separaten Sender und Empfänger ersetzt werden.
Es versteht sich, dass der Hochfrequenzspule 114 und der Hochfrequenz-Transceiver 116 stellvertretend sind. Die Hochfrequenzspule 114 soll auch für eine dedizierte Sendeantenne und eine dedizierte Empfangsantenne stehen. Gleichermaßen kann der Transceiver 116 auch für einen separaten Sender und Empfänger stehen. Die Hochfrequenzspule 114 kann auch mehrere Empfangs-/Sendeelemente aufweisen, und der Hochfrequenz-Transceiver 116 kann mehrere Empfangs-/Sendekanäle aufweisen. Wenn zum Beispiel eine Parallelbildgebungstechnik wie SENSE durchgeführt wird, wird die Hochfrequenzspule 114 mehrere Spulenelemente aufweisen.
In diesem Beispiel wird ein EKG-System 124 als Abschnitt oder Teil des Magnetresonanz-Bildgebungssystems 100 dargestellt. Dies ist optional. In einigen Beispielen kann das EKG-System 124 ein separates Gerät sein und es wird nur das EKG-Signal 144 bereitgestellt.
Der Transceiver 116, die Gradientensteuereinheit 112 und das EKG-System werden als mit einer Hardware-Schnittstelle 128 eines Computersystems 126 verbunden dargestellt. Das Computersystem umfasst ferner einen Prozessor 130, der mit dem Hardware-System 128, einem Speicher 134 und einer Benutzerschnittstelle 132 in Kommunikation steht. Der Speicher 134 kann jede Kombination von Speicher sein, die für den Prozessor 130 zugänglich ist. Dies kann solche Dinge wie einen Hauptspeicher, Cache-Speicher und auch nichtflüchtigen Speicher wie Flash-RAM, Festplatten oder andere Datenspeichervorrichtungen einschließen. In manchen Beispielen kann der Speicher 130 als ein nichtflüchtiges computerlesbares Medium betrachtet werden.
Der Computerspeicher 134 ist als maschinenausführbare Anweisungen 140 enthaltend gezeigt. Die maschinenausführbaren Anweisungen 140 enthalten Befehle, die es dem Prozessor 130 ermöglichen, den Betrieb und die Funktion des Magnetresonanz-Bildgebungssystems 100 zu steuern. Der Computerspeicher 134 ist ferner so dargestellt, dass er Impulssequenzbefehle 142 enthält. Die Impulssequenzbefehle ermöglichen es dem Prozessor 130, Magnetresonanzdaten unter Verwendung des Magnetresonanz-Bildgebungssystems 100 zu erfassen. Der Computerspeicher 134 wird ferner so dargestellt, dass er ein EKG-Signal 144 enthält, das mit dem EKG-System 124 gemessen wurde.
Der Computerspeicher 134 wird ferner so dargestellt, dass er einen Teil der Magnetresonanzdaten 146 enthält, die unter Verwendung der Impulssequenzbefehle 142 erfasst wurden. Der Computerspeicher 134 wird ferner so dargestellt, dass er Daten 148 enthält, die die Inversionsverzögerung 146 eines bestimmten Abschnitts der Magnetresonanzdaten 146 beschreiben. Der Computerspeicher 134 wird ferner so dargestellt, dass er eine T1-Karte 150 enthält, die unter Verwendung der mehreren Abschnitte 146 der Magnetresonanzdaten rekonstruiert wurde.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Betreiben des Magnetresonanz-Bildgebungssystems 100 von 1 veranschaulicht. Zuerst wird in Schritt 200 das Magnetresonanz-Bildgebungssystem 100 mit den Impulssequenzbefehlen 142 gesteuert. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um das Magnetresonanz-Bildgebungssystem zu steuern, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, wodurch eine Magnetisierungsinversion innerhalb der Region von Interesse 109 bewirkt und ein T1-Entspannungsprozess in demselben Bereich eingeleitet wird. Die Impulssequenzbefehle sind konfiguriert, um Abschnitte 146 der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während eines Ruhe- und Entspannungsintervalls zu erfassen. Als Nächstes wird in Schritt 202 ein EKG-Signal empfangen, das eine Herzphase des Subjekts 118 beschreibt. Als Nächstes wird in Schritt 204 ein Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase mit Hilfe des EKG-Signals 144 erfasst. Danach wird in Schritt 206 der Abschnitt der Magnetresonanzdaten 146 mit einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls erfasst.
Als Nächstes wird in Schritt 208 eine Inversionsverzögerung 148 für den Teil 146 der Magnetresonanzdaten bestimmt. Dies wird unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs der vorgegebenen Verzögerung und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls durchgeführt. Während der Schritte 200-208 wurde der Abschnitt der Magnetresonanzdaten erfasst und die Inversionsverzögerung für diesen Abschnitt bestimmt. Das Verfahren fährt dann mit dem Entscheidungsfenster 210 fort. Die Frage in diesem Entscheidungsfenster ist, ob alle Abschnitte der Magnetresonanzdaten erfasst wurden. Wenn die Antwort „nein“ ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 200 zurück und der nächste Abschnitt 146 der Magnetresonanzdaten wird erfasst. Wenn alle Abschnitte erfasst wurden, fährt das Verfahren mit Schritt 212 fort. In Schritt 212 wird die T1-Karte 150 für die Region von Interesse 109 unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit berechnet, die die Magnetresonanzdaten 146 und die Inversionsverzögerung 148 für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
Beispiele können sich auf die quantitative MRT beziehen, nämlich die kardiale T1-Kartierung, wobei eine Reihe von Bildern mit unterschiedlichen Inversionsverzögerungen (TI) aufgenommen werden, um die TI-Wiederherstellungszeit für jeden Voxel mittels einer exponentiellen Anpassung zu erhalten. Die Technik impliziert, dass Bilder durch eine „Einzelaufnahme“ an bestimmten TI aufgenommen werden müssen. Die T1-Karte wird dann durch eine exponentielle Anpassung eines Modells an die rekonstruierten Bilder rekonstruiert.
Abhängig von der gewünschten räumlichen Auflösung und Abdeckung (= der Menge der zu erfassenden Daten pro Bild) kann es unmöglich sein, alle Daten in einer einzigen Aufnahme zu erfassen. Die gleiche Einschränkung gilt für eine Erfassung bei Subjekten mit hoher Herzfrequenz (Patienten mit Tachykardien oder Kleintiere), bei denen die Ruhephase der Diastole sehr kurz ist. Bestehende Verfahren (z. B. SENSE) zur Reduzierung der Datenmenge, die zur Rekonstruktion eines Bildes mit guter räumlicher Auflösung benötigt werden, reichen nicht aus, um diese Einschränkungen zu überwinden. Stattdessen kann es erforderlich sein, die Erfassung von k-Raumdaten in segmentierter Form über eine Reihe von RR-Intervallen durchzuführen. Natürliche Variationen der RR-Intervalle führen jedoch dazu, dass die Daten teilweise zu unterschiedlichen Inversionszeiten (TI) erfasst werden, was die Rekonstruktion von Bildern und den anschließenden Anpassungsprozess behindert.
Beispiele können eine segmentierte MR-Aufnahme bereitstellen, bei der über eine Reihe von RR-Intervallen segmentiert genügend Daten erfasst werden, um die gewünschte räumliche Auflösung und Abdeckung zu erreichen. Eine interne „Buchhaltung“ kann verwendet werden, bei der die Inversionsverzögerung, d. h. der Versatz zwischen der Erfassung der aktuellen k-Raumlinie und dem letzten Inversionsimpuls zusammen mit den Daten gespeichert wird. Die erfassten Daten umfassen eine mehrdimensionale Matrix (z. B. einen TI/ky-Raum bei einer 2D-Erfassung), wobei im Gegensatz zu herkömmlichen Kartierungstechniken keine Bilder für bestimmte Inversionszeiten, TI, rekonstruiert werden. Stattdessen wird ein Rekonstruktionsalgorithmus wie z. B. eine Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit verwendet, um den T1-Wert direkt für jedes Voxel aus den verfügbaren TI/ky-Daten zu erhalten.
3 veranschaulicht mehrere verschiedene Abtasttechniken, die durch Magnetisierungsvorbereitungsimpulse zur Messung von Daten verwendet werden können, die zur Rekonstruktion einer T1-Karte verwendet werden können. Die Beispiele sind in drei Spalten unterteilt. Spalte 300 stellt das konventionelle k-Raum-Abtastschema dar. Spalte 302 stellt ein SENSE-k-Raum-Abtastschema dar. Spalte 304 stellt ein Abtastschema der maximalen Wahrscheinlichkeit dar. Über jedem der Abtastschemata befindet sich eine entsprechende Inversionswiederherstellungskurve 310, die zur Veranschaulichung beigefügt ist. Es ist ersichtlich, dass die Inversionswiederherstellung in allen drei Fällen identisch ist. Die Achse mit der Bezeichnung 306 stellt die Inversionswiederherstellung oder Inversionsverzögerung dar. Die Achse 308 stellt eine Position im k-Raum dar, in diesem Fall in y-Richtung.
Im herkömmlichen 300 k-Raumabtastschema sind fünf verschiedene Zeilen 312 zu sehen, die einen Teil der Magnetresonanzdaten darstellen, die nach einem Magnetisierungsvorbereitungsimpuls erfasst wurden. Die Daten in jeder dieser Zeilen 312 reichen aus, um ein Bild zu rekonstruieren. Die fünf Bilder können dann rekonstruiert und für die Anpassung einer T1-Karte verwendet werden.
Die Spalte 302 stellt eine SENSE-Rekonstruktion dar. Die SENSE-Rekonstruktion ermöglicht eine sparsamere Abtastung der k-Raum-Daten. Es gibt erneut fünf Zeilen 314 im k-Raum, die im SENSE-Abtastschema verwendet werden. Eine grundlegende Einschränkung der in den Zeilen 300 und 302 dargestellten Abtastschemata besteht darin, dass alle Daten für einen bestimmten Magnetisierungsvorbereitungsimpuls in einer Zeile erfasst werden müssen. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Daten während des Ruhe- und Entspannungsintervalls des Herzens des Subjekts erfasst werden müssen. Da hier leichte Schwankungen auftreten, kann die Inversionsverzögerung bei den verschiedenen Erfassungen leicht variieren.
Spalte 304 zeigt das Abtastschema mit maximaler Wahrscheinlichkeit. Ein Abschnitt 146 der Magnetresonanzdaten ist mit dem Pfeil 146 dargestellt. In der Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit werden dazwischenliegende Bilder nicht rekonstruiert. Es ist daher nicht notwendig, im k-Raum Punkte zu erfassen, die ausreichen, um ein Bild zu erzeugen. Es ist zudem ersichtlich, dass bei unterschiedlichen Inversionsverzögerungen die Anzahl der Datenpunkte, die abgetastet werden, nicht einmal konsistent ist. Da kein dazwischenliegendes Bild rekonstruiert wird, ist es nicht erforderlich, dass auch die Daten im k-Raum konsistent oder einheitlich mit unterschiedlichen Inversionsverzögerungen abgetastet werden. Alle erfassten Daten können nützlich sein, um zu der resultierenden T1-Karte beizutragen und diese auch zu verbessern.
Gln. (1) und (2) werden zur Veranschaulichung eines numerischen Verfahrens zur Anwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit verwendet. In der T1-Kartierung können das Magnetresonanzsignal und die Inversionszeit TI durch eine exponentielle Wiederherstellung der lokalen Magnetisierung modelliert werden: $x_{T i_{j}} (ρ (\vec{r}), T 1 (\vec{r})) = ρ (\vec{r}) - 2 p (\vec{r}) - 2 p (\vec{r}) e^{- T I_{j} / T 1 (\vec{r})},$

- wobei Zeile $ρ (\vec{r})$
die lokale Spin-Dichte ist,
- wobei $T 1 (\vec{r})$
die gewebespezifische Entspannungszeit des lokalen Gewebes ist und
- wobei TI_j das j-Fache der Inversionszeit ist. Der Index j kann sich auf die tatsächliche Inversionszeit von Gruppen von gemeinsam erfassten k-Raumpunkten beziehen oder auf Gruppen von k-Raum-Datenpunkten, die zusammengelegt und einer Inversionszeit TI_j zugeordnet sind.

Gleichung (1) kann in ein Optimierungsproblem eingefügt werden, um es als Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu lösen. Ein Beispiel für eine Formulierung einer solchen Optimierung ist: $(\begin{matrix} \hat{ρ} \\ \hat{T 1} \end{matrix}) = argmin \frac{1}{2} {\sum_{j} ‖ f (ρ (\vec{r}) - 2 p (\vec{r}) e^{- T I_{j} / T 1 (\vec{r})}) - y_{T I_{j}} ‖}_{2}^{2},$

- wobei $(\begin{matrix} \hat{ρ} \\ \hat{T 1} \end{matrix})$
eine räumlich abhängige lokale Spin-Dichtekarte ρ̂ und T1-Karte $\hat{T 1}$
ist,
- wobei f das Annehmen einer partiellen (oder unterabgetasteten) FourierTransformation darstellt, und
- wobei y_TI
j die gemessenen Fourierdaten zur Inversionszeit TI_j sind. Die Lösung von Optimierungsproblemen wie z. B. Gl. (2) ist allgemein bekannt. In der Formulierung von Gl. (2) ist es implizit, dass die gemessenen Fourier-Daten y_TI
j kalibriert werden. Selbst wenn die Fourier-Daten y_TI
j nicht kalibriert werden, funktioniert Gl. (2) noch immer, jedoch wird der Wert der Spin-Dichtekarte ρ̂ um eine Konstante skaliert.

Die gemessenen Magnetresonanzdaten y_TIj können auf viele verschiedene Arten in Gleichung 2 verwendet werden. Eine Möglichkeit besteht darin, die tatsächliche Inversionszeit für jeden Teil der erfassten Magnetresonanzdaten zu verwenden. Der Abschnitt der erfassten Magnetresonanzdaten wird dargestellt in Gl. (2) als y-Variable. Die 4 und 5 werden verwendet, um verschiedene Arten zu veranschaulichen, auf die Gl. (2) verwendet werden kann. In 4 ist eine weitere Ansicht von Plan 304 aus 3 dargestellt. Es werden vertikale Linien durch Datenpunkte gezogen, die der gleichen Inversionszeit 308 entsprechen. Ein Mittel zum Anwenden von Gl. (2) ist es, Daten einfach für jede einzelne separate Inversionszeit 308 zu verwenden, die durch eine vertikale Linie angezeigt wird.
Eine weitere Art der Anwendung von Gl. (2) ist, zuerst die Magnetresonanzdaten zu klassifizieren. Dies kann den Vorteil haben, die Rechenkomplexität der Anwendung von Gl. (2) zu reduzieren. Es ist zu erkennen, dass in 5 die Inversionsverzögerung 308 in acht Speicher unterteilt ist. Die Magnetresonanzdaten innerhalb jedes dieser Speicher werden dann einer bestimmten Inversionsverzögerung 502 für diesen Speicher 500 zugeordnet. Das in 5 dargestellte Schema kann in einigen Fällen eine weniger genaue T1-Karte erzeugen als dies bei Verwendung des in 4 dargestellten Schemas der Fall wäre, das in 5 dargestellte Schema kann Vorteile in Bezug auf die Recheneffizienz und Geschwindigkeit aufweisen.
Obgleich die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, ist eine derartige Darstellung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Weitere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können vom Fachmann, der die beanspruchte Erfindung umsetzt, aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der anhängigen Ansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Patentansprüchen schließt das Wort „umfassen“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“ oder „eines“ schließt eine Mehrzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen genannter Elemente erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, weist nicht daraufhin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht von Vorteil sein könnte. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium, wie beispielsweise einem optischen Speichermedium oder einem Solid-State-Medium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, gespeichert/verteilt werden, kann jedoch auch in anderen Formen verteilt werden, wie beispielsweise über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen des Umfangs auszulegen.
Bezugszeichenliste

100: Magnetresonanz-Bildgebungssystem
104: Magnet
106: Bohrung des Magneten
108: Bildgebungszone
109: Region von Interesse
110: Magnetfeldgradientenspulen
112: Stromversorgung für Magnetfeldgradientenspulen
114: Hochfrequenzspule
116: Transceiver
118: Subjekt
119: Herz
120: Subjektträger
122: Herz
124: EKG-System
126: Computersystem
128: Hardwareschnittstelle
130: Prozessor
132: Benutzerschnittstelle
134: Computerspeicher
140: maschinenausführbare Anweisungen
142: Impulssequenzbefehle
144: EKG-Signal
146: Abschnitt der Magnetresonanzdaten
148: Inversionsverzögerung von 146
150: T1-Karte
200: Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit den Impulssequenzbefehlen
202: Empfangen eines EKG-Signals, das eine Herzphase des Subjekts beschreibt
204: Erkennen eines Beginns eines Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals
206: Erfassen eines Abschnitts der Magnetresonanzdaten einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls
208: Bestimmen einer Inversionsverzögerung für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten zu einem vorbestimmten Zeitpunkt eines der Magnetisierungsvorbereitungsimpulse und des EKG-Signals
300: konventionelles k-Raum-Abtastschema
302: SENSE-k-Raum-Abtastschema
304: Abtastschema der maximalen Wahrscheinlichkeit
306: Inversionsverzögerung
308: Position im k-Raum
310: entsprechende Inversionswiederherstellungskurve
312: Reihe im k-Raum konventionelle Abtastung
314: Reihe im k-Raum SENSE-Abtastung
500: vorbestimmte Inversionsverzögerungsspeicher
502: Inversionsverzögerung für Speicher

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 Nicht-Patentliteratur

Messroghli et. al., „Modified Look-Locker Inversion Recovery (MOLLI) for High Resolution T1 Mapping of the Heart“, Magnetic Resonance in Medicine 52:141-146 (2004) [0006]
Doneva et. al., „Compressed Sensing in Quantitative MRI“. MRI: Physics, Image Reconstruction, and Analysis. Hrsg. Angshul Majumdar und Rabab Kreidieh Ward. CRC Press, 2015. 51-71 [0009]

Claims

Magnetresonanz-Bildgebungssystem (100) zum Erfassen von Magnetresonanzdaten (146) von einem Subjekt (118) aus einer Region von Interesse (109) innerhalb einer Bildgebungszone (108), wobei das Magnetresonanz-Bildgebungssystem Folgendes umfasst: - einen Speicher (134) zum Speichern von maschinenausführbaren Anweisungen (140) und Impulssequenzbefehlen (142), wobei die Impulssequenzbefehle zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems konfiguriert sind, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, wodurch eine Magnetisierungsinversion innerhalb der Region von Interesse ausgelöst und ein T1-Entspannungsprozess eingeleitet wird, wobei die Impulssequenzbefehle zum Erfassen von Abschnitten der Magnetresonanzdaten als separate Einheiten während eines Ruhe- und Entspannungsintervalls einer Herzphase des Subjekts konfiguriert sind; - einen Prozessor (130) zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems, wobei die Ausführung der maschinenausführbaren Befehle bewirkt, dass der Prozessor Folgendes wiederholt durchführt: - Empfangen (202) eines EKG-Signals (124), das die Herzphase des Subjekts beschreibt; - Erkennen (204) eines Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals; - Erfassen (206) eines Abschnitts (146) der Magnetresonanzdaten einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durch Steuern (200) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit den Impulssequenzbefehlen, wobei der Abschnitt der Magnetresonanzdaten den k-Raum unterabtastet; - Bestimmen (208) einer Inversionsverzögerung (308, 502) für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs der Magnetisierungsvorbereitungsimpulse und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls; und - wobei die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen den Prozessor ferner veranlasst, eine T1-Karte (150) der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu berechnen, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach Anspruch 2, worin die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als ein Optimierungsproblem formuliert ist.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach Anspruch 2, worin das Optimierungsproblem die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell vergleicht, wobei das Datenmodell von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert abhängig ist.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach Anspruch 3, wobei das Datenmodell eine Annäherung einer räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb der Region von Interesse ist.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Datenmodell ferner von den Impulssequenzbefehlen abhängig ist.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei der Vergleich des Datenmodells mit den Magnetresonanzdaten für jede Inversionsverzögerung durchgeführt wird.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen den Prozessor ferner veranlasst, die Magnetresonanzdaten in vorbestimmte Inversionsverzögerungsspeicher (500) unter Verwendung der Inversionsverzögerung zu klassifizieren, wobei der Vergleich des Datenmodells mit den Magnetresonanzdaten für jeden der vorbestimmten Inversionsverzögerungsspeicher durchgeführt wird.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das Optimierungsproblem das Datenmodell mit den Magnetresonanzdaten im k-Raum vergleicht.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionswiederherstellung ein modifiziertes Look-Locker-Magnetresonanz-Bildgebungsprotokoll zur Inversionwiederherstellung ist.
Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Magnetresonanz-Bildgebungssystem ferner ein EKG-System zum Bereitstellen des EKG-Signals umfasst.
Computerprogrammprodukt, das maschinenausführbare Anweisungen (140) zur Ausführung durch einen Prozessor (130) umfasst, der ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem (100) steuert, das zum Erfassen von Magnetresonanzdaten von einem Subjekt (118) aus einer Region von Interesse (109) innerhalb einer Bildgebungszone (109) konfiguriert ist, wobei die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen bewirkt, dass der Prozessor Folgendes wiederholt durchführt: - Empfangen (202) eines EKG-Signals (144), das eine Herzphase des Subjekts beschreibt; - Erkennen (204) eines Beginns eines Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals; - Erfassen (206) eines Abschnitts (146) der Magnetresonanzdaten einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durch Steuern (200) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit Impulssequenzbefehlen, wobei die Impulssequenzbefehle zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems konfiguriert sind, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, die eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirken und einen T1-Entspannungsprozess einleiten, wobei die Impulssequenzbefehle konfiguriert sind, um den Abschnitt der Magnetresonanzdaten als eine separate Einheit während des Ruhe- und Entspannungsintervalls zu erfassen, wobei der Abschnitt der Magnetresonanzdaten den k-Raum unterabtastet; - Bestimmen (208) einer Inversionsverzögerung für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs der Magnetisierungsvorbereitungsimpulse und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls; und - wobei die Ausführung der maschinenausführbaren Anweisungen den Prozessor ferner veranlasst, eine T1-Karte der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit zu berechnen, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11, wobei die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als ein Optimierungsproblem formuliert ist, wobei das Optimierungsproblem die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell vergleicht, wobei das Datenmodell von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert abhängig ist, und wobei das Datenmodell eine Annäherung der räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb der Region von Interesse ist.
Verfahren zum Betreiben eines Magnetresonanz-Bildgebungssystems (100) zum Erfassen von Magnetresonanzdaten (146) von einem Subjekt (118) aus einer Region von Interesse (109) innerhalb einer Bildgebungszone (108), wobei das Verfahren Folgendes wiederholt umfasst: - Empfangen (202) eines EKG-Signals (144), das eine Herzphase des Subjekts beschreibt; - Erkennen (204) eines Beginns eines Ruhe- und Entspannungsintervalls der Herzphase unter Verwendung des EKG-Signals; - Erfassen (206) eines Abschnitts (146) der Magnetresonanzdaten einer vorbestimmten Verzögerung nach Beginn des Ruhe- und Entspannungsintervalls durch Steuern (200) des Magnetresonanz-Bildgebungssystems mit Impulssequenzbefehlen, wobei die Impulssequenzbefehle zum Steuern des Magnetresonanz-Bildgebungssystems konfiguriert sind, um Magnetisierungsvorbereitungsimpulse auszuführen, die eine Magnetisierungsinversion innerhalb einer Region von Interesse bewirken und einen T1-Entspannungsprozess einleiten, wobei die Impulssequenzbefehle konfiguriert sind, um den Abschnitt der Magnetresonanzdaten als eine separate Einheit während des Ruhe- und Entspannungsintervalls zu erfassen, wobei der Abschnitt der Magnetresonanzdaten den k-Raum unterabtastet; - Bestimmen (208) einer Inversionsverzögerung für den Abschnitt der Magnetresonanzdaten unter Verwendung eines zeitlichen Ablaufs der Magnetisierungsvorbereitungsimpulse und des Beginns des Ruhe- und Entspannungsintervalls; und - wobei das Verfahren ferner das Berechnen einer T 1-Karte der Region von Interesse unter Verwendung einer Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit umfasst, die die Magnetresonanzdaten und die Inversionsverzögerung für jeden Abschnitt der Magnetresonanzdaten verwendet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren ferner das Auswählen der Region von Interesse umfasst, um ein Herz (122) des Subjekts einzuschließen.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Rekonstruktion der maximalen Wahrscheinlichkeit als Optimierungsproblem formuliert ist, wobei das Optimierungsproblem die Magnetresonanzdaten mit einem Datenmodell vergleicht, wobei das Datenmodell von der T1-Karte und einem räumlich abhängigen Spindichtewert abhängig ist und wobei das Datenmodell eine Annäherung der räumlich abhängigen Längsmagnetisierung innerhalb der Region von Interesse ist.