DE112018006309T5 - Diffusions-mr-bildgebung mit fettunterdrückung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder, ein entsprechendes Verfahren und ein entsprechendes Computerprogramm zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts (10), wobei die Bestimmungsvorrichtung (100) für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst: eine Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) zum Bereitstellen eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts (10), eine Fettbild-Bestimmungseinheit (120) zum Bestimmen eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild, eine Bereitstellungseinheit (130) für diffusionsgewichtete Bilder zum Bereitstellen eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts, eine Bestimmungseinheit (140) für fettunterdrückte Bilder zum Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichtete MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes und des Fettbildes. Die Erfindung ermöglicht eine robuste Fettunterdrückung in der Diffusions-MRI mit verbessertem Kompromiss zwischen SNR und Abtastzeit.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Magnetresonanz- (MR-)Bildgebung. Sie behandelt eine Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder und ein entsprechendes Verfahren zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts. Die Erfindung betrifft außerdem ein MRI-System und ein Computerprogramm, das auf der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ausgeführt werden soll.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • MR-Bildgestaltungsverfahren, die die Wechselwirkung zwischen Magnetfeldern und Kernspins nutzen, um zweidimensionale oder dreidimensionale Bilder zu erzeugen, werden heutzutage verbreitet verwendet, insbesondere im Bereich der medizinischen Diagnostik, da sie für die Bildgebung von Weichgewebe gegenüber anderen Bildgebungsverfahren in vielerlei Hinsicht besser sind, keine ionisierende Strahlung benötigen und in der Regel nicht invasiv sind.
  • Diffusionsgewichtete MRI (DWI) wurde in der klinischen Praxis weithin eingeführt, um beispielsweise die Erkennung von Malignität für eine breite Vielfalt von Krebserkrankungen zu verbessern. Fettunterdrückung ist ein wesentlicher Bestandteil in DWI, da der pixelweise scheinbare Diffusionskoeffizient (ADC) ein Korrelat für die Pathologie, insbesondere die Einstufung von Krebs, ist. Relativ zu Wasser ist die Diffusionsfähigkeit von Fett äußerst gering, und jedes Restsignal wird die Bewertung des ADC der Berechnung oder berechneter DWI-Bilder (cDWI-Bilder) beeinträchtigen.
  • Ein Ansatz zur Fettunterdrückung in der Diffusions-MRI besteht darin, die chemische Verschiebung zwischen Fett und Wasser unter Verwendung spektral-selektiver Impulse, wie sie bei SPAIR (SPectral Attenuated Inversion Recovery) verwendet werden, oder durch Anwendung eines selektiven Inversionsrückgewinnungsimpulsschemas wie STIR (Short-TI Inversion Recovery) nach dem Stand der Technik zu nutzen. Diese Schemata werden möglicherweise durch invertierte Schichtauswahlgradienten für das 90°-180° Impulspaar erweitert, um Restfett aus dem spektralen Refokussierungsband zu verschieben.
  • Jedes dieser Verfahren wird von einem Verlust von Rauschabstand (SRV) begleitet, der von Natur aus bei DWI gering ist. Außerdem besteht das Fettsignal aus mehreren spektralen Peaks, vor allem bei 3,5 ppm und bei 1 ppm, wobei 1 ppm zu nahe an der Wasserlinie ist, um durch spektral-selektive Erregung unterdrückt zu werden.
  • Bei anderen bildgebenden Sequenzen abgesehen von Diffusionsbildgebung wurde algorithmische Trennung von Wasser- und Fettsignalen, wie der DIXON Algorithmus, als eine Alternative zu spektraler Fettunterdrückung entwickelt. Jedoch ist es schwierig, den Multiechozeit-DIXON-Algorithmus auf Diffusionsbildgebung anzuwenden, weshalb alternative Verfahren benötigt werden.
  • Burakiewicz et al. (DOI: 10.1002/mrm.25191, 2014) offenbaren das Potenzial von DIXON DWI mit mehreren echozeitverschobenen, durch Einzelaufnahmen-Echo-Planarbildgebung (EPI) erfassten Bildern. Dieses Verfahren geht auf Kosten einer längeren Echozeit, was dadurch zu einem weiter reduzierten SNR führt. Ferner zeigte die Veröffentlichung, dass ein Phasennavigator erforderlich ist, um sicherzustellen, dass die zwei oder drei Erfassungen zu unterschiedlichen Echozeiten auf die gleiche Phase bezogen werden können, da die Phase in DWI extrem empfindlich gegenüber Abweichungen von der Bewegungscodierung während der Diffusionsgradienten ist. Ferner werden die Einzelaufnahmen-Erfassungen durch mehrere Erfassungen bei jedem Wert des Diffusionsparameters (b-Wert) ersetzt, was die Abtastzeit um einen Faktor von bis zu 3 erhöht.
  • Larkman et al. (ISMRM 2005, 505) offenbaren die Anwendung von SENSitivity Encoding (SENSE) zur Erzeugung von wasser- und fett-aufgelösten Bildern basierend auf einem diffusionsgewichteten Einzelaufnahmen-EPI-Bild. Das Verfahren wird jedoch als zwar effektiv, jedoch nicht optimal beschrieben, da alle Pixel als zweifach degeneriert betrachtet werden, unabhängig von der Anwesenheit von Fett oder nicht. Somit wird eine Verschlechterung des SNR über das gesamte Bild aufgrund von g-Faktor-Effekten selbst bei niedrigen SENSE-Reduktionsfaktoren erlebt. Somit ist das Verfahren nicht mit hohen SENSE-Faktoren kompatibel, die in der Regel für geometrisch genaue EPI erforderlich sind.
  • Magnetic resonance in medicine, Band 79, Nr. 1, 5. März 2017, Seiten 152-159, offenbart eine verbesserte olefinische Fettunterdrückung in Skelettmuskel-DTI unter Verwendung eines magnitudenbasierten Dixon-Verfahrens.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es war daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder, ein entsprechendes Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder, ein MR-Bildgebungssystem und ein entsprechendes Computerprogramm bereitzustellen, um eine robuste Fettunterdrückung bei Diffusion-MRI mit verbessertem Kompromiss zwischen SNR und Abtastzeit zu ermöglichen.
  • In einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts bereitgestellt. Die Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst:
    • - eine Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit zum Bereitstellen eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts,
    • - eine Fettbild-Bestimmungseinheit zum Bestimmen eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz- MR - Bild,
    • - eine Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder zum Bereitstellen eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts,
    • - eine Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder zum Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes und des Fettbildes.
  • Da das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild auf Grundlage des Fettbildes bestimmt wird, das selbst auf Grundlage eines anderen Bildes, nämlich des Diffusionsreferenz-MR-Bildes, bestimmt wird, sind keine zusätzliche Fettbilderfassungen für das diffusionsgewichtete MR-Bild erforderlich. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder, das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild ohne verschlechtertes SNR zu bestimmen, selbst wenn beispielsweise hohe SENSE-Reduktionsfaktoren verwendet werden, die für geometrisch genaues EPI erforderlich sind.
  • Bei dem Fettbild kann es sich um im Bildraum bereitgestellte Daten handeln. Das Fettbild ist jedoch nicht auf Werte oder Daten im Bildraum beschränkt und kann zum Beispiel auch im k-Raum repräsentiert werden.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Trennung von Wasser und Fett unabhängig von der Diffusionscodierung ist und dass ferner die Fettsignale, d. h. das Fettbild, unabhängig von der Diffusionscodierung sind, da die Mobilität von Fett im Allgemeinen vernachlässigt werden kann. Somit können die Fettbeiträge von dem diffusionsgewichteten MR-Bild eliminiert werden, indem das Fettbild als auf dem Diffusionsreferenz-MR-Bild basierend bestimmt betrachtet wird.
  • Da keine zusätzlichen Fetterfassungen zum Bestimmen des diffusionsgewichteten MR-Bildes erforderlich sind, wird ferner die Abtastzeit nicht erhöht, um das diffusionsgewichtete MR-Bild zu erhalten.
  • Das Objekt ist vorzugsweise ein Lebewesen, d. h. eine Person oder ein Tier, oder ein Teil des Lebewesens, wie ein Organ wie die Leber, das Gehirn, das Herz, die Lunge, die Bauchspeicheldrüse, die Niere usw. Das Objekt kann auch ein technisches Objekt sein, in dem Diffusion auftritt.
  • Die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit kann ein Speicher sein, in dem die Diffusionsreferenzbilddaten gespeichert sind und aus dem die Diffusionsreferenzbild-MR-Bilddaten abgerufen werden können, um diese bereitzustellen. Die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit kann auch eine Empfangseinheit zum Empfangen der Diffusionsreferenzbilddaten und zum Bereitstellen der empfangenen Diffusionsreferenzbilddaten sein. Zum Beispiel kann die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit eingerichtet sein, um die Diffusionsreferenzbilddaten von einer MR-Datenerfassungsvorrichtung in einer rohen oder verarbeiteten Form, d. h. in der Form eines rekonstruierten MR-Bildes, zu empfangen. Die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit kann auch eine MR-Datenerfassungsvorrichtung eines MR-Bildgebungssystems sein.
  • Ebenso kann die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder ein Speicher sein, in dem die diffusionsgewichteten Bilddaten gespeichert sind und aus dem die diffusionsgewichteten Bilddaten abgerufen werden können, um diese bereitzustellen. Die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder kann auch eine Empfangseinheit zum Empfangen der diffusionsgewichteten Bilddaten und zum Bereitstellen der empfangenen diffusionsgewichteten Bilddaten sein. Zum Beispiel kann die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder eingerichtet sein, um die diffusionsgewichteten Bilddaten von einer MR-Datenerfassungsvorrichtung in einer rohen oder verarbeiteten Form, d. h. in der Form eines rekonstruierten MR-Bildes, zu empfangen. Die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder kann auch eine MR-Datenerfassungsvorrichtung eines MR-Bildgebungssystems sein.
  • Vorzugsweise stammt das Diffusionsreferenz-MR-Bild von einer MR-Bilderfassung ohne bzw. mit unerheblicher Diffusionsgewichtung. Mehr bevorzugt ist ein Diffusionsparameter, der die Stärke und Dauer der Diffusionsgradienten anzeigt, für das Diffusionsreferenz-MR-Bild signifikant niedriger als für das diffusionsgewichtete MR-Bild. Der Diffusionsparameter ist vorzugsweise der b-Wert, der beispielsweise beschrieben ist in Le Bihan et al. „MR imaging of intravoxel incoherent motions; application to diffusion and Perfusion in neurologic disorders.", Radiology. 161: 401-407 (1986).
  • Vorzugsweise umfasst das Diffusionsreferenz-MR-Bild rohe erfasste Daten, beispielsweise im k-Raum, teilweise rekonstruierte Bilddaten, z. B. ein Alias- oder Faltbild bei paralleler MRI, und/oder die vollständig rekonstruierten Bilddaten. Vorzugsweise ist der Erfassungszeitpunkt des Diffusionsreferenz-MR-Bildes identisch mit dem Zeitpunkt für die Erfassung des diffusionsgewichteten MR-Bildes, wobei der Diffusionscodierparameter b durch Anwenden von Null-Gradientenbereich für die Diffusionscodiergradienten auf Null gesetzt wird oder einen b-Wert nahe Null, d. h. einen relativ niedrigen b-Wert. Im Folgenden werden die Begriffe Diffusionsreferenz-MR-Bild und nicht diffusionsgewichtetes MR-Bild synonym verwendet, wobei ein nicht diffusionsgewichtetes MR-Bild MR-Bilder mit geringer oder unerheblicher Diffusionsgewichtung einschließt, wie vorstehend beispielhaft erläutert.
  • Im Gegensatz zu dem Diffusionsreferenz-MR-Bild stammt das diffusionsgewichtete MR-Bild von einer MR-Bilderfassung, bei dem der Diffusionsparameter b wesentlich größer als 0 ist, zum Beispiel 100 oder 1000 s/mm2, wobei diese b-Werte natürlich beispielhaft und nicht einschränkend sind. Außerdem kann das diffusionsgewichtete MR-Bild rohe erfasste Daten, beispielsweise im k-Raum, teilweise rekonstruierte Bilddaten, z. B. ein Alias- oder Faltbild bei paralleler MRI, und/oder die vollständig rekonstruierten Bilddaten umfassen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit so konfiguriert, dass sie das Diffusionsreferenz-MR-Bild bereitstellt, das mit einem Diffusionsparameter von höchstens 200 s/mm2, vorzugsweise höchstens 100 s/mm2 und am meisten bevorzugt höchstens 50 s/mm2 erfasst wurde. Der Diffusionsparameter, der diese Grenzen nicht überschreitet, hat den vorteilhaften Effekt, Strömungseffekte effizient zu unterdrücken.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder beträgt eine Differenz zwischen den b-Werten des Diffusionsreferenz-MR-Bildes und des erfassten diffusionsgewichteten MR-Bildes mindestens 100 s/mm2. Jedoch kann das erfindungsgemäße Konzept vorteilhaft auf deutlich größere Unterschiede in b-Werten angewendet werden, wie z. B. im Bereich von 500 s/mm2, 1000 s/mm2, 2000 s/mm2 oder mehr.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder zum Bereitstellen einer Vielzahl von diffusionsgewichteten MR-Bilder des Objekts mit jeweils unterschiedlichen Diffusionsparametern konfiguriert, wobei die Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder zum Bereitstellen einer Vielzahl von fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildern für jedes der Vielzahl von diffusionsgewichteten MR-Bildern unter Verwendung des Fettbildes konfiguriert ist.
  • Vorteilhafterweise ist nur ein Fettbild erforderlich, wobei dieses Fettbild zur Bestimmung mehrerer fettunterdrückter diffusionsgewichteter MR-Bilder mit unterschiedlichen Diffusionscodierfaktoren (b-Werten) verwendet wird. Dementsprechend kann die Erfassungszeit vorteilhafterweise reduziert werden, was zu einer kürzeren Abtastzeit führt. Selbst wenn das Diffusionsreferenzbild, das zum Bestimmen des Fettbildes verwendet wird, mit einer längeren Abtastzeit erfasst wird, ist die gesamte Abtastzeit verringert, da die Zunahme der Abtastzeit nur für das Diffusionsreferenz-MR-Bild gilt, während eine Vielzahl der Bilder, d. h. die diffusionsgewichteten MR-Bilder, ohne die erhöhte Abtastzeit erfasst werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder sind die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit und die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder konfiguriert, um jeweils die MR-Bilder unter Verwendung eines parallelen Bildgebungsverfahrens bereitzustellen.
  • Parallele Bildgebungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt und schließen die Konzepte mit mehreren Spulen ein, die jeweils eine unterschiedliche Empfindlichkeit auf unterschiedliche Bereiche des Bildraums aufweisen. Die Verwendung von mehreren Empfängerspulen hat die Erfassungszeiten signifikant verringert. Ein Überblick über parallele Magnetresonanz-Bildgebungstechniken findet sich beispielsweise in Larkman et al., „Parallel magnetic resonance imaging" Phys. Med. Biol. 52 (2007) R15-R55. Insbesondere bei Diffusions-MR-Bildgebung gewährleistet parallele Bildgebung, dass die Echozeit kurz genug ist, um wertvolle SNR-Signale zu ergeben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst das parallele Bildgebungsverfahren mindestens SENSE.
  • SENSE ist beispielsweise bekannt von Pruessmann et al. „SENSE: Sensitivity encoding for fast MRI." Magn. Reson. Med. 1999; 42:952-962, zusätzlich zu dem vorstehend zitierten Überblick über parallele MR-Bildgebung. Die beispielhaften parallelen Bildgebungstechniken dieser Ausführungsform werden primär im Bildraum nach Rekonstruktion von Daten von den einzelnen Spulen durchgeführt. Andere Ansätze, einschließlich GRAPPA/ARC-Verfahren, arbeiten primär vor der Bildrekonstruktion an k-Raumdaten und werden auch für den Einsatz in der Alternative in Betrachtung gezogen. Ferner ist klar, dass jede bekannte und ausführbare Modifikation an den vorstehend beschriebenen parallelen Bildgebungsverfahren ebenfalls in Betracht gezogen wird.
  • In der besonders bevorzugten Ausführungsform von SENSE zeigen beispielsweise die rekonstruierten Bilddaten der verschiedenen Spulen Aliasing, d. h. werden gefaltet und müssen entfaltet werden, bevor das endgültige Bild erhalten wird, was durch den SENSE-Algorithmus präzise durchgeführt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit konfiguriert, um eine gefaltete Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts bereitzustellen, wobei die Fettbild-Bestimmungseinheit konfiguriert ist, um ein entfaltetes Fettbild durch Abbau von Fett und Wasser aus der Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes zu bestimmen und eine gefaltete Darstellung der Fettsignale als das Fettbild zu bestimmen.
  • Vorzugsweise kann dann das Fettbild dann von der gefalteten Darstellung des diffusionsgewichteten MR-Bildes, d. h. des Bildes nach Transformation vom k-Raum, aber vor Rekonstruktion, subtrahiert werden. Der Abbau kann in bekannter Weise durchgeführt werden, basierend auf beispielsweise einer a priori bekannten chemischen verschiebungsbedingten Ersetzung zwischen Fett und Wasser. Wasser- und Fetttrennung in EPI ist beispielsweise bekannt von Larkman et al. Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 13 (2005) 505.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Fettbild-Bestimmungseinheit konfiguriert, um ein komplexwertiges Fettbild zu bestimmen, und die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit ist konfiguriert, um ein komplexwertiges Diffusionsreferenz-MR-Bild zu bereitzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder den fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bild komplexwertig bereitstellen. Insbesondere umfasst die Bereitstellung der MR-Bilder vorzugsweise eine komplexwertige EPI-Rekonstruktion.
  • Ferner bevorzugt werden sowohl die gefaltete oder SENSE-reduzierte Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes als auch das entfaltete Fettbild als komplexwertige Bilddaten bereitgestellt, die Phaseninformationen bereitstellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit konfiguriert, um das Diffusionsreferenz-MR-Bild unter Verwendung von mehreren Aufnahmen zum Abdecken des gesamten k-Raums bereitzustellen, wobei die mehreren Aufnahmen jeweils ähnliche k-Raumbahnen aufweisen, wobei die k-Raumbahnen der mehreren Aufnahmen eine jeweils verschiedene Verschiebung in Phasencodierrichtung aufweisen.
  • Im Gegensatz zu Einzelaufnahmen-Erfassung wird der k-Raum in dieser Ausführungsform unter Verwendung einer Vielzahl von Hochfrequenz-Erregungsimpulsen (HF-Erregungsimpulsen) durchquert. Die k-Raumbahnen der mehreren Aufnahmen des Diffusionsreferenzbildes entsprechen vorzugsweise den k-Raumbahnen, die von dem diffusionsgewichteten MR-Bild abgedeckt werden, um sicherzustellen, dass die geometrische Verformung in jeder Aufnahme die gleiche ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit konfiguriert, um eine Mehrfachaufnahmen-Erfassung für das Diffusionsreferenz-MR-Bild durchzuführen. Die Mehrfachaufnahmen-Erfassung ermöglicht eine bessere Konditionierung des Rekonstruktionsproblems und mindert somit mindestens teilweise die Notwendigkeit, das Aliasing aufgrund von Unterabtastung für die Rekonstruktion des Diffusionsreferenz-MR-Bildes mit seinen realen und imaginären Signalkomponenten aufzulösen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit somit so konfiguriert, dass sie eine Echo-Planar-Bildgebungs-Rekonstruktion (EPI-Rekonstruktion) zu komplexwertigen Bilddaten durchführt.
  • Diese komplexwertigen Diffusionsreferenz-MR-Bilddaten sind die Eingabe für eine SENSE-Rekonstruktion, um das diffusionsunterdrückte Wasserbild und das Fettbild abzuleiten. Dies mildert die Notwendigkeit für Mehrfach-Echo-Zeit-Erfassungen (TE-Erfassungen).
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Fettbild-Bestimmungseinheit konfiguriert, um das Fettbild unter Verwendung einer SENSE-Trennung von Wasser und Fett unter Verwendung von EPIrekonstruierten komplexwertigen Bilddaten zu bestimmen.
  • Die SENSE-Trennung von Wasser und Fett ist von Larkman et al., vorstehend zitiert, bekannt. Allerdings ist die SENSE-Trennung natürlich nur ein geeignetes Verfahren zur Wasser- und Fetttrennung, während andere nach dem Stand der Technik bekannte Trennalgorithmen stattdessen eingesetzt werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit konfiguriert, um das Diffusionsreferenzbild mit einem bestimmten SENSE-Reduktionsfaktor bereitzustellen.
  • In dieser Hinsicht sollte sichergestellt sein, dass geometrische Verzerrung für jede Aufnahme einer Mehrfachaufnahmen-Erfassung gleich ist. Im Wesentlichen kann diese Bedingung erfüllt werden, indem ein konstantes Verhältnis einer Differenz zwischen zwei benachbarten Linien im k-Raum zum Echoabstand, d. h. dem zeitlichen Abstand zwischen aufeinander folgende Echos, sichergestellt wird.
  • In einem bevorzugten Beispiel können das abgetastete Sichtfeld (FOV) und der SENSE-Reduktionsfaktor durch Multiplizieren mit Faktoren erhöht werden, bis der resultierende SENSE-Faktor eine ganze Zahl ist. Natürlich sind jedoch auch andere Optionen zur Erfüllung der konstanten geometrischen Verzerrungsanforderung machbar.
  • Um ein weiteres Beispiel bereitzustellen, kann die Diffusionsreferenz-MR-Bilderfassung konfiguriert sein, um eine Anzahl von Aufnahmen Ns gleich einem SENSE-Reduktionsfaktor R der diffusionsgewichteten MR-Bilderfassung oder entsprechend der nächsten ganzen Zahl größer als der Reduktionsfaktor R aufzuweisen, was ausgedrückt werden kann als Ns = ceil(R).
  • Da die Differenz oder das Delta zwischen Linien im k-Raum für eine SENSE-reduzierte Aufnahme und für die Mehrfachaufnahmen-Erfassung identisch sein muss, damit die Verzerrungen identisch gehalten werden, sind weniger k-Raumlinien pro Aufnahme benötigt, um dasselbe Sichtfeld abzudecken, falls die Anzahl der Aufnahmen aufgerundet worden ist, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Anzahl von phasencodierten k-Raumlinien für eine SENSE-codierte Aufnahme oder Erfassung kann definiert werden als Nk(SENSE)=N/R, d. h. ein Verhältnis einer Bildauflösung oder Anzahl der nicht reduzierten phasencodierten k-Raumlinien N zum Reduktionsfaktor R.
  • Die Bildauflösung N ist die gleiche für die Mehrfachaufnahmen-Erfassung mit Ns Aufnahmen, was zu einer Anzahl von k-Raumlinien pro Aufnahme Nk(pro Aufnahme)=N/Ns führt, die kleiner oder gleich der Anzahl von k-Raumlinien für die SENSE-reduzierte Aufnahme Nk(SENSE) ist. Somit können auch, indem EPI-Zugzeitpunkt identisch gehalten wird, nicht ganzzahlige Reduktionsfaktoren R für die MR-Bilderfassungen implementiert werden, indem die Anzahl der Aufnahmen in der Diffusionsreferenz-MR-Bilderfassung erhöht wird.
  • Es versteht sich, dass Anwenden von Wasser/Fett-Trennung bei der Rekonstruktion im Allgemeinen die Anzahl der Unbekannten verdoppelt, was, insbesondere bei einem SENSE-unterabgetasteten Bild, z. B. dem Diffusionsreferenz-MR-Bild, zu einem markanteren g-Faktor-Nachteil führt. Um diesen Nachteil zu mindern, wird vorzugsweise eine besser bestimmte Rekonstruktion sichergestellt. In einer Ausführungsform kann die Rekonstruktion zusätzlich durch Integrieren eines Regulierungsparameters konditioniert werden, der in der Lage ist anzuzeigen, wo sich das Fett und/oder Wasser befindet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Fettbild-Bestimmungseinheit konfiguriert, um mehrere Mittelwerte des Diffusionsreferenzbildes zu dem Fettbild hinzuzufügen.
  • In dieser Ausführungsform wird angenommen, dass das SENSE-Rekonstruktionsproblem ausreichend gut konditioniert ist, d. h. dass der g-Faktor niedrig genug ist. Die mehreren Mittelwerte, die in dem Bereich von 1 bis 5 oder mehr liegen können, reichen dann aus, um mit einem etwa 10 - 20 %igen Verlust des Rauschabstands (SRV) aufgrund eines erhöhten g-Faktor-Nachteils umzugehen. Vorteilhafterweise kann dieser Ansatz der Zugabe von einigen Mittelwerten eine angemessene Schätzung des Fettsignals, d. h. des Fettbildes, bereitstellen, während er einfach zu implementieren ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder konfiguriert, um das diffusionsgewichtete MR-Bild vor dem Entfalten bereitzustellen, wobei die Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder konfiguriert ist, um das gefaltete Fettbild von dem gefalteten diffusionsgewichteten MR-Bild abzuziehen und das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild zu bestimmen, indem das gefaltete diffusionsgewichtete MR-Bild, von dem das Fettbild abgezogen ist, entfaltet wird.
  • Da das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild in Form einer Nur-Wasser-Verarbeitung entfaltet wird, d. h. nachdem das Fettbild von dem gefalteten diffusionsgewichteten MR-Bild subtrahiert wurde, wird eine schlechte Konditionierung des Rekonstruktionsproblems verhindert. Zusätzlich entsteht keine Notwendigkeit für einen Phasennavigator oder dergleichen, da eine einzelne Erfassung bei jedem Wert des Diffusionsparameters b ausreichend ist und keine Notwendigkeit besteht, die Phase in der diffusionsgewichteten Bildgebung besonders zu betrachten, die extrem empfindlich gegenüber Abweichungen von der Bewegungscodierung während der Diffusionsgradienten ist.
  • In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetresonanzbildgebungs-System (MRI-System) zur Bildgebung eines Objekts bereitgestellt. Das MRI-System umfasst eine MR-Bildgebungsvorrichtung, die zur Erfassung eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes und eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts konfiguriert ist, und eine Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1.
  • Vorteilhafterweise ermöglicht das MRI-System gemäß diesem Gesichtspunkt die Bestimmung eines diffusionsgewichteten Bildes (DWI) mit den gleichen Vorteilen, wie sie unter Bezugnahme auf die vorstehende Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder beschrieben wurden. Gleichermaßen können alle bevorzugten Ausführungsformen der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder mit dem MRI-System nach diesem Gesichtspunkt kombiniert werden.
  • Vorzugsweise sind die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit und die Bereitstellungseinheit für diffusionsgewichtete Bilder der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder konfiguriert, um das Diffusionsreferenz-MR-Bild bzw. das diffusionsgewichtete MR-Bild bereitzustellen, die von der MR-Bildgebungsvorrichtung erfasst werden.
  • Vorzugsweise umfasst das MRI-System eine Verarbeitungseinheit, wie z. B. einen Hostcomputer, wobei eine, mehrere oder alle Einheiten der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder als Einheiten von Hard- und/oder Software realisiert sind, die in dem Hostcomputer enthalten sind. Zusätzlich oder alternativ können eine, mehrere oder alle Einheiten der Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder entfernt von der MR-Bildgebungsvorrichtung implementiert sein, wie beispielsweise an einem entfernten Server.
  • In einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts bereitgestellt. Das Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst:
    • - Bereitstellen eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts,
    • - Bestimmen eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild,
    • - Bereitstellen eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts,
    • - Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes und des Fettbildes.
  • In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Computerprogramm zum Steuern einer Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1 bereitgestellt. Das Computerprogramm umfasst Programmcodemittel, um zu veranlassen, dass die Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder das Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 14 ausführt, wenn das Computerprogramm auf der Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung ausgeführt wird.
  • Es versteht sich, dass die Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, das Magnetresonanz-Bildgebungssystem nach Anspruch 13, das Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 14 und das Computerprogramm nach Anspruch 15 ähnliche und/oder identische bevorzugte Ausführungsformen aufweisen, insbesondere wie in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Es versteht sich, dass eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch jede Kombination der abhängigen Ansprüche oder der vorstehenden Ausführungsformen mit dem jeweiligen unabhängigen Anspruch sein kann.
  • Diese und andere Aspekte der Erfindung werden aus den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ersichtlich und unter Bezugnahme auf diese erläutert.
  • Figurenliste
  • In den folgenden Zeichnungen:
    • zeigt 1 schematisch und beispielhaft ein MR-Bildgebungssystem, das die erfindungsgemäße Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst; und
    • zeigt 2 schematisch und beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Bestimmungsverfahrens für fettunterdrückte Diffusionsbilder.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß dem MR-Verfahren ist im Allgemeinen der Körper des zu untersuchenden Patienten in einem starken, gleichmäßigen Magnetfeld B0 angeordnet, dessen Richtung gleichzeitig eine Achse (normalerweise die z-Achse) des Koordinatensystems definiert, auf das die Messung bezogen ist. Das Magnetfeld B0 erzeugt unterschiedliche Energiestufen für die einzelnen Kernspins in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke, die durch Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfeldes (HF-Feld) mit definierter Frequenz (sogenannte Larmorfrequenz oder MR-Frequenz) angeregt werden kann (Spinresonanz).
  • Aus makroskopischer Sicht erzeugt die Verteilung der einzelnen Kernspins eine Gesamtmagnetisierung, die aus dem Gleichgewichtszustand abgelenkt werden kann, indem ein elektromagnetischer Impuls mit geeigneter Frequenz (HF-Impuls) angelegt wird, während sich das entsprechende Magnetfeld B1 dieses HF-Impulses senkrecht zur z-Achse erstreckt, sodass die Magnetisierung eine Kreiselbewegung um die z-Achse ausführt. Die Kreiselbewegung beschreibt eine Oberfläche eines Kegels, dessen Öffnungswinkel als Kippwinkel bezeichnet wird. Die Größe des Kippwinkels hängt von der Stärke und der Dauer des angelegten elektromagnetischen Impulses ab. Im Fall eines so genannten 90°-Impulses wird die Magnetisierung von der z-Achse zur transversalen Ebene (Klappwinkel 90°) abgelenkt. Die transversale Magnetisierung und ihre Variation können mittels HF-Empfangsspulen ermittelt werden, die im Untersuchungsvolumen der MR-Vorrichtung derart angeordnet und ausgerichtet sind, dass die Variation der Magnetisierung in der Richtung senkrecht zur z-Achse gemessen wird.
  • Um eine räumliche Auflösung im Körper zu realisieren, werden dem gleichmäßigen Magnetfeld B0 konstante Magnetfeld-Gradienten überlagert, die sich entlang den drei Hauptachsen erstrecken, was zu einer linearen räumlichen Abhängigkeit der Spinresonanzfrequenz führt. Das in den Empfangsspulen aufgenommene Signal enthält dann Komponenten unterschiedlicher Frequenzen, die mit verschiedenen Stellen im Körper verbunden werden können.
  • Die über die Empfangsspulen erhaltenen Signaldaten entsprechen den räumlichen Frequenzbereich und werden k-Raumdaten genannt. Die k-Raumdaten schließen in der Regel mehrere von unterschiedlicher Phasenkodierung erfasste k-Raumprofile (Linien im k-Raum) ein. Jedes k-Raumprofil wird digitalisiert, indem eine Anzahl von Abtastungen gesammelt wird. Ein Satz k-Raumdaten wird mittels Fourier-Transformation in ein MR-Bild umgewandelt.
  • Zur Sensibilisierung von MRI-Bildern gegenüber Diffusion wird, anstelle eines homogenen Magnetfeldes, die Homogenität linear durch einen gepulsten Feldgradienten variiert. Da die Kreiselbewegung proportional zur Magnetstärke ist, beginnen die Protonen mit unterschiedlichen Raten zu drehen, was zu Dispersion der Phase und Signalverlust führt. Ein anderer Gradientenimpuls wird nach einer gewissen Zeit in der gleichen Größenordnung, aber mit entgegengesetzter Richtung angelegt, um die Spins neu zu fokussieren oder zu rephasieren. Das Neufokussieren ist für Protonen, die sich während des Zeitintervalls zwischen den Impulsen bewegt haben, aufgrund der Variation der Größenordnung des Impulses zwischen der vorherigen und der gegenwärtigen Position des Protons nicht perfekt, und das von der MRI-Maschine gemessene Signal ist reduziert.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist ein MR-Bildgebungssystem 20 gezeigt, das eine MR-Bildgebungsvorrichtung 1 umfasst. Die Vorrichtung umfasst supraleitende oder resistive Hauptmagnetspulen 2 derart, dass ein im Wesentlichen einheitliches, zeitlich konstantes Magnetfeld B0 entlang einer z-Achse durch ein Untersuchungsvolumen erzeugt wird. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Satz Trimmspulen 2' (1., 2. und sofern anwendbar 3. Ordnung), wobei der Stromfluss durch die einzelnen Trimmspulen des Satzes 2' zum Zweck der Minimierung von B0-Abweichungen im Untersuchungsvolumen steuerbar ist.
  • Ein Magnetresonanz-Erzeugungs- und Manipulationssystem wendet eine Reihe von HF-Impulsen und geschalteten Magnetfeld-Gradienten an, um Kernmagnetspins zu invertieren oder anzuregen, Magnetresonanz zu induzieren, Magnetresonanz neu zu fokussieren, Magnetresonanz zu manipulieren, die Magnetresonanz räumlich und auf andere Weise zu codieren, Spins zu sättigen und dergleichen, um eine MR-Bildgebung auszuführen.
  • Genauer wendet ein Gradientenverstärker 3 Stromimpulse oder Wellenformen auf ausgewählte Ganzkörper-Gradientenspulen 4, 5 und 6 entlang x-, y- und z-Achsen des Untersuchungsvolumens an. Ein digitaler HF-Frequenzsender 7 sendet HF-Impulse oder -Impulspakete über einen Sende-/Empfangsschalter 8 zu einer Körper-HF-Spule 9, um die HF-Impulse auf das Untersuchungsvolumen zu übertragen. Eine typische MR-Bildgebungssequenz besteht aus einem Paket von HF-Impulssegmenten mit kurzer Dauer, die zusammen mit allen angelegten Magnetfeld-Gradienten eine ausgewählte Manipulation von Kernmagnetresonanzsignalen erzielen. Die HF-Impulse werden verwendet, um zu sättigen, Resonanz anzuregen, Magnetisierung zu invertieren, Resonanz neu zu fokussieren oder Resonanz zu manipulieren und einen Teil eines Körpers als ein Beispiels eines Objekts 10 auszuwählen, der im Untersuchungsvolumen positioniert ist. Die MR-Signale werden auch von der Körper-HF-Spule 9 aufgenommen.
  • Zur Erzeugung von MR-Bildern begrenzter Bereiche des Objekts 10 oder für Abtastbeschleunigung mittels paralleler Bildgebung wird ein Satz von lokalen Array-HF-Spulen 11, 12, 13 angrenzend an den zur Bildgebung ausgewählten Bereich platziert. Die Array-Spulen 11, 12, 13 können verwendet werden, um durch Körper-Spulen-HF-Übertragungen induzierte MR-Signale zu empfangen.
  • Die resultierenden MR-Signale werden durch die Körper-HF-Spule 9 und/oder durch die Array-HF-Spulen 11, 12, 13 aufgenommen und durch einen Empfänger 14 vorzugsweise einschließlich einem Vorverstärker (nicht dargestellt) demoduliert. Der Empfänger 14 ist mit den HF-Spulen 9, 11, 12 und 13 über Sende-/Empfangsschalter 8 verbunden.
  • Ein Host-Computer 15 steuert die Trimmspulen 2' sowie den Gradientenimpulsverstärker 3 und den Sender 7, um eine einer Vielzahl von MR-Sequenzen zu erzeugen, wie z. B. eine Echoplanar-Bildgebung (EPI), eine Echo-Volumen-Bildgebung, Gradienten- und Spin-Echo-Bildgebung, schnelle Spin-Echo-Bildgebung und dergleichen. Für die ausgewählte Sequenz empfängt der Empfänger 14 eine einzige oder eine Vielzahl von MR-Datenleitungen in schneller Folge nach jedem HF-Anregungsimpuls. Ein Datenerfassungssystem 16 führt eine Analog-Digital-Wandlung der empfangenen Signale durch und wandelt jede MR-Datenleitung in ein digitales Format um, das für die weitere Verarbeitung geeignet ist. Bei modernen MR-Geräten ist das Datenerfassungssystem 16 ein separater Computer, der auf die Erfassung von Rohbilddaten spezialisiert ist.
  • Letztlich werden die digitalen Rohbilddaten durch einen Rekonstruktionsprozessor 17 in eine Bilddarstellung rekonstruiert, der eine Fourier-Transformation oder andere geeignete Rekonstruktionsalgorithmen wie beispielsweise SENSE oder GRAPPA im Feld paralleler Bildgebung anwendet. Das MR-Bild kann eine planare Schicht durch den Patienten, eine Anordnung von parallelen planaren Schichten, ein dreidimensionales Volumen oder dergleichen darstellen. Das Bild wird dann in einem Bildspeicher gespeichert, wo es zugänglich ist, um Schichten, Projektionen oder andere Teile der Bilddarstellung in ein geeignetes Format zur Visualisierung umzuwandeln, beispielsweise über einen Videomonitor 18, der eine menschenlesbare Anzeige des resultierenden MR-Bildes bereitstellt.
  • In dem MR-Bildgebungssystem 20, das in 1 gezeigt ist, schließt das System ferner eine Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein. Die Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist konfiguriert, um ein diffusionsgewichtetes Magnetresonanzbild (DWI) des Objekts 10 zu bestimmen. Die Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder implementiert somit ein spezifisches Verfahren zum Rekonstruieren eines MR-Bildes, insbesondere eines DWI mit effizienter Fettunterdrückung.
  • Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionbilder ist in diesem Beispiel als in den Rekonstruktionprozessor 17 integriert und zur Kommunikation mit dem Datenerfassungssystem 16 und dem Hostcomputer 15 der MR-Bildgebungsvorrichtung 1 konfiguriert gezeigt. Jedoch kann, in anderen Beispielen, Bildbestimmungsvorrichtung 100 auch unabhängig von MR-Bildgebungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden und in der Form von, zum Beispiel, einer oder mehreren Recheneinheiten bereitgestellt werden.
  • Es ist zu beachten, dass die Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder, in diesem Beispiel, natürlich auf standardmäßige oder verfügbare Verarbeitungsverfahren nach dem Stand der Technik für MRI, wie vorstehend beispielhaft dargestellt, beruhen kann, die, zum Beispiel, in Rekonstruktionsprozessor 17, Datenerfassungssystem 16 und/oder Hostcomputer 15 implementiert sind, ohne dass besonders und explizit diese Verfahren mit Bezug auf die Bestimmungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder selbst beschrieben werden müssen.
  • Die Bestimungsvorrichtung 100 für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst eine Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit 110 zum Bereitstellen eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts 10, eine Fettbild-Bestimmungseinheit 120 zum Bestimmen eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild, eine Bereitstellungseinheit 130 für diffusionsgewichtete Bilder zum Bereitstellen eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts und eine Bestimmungseinheit 140 für fettunterdrückte Bilder zum Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes und des Fettbildes.
  • Die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit 110 ist konfiguriert, um ein Diffusionsreferenz-MR-Bild aus dem Speicher oder durch Erfassung von MR-Bildgebungsvorrichtung 1 bereitzustellen, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit 110 zum Steuern des Betriebs der relevanten Einheiten der MR-Bildgebungsvorrichtung 1 für diesen Zweck konfiguriert sein kann. Das Diffusionsreferenz-MR-Bild kann in einem Beispiel ein nicht diffusionsgewichtetes oder b=0-Bild sein, d. h. ein Bild, bei dem der Diffusionskoeffizient b gleich 0 ist. In anderen Beispielen kann das Diffusions-Referenz-MR-Bild auch einen geringen oder eher unbedeutenden Diffusionsparameter b aufweisen, beispielsweise nicht über 200 s/mm2.
  • Der b-Wert ist ein Faktor, der die Stärke und den Zeitpunkt der Gradienten widerspiegelt, die verwendet werden, um diffusionsgewichtete Bilder zu erzeugen. Je höher der b-Wert ist, desto stärker sind die Diffusionseffekte, wobei der Begriff „b-Wert“ weithin akzeptiert ist und von Stejskal et al., „Spin diffusion measurements: spin echoes in the presence of time-dependent field gradient", J Chem Phys 1965; 42(1):288-292, stammt, in dem das gepulste Gradientendiffusionsverfahren als ein Beispiel für DWI-Pulssequenzen beschrieben ist. Im Wesentlichen beruhen das Verfahren und im Wesentlichen alle aktuellen DWI-Impulsfolgen auf zwei starken Gradientenimpulsen, wobei der b-Wert von der Stärke, Dauer und dem Abstand dieser gepulsten Gradienten abhängt. Ein größerer b-Wert wird durch Erhöhen der Gradientenamplitude und -dauer und durch Erweitern des Intervalls zwischen Gradientenimpulsen erreicht. Ein Wert von b=0 wird als ein Bild ohne Diffusionsgewichtung darstellend betrachtet.
  • Die Bereitstellungseinheit 130 für diffusionsgewichtete Bilder stellt dann ein diffusionsgewichtetes MR-Bild des Objekts 10 bereit, wobei die dem bereitgestellten MR-Bild zugrunde liegende Erfassung trotz des sich unterscheidenden b-Werts, d. h. der Diffusionsgewichtung, vorzugsweise ähnlich der Erfassung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes ist. Die Bestimmungseinheit 140 für fettunterdrückte Bilder bestimmt dann das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes, d. h. das Bild, das durch die Bereitstellungseinheit 130 für diffusionsgewichtete Bilder bereitgestellt wird und des Fettbildes, d. h. das Fettbild, das von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild getrennt ist, bestimmt durch die Fettbild-Bestimmungseinheit 120, wie nachstehend genauer beschrieben.
  • Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass Fett ein sehr geringes Diffusionsvermögen aufweist und dass somit ein Fettbild, d. h. ein im Wesentlichen nur für Fett indikatives Bild, das von dem b=0 oder niedrigen b-Wert erhalten wurde, d. h. diffusionsunterdrückt, beim Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes, d. h. eines Bildes mit b>0, verwendet werden kann, wie nachfolgend detailliert wird.
  • Die Fettbild-Bestimmungseinheit 120 ist in diesen Beispielen konfiguriert, um Fett basierend auf dem bereitgestellten Diffusionsreferenz-MR-Bild des Objekts 10 von Wasser zu trennen. Mehrere Ansätze zur Trennung von Fett von Wasser sind auf dem Gebiet der MRI bekannt. In diesem Beispiel ist es bevorzugt, dass das Diffusionsreferenz-MR-Bild in Form eines über mehrere Aufnahmen erfassten EPI-Bildes vorliegt, wobei das Fettbild unter Verwendung einer Feldkarte zur Wasser/Fett-Kandidatenauswahl rekonstruiert wird. Der Bedarf nach Multi-TE-Erfassungen, insbesondere für die Erfassung von einem oder mehreren diffusionsgewichteten MR-Bildern, kann somit verringert werden.
  • Bevorzugt ist das Diffusionsreferenz-MR-Bild ein Mehrfachaufnahmen-EPI-Bild, wobei eine Kombination der Mehrfachaufnahmen zu komplexwertigen Bilddaten rekonstruiert wird.
  • Das EPI-Bild wird vorzugsweise unter Verwendung von mehreren Aufnahmen in Form einer (teilweisen) parallelen Bildgebung (PPI) erfasst, wobei das Fettbild dann ferner bevorzugt basierend auf der kombinierten Mehrfachaufnahmen-Erfassung ohne die Anwendung des Unterabtastungsrekonstruktion in der Ebene rekonstruiert wird, z. B. unter Verwendung von SENSE oder einem anderen verwendeten PPI-Modell.
  • Als eine Alternative zu der Rekonstruktion unter Verwendung der Feldkarte kann SENSE-Wasser- und Fettbild-Trennung nach Larkman et al. (ISMRM 2005, 505) bei der kombinierten Mehrfachaufnahmen-EPI-Erfassung eingesetzt werden.
  • Die mehreren Aufnahmen des Diffusionsreferenz-MR-Bildes decken vorzugsweise den gesamten k-Raum ab, wobei jede Aufnahme die gleiche k-Raumbahn, abgesehen von einer Verschiebung in Phasencodierrichtung, wie die aufweist, die für das diffusionsgewichtete MR-Bild, d. h. mit b>0, erfasst wurden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass geometrische Verformung in jeder Aufnahme die gleiche ist.
  • Ein SENSE-Reduktionsfaktor des bereitgestellten Diffusionsreferenz-MR-Bildes, ebenso wie die diffusionsgewichteten MR-Bilder, die im Folgenden beschrieben werden, kann eine ganze Zahl sein oder nicht. Im Falle eines nicht ganzzahligen SENSE-Faktors ist es bevorzugt, mit SENSE nach Larkmans vorstehend beschriebenen Verfahren zu rekonstruieren, wobei vorzugsweise mehrere Mittelwerte des Diffusionsreferenz-MR-Bildes hinzugefügt werden, um einen potenziellen g-Faktor-Nachteil im Fettbild zu reduzieren. Ein anderer bevorzugter Ansatz besteht darin, den FOV- und SENSE-Faktor um den gleichen Faktor zu erhöhen, bis der resultierende SENSE-Faktor eine ganze Zahl ist.
  • Zusammenfassend bestimmt die Fettbild-Bestimmungseinheit 120 das Fettbild aus dem Diffusionsreferenz-MR-Bild vorzugsweise durch Verwendung eines parallelen Bildgebungsansatzes, um Wasser- und Fettsignale auf der Basis der durch chemische Verschiebung induzierten Ersetzung zwischen Wasser und Fett zu entfalten, was a priori bekannt ist. Sowohl das Fettbild als auch das Diffusionsreferenz-MR-Bild werden vorzugsweise als komplexwertige Bilder bereitgestellt, um Phasensensibilität bereitzustellen.
  • Die Verarbeitung kann in einem Beispiel unter Verwendung einer generischen Formel zusammengefasst und ausgedrückt werden. P = ( W b = 0 F b = 0 ) = H _ _ b=0 ⋅ m _ _ b = 0
    Figure DE112018006309T5_0001
  • Zwei Bilder - Wasser (W) und Fett (F) - werden von einem gemessenen oder erfassten (gefalteten) Signal m _ _
    Figure DE112018006309T5_0002
    für die Erfassung b=0 und eine Kombinationsmatrix H bestimmt.
  • Als Nächstes wird m _ _
    Figure DE112018006309T5_0003
    für den gezielten b-Faktor b=B als das diffusionsgewichtete MR-Bild, m _ _ b = B ,
    Figure DE112018006309T5_0004
    bereitgestellt oder erfasst. Die Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder subtrahiert das gefaltete Fettsignal m _ _ b = B F = S F ⋅ F b = 0 ,
    Figure DE112018006309T5_0005
    um ein diffusionsgewichtetes Nur-Wasser- (gefaltetes) MR-Bild m _ _ b = B F
    Figure DE112018006309T5_0006
    zu erhalten. Die diffusionsgewichteten Nur-Wasser-MR-Daten, d. h. fettunterdrückten MR-Daten, können dann unter Verwendung von P W = H _ _ b = B ⋅ m _ _ b = B W
    Figure DE112018006309T5_0007
    entfaltet werden. Die Verwendung von Nur-Wasser-Signalverarbeitung verhindert schlechte Konditionierung des Rekonstruktionsproblems und verhindert ferner die Notwendigkeit einer Erweiterung der Erfassung mit Phasennavigatoren, wie zum Beispiel beim DIXON-Ansatz erforderlich, der besprochen ist in Burakiewicz et al. (DOI: 10.1002/mrm.25191, 2014).
  • 2 zeigt schematisch und beispielhaft ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Bestimmungsverfahrens 200 für fettunterdrückte Diffusionsbilder.
  • Das Bestimmungsverfahren 200 für fettunterdrückte Diffusionsbilder ist ein Verfahren zur Bestimmung eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts 10 und umfasst die folgenden Schritte.
  • In einem Schritt 210 wird ein Diffusionsreferenz-MR-Bild des Objekts 10 bestimmt. Das Diffusionsreferenz-MR-Bild des Objekts wird zum Beispiel durch Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit 110 bestimmt, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise ist das Diffusionsreferenz-MR-Bild ein Mehrfachaufnahmen-EPI-Bild, das zu komplexwertigen Bilddaten rekonstruiert wird.
  • In einem Schritt 220 wird ein Fettbild von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild bestimmt, das in Schritt 210 bereitgestellt wird. Das Fettbild wird zum Beispiel durch Fettbild-Bestimmungseinheit 120 bestimmt, wie oben beschrieben. Vorzugsweise wird das Diffusionsreferenz-MR-Bild mit einem bestimmten Reduktionsfaktor erhalten, und um daraus ein entfaltetes, komplexwertiges Fettbild zu bestimmen, wird SENSE-Entfaltung mit Wasser und Fett an verschiedenen Stellen in dem Vorwärtsmodell angewendet, wobei die „Wasser-Fett-Verschiebung“ von zeitlichen Parametern der EPI-Erfassung bekannt ist. Das so erzeugte entfaltete Fettbild wird dann mit dem angewandten Reduktionsfaktor vorwärts gefaltet, um das Fettbild zu bestimmen.
  • In einem Schritt 230 wird ein diffusionsgewichtetes MR-Bild des Objekts 10 bestimmt. Das diffusionsgewichtete MR-Bild wird zum Beispiel durch Bereitstellungseinheit 130 für diffusionsgewichtete Bilder bestimmt, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise unterscheidet sich die Erfassung des diffusionsgewichteten MR-Bildes von der Erfassung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes in der Diffusionscodierung oder Gewichtung und der Anzahl von Aufnahmen, und das diffusionsgewichtete MR-Bild wird als ein gefaltetes, komplexwertiges rekonstruiertes EPI-Bild bereitgestellt. In der Praxis werden mehrere diffusionsgewichtete MR-Bilder mit unterschiedlichen Diffusionsparametern b bereitgestellt.
  • Schließlich wird in einem Schritt 240 ein fettunterdrücktes diffusionsgewichtetes MR-Bild unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes, das in Schritt 230 bereitgestellt wird, und des Fettbildes, das in Schritt 220 bestimmt wird, bestimmt. Das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild wird zum Beispiel durch Bestimmungseinheit 140 für fettunterdrückte Bilder bestimmt, wie vorstehend beschrieben. Vorzugsweise wird das Fettbild von dem diffusionsgewichteten MR-Bild subtrahiert. Es kann vorteilhaft sein, einen Skalierungsparameter zu verwenden, der das Ergebnis der Subtraktion optimieren wird, indem kleine Signaländerungen in dem Fettsignal berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise könnte eine automatische Bestimmung durch Identifizieren eines Fettsignals vorgenommen werden, das in Bezug auf die Anatomie verschoben ist und nicht mit Anatomie überlappt. Basierend auf dem Ergebnis der Subtraktion wird, da das Fettbild aus dem diffusionsgewichteten MR-Bild entfernt wurde, das restliche diffusionscodierte Wassersignal unter Verwendung von SENSE rekonstruiert. Dies kann auch als Nur-Wasser-Entfaltung bezeichnet werden.
  • Die Erfindung ermöglicht es, ein fettunterdrücktes diffusionsgewichtetes MR-Bild mit minimaler Auswirkung auf g-Faktor-Verhalten und Abtastzeit im Vergleich zu einer Standard-Diffusionsabtastung zu erzielen.
  • Die Reihenfolge der Schritte ist nicht auf die in 2 gezeigte Reihenfolge beschränkt, und beispielsweise kann Schritt 230 vor Schritt 220 durchgeführt werden, d. h. das diffusionsgewichtete MR-Bild kann bereitgestellt werden, bevor das Fettbild basierend auf dem Diffusionsreferenzbild bestimmt wird.
  • Weitere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten, die die beanspruchte Erfindung umsetzen, durch ein 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.
  • Eine einzelne Einheit, Komponente oder Vorrichtung 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 darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht von Vorteil sein könnte.
  • 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.
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Claims (14)

  1. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts (10), wobei die Bestimmungsvorrichtung (100) für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst: - eine Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) zum Bereitstellen eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts (10) unter Verwendung eines parallelen Bildgebungsverfahrens, - eine Fettbild-Bestimmungseinheit (120) zum Bestimmen eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild, - eine Bereitstellungseinheit (130) für diffusionsgewichtete Bilder zum Bereitstellen eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts, - eine Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder (140) zum Bestimmen eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination aus dem diffusionsgewichteten MR-Bild und dem Fettbild, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) konfiguriert ist, um eine gefaltete Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts (10) bereitzustellen, wobei die Fettbild-Bestimmungseinheit (120) konfiguriert ist, um ein entfaltetes Fettbild durch Abbau von Fett und Wasser aus der Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes zu bestimmen und eine gefaltete Darstellung der abgebauten Fettkomponenten als das Fettbild zu bestimmen.
  2. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) so konfiguriert ist, dass sie das Diffusionsreferenz-MR-Bild bereitstellt, das mit einem Diffusionsparameter von höchstens 200 s/mm2, vorzugsweise höchstens 100 s/mm2 und am meisten bevorzugt höchstens 50 s/mm2 erfasst wurde.
  3. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Bereitstellungseinheit (130) für diffusionsgewichtete Bilder konfiguriert ist, um eine Vielzahl von diffusionsgewichteten MR-Bildern des Objekts mit jeweils unterschiedlichen Diffusionsparametern bereitzustellen, wobei die Bestimmungseinheit (140) für fettunterdrückte Bilder zum Bereitstellen einer Vielzahl von fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildern für jedes der Vielzahl von diffusionsgewichteten MR-Bildern unter Verwendung des Fettbildes konfiguriert ist.
  4. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Bereitstellungseinheit (130) für diffusionsgewichtete Bilder konfiguriert ist, um die MR-Bilder unter Verwendung eines parallelen Bildgebungsverfahrens bereitzustellen.
  5. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 4, wobei das parallele Bildgebungsverfahren SENSE umfasst.
  6. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Fettbild-Bestimmungseinheit (120) konfiguriert ist, um ein komplexwertiges Fettbild zu bestimmen, und wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) konfiguriert ist, um ein komplexwertiges Diffusionsreferenz-MR-Bild bereitzustellen.
  7. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) konfiguriert ist, um das Diffusionsreferenz-MR-Bild unter Verwendung von mehreren Aufnahmen zum Abdecken des gesamten k-Raums bereitzustellen, wobei die mehreren Aufnahmen jeweils ähnliche k-Raumbahnen aufweisen, wobei die k-Raumbahnen der mehreren Aufnahmen eine jeweils verschiedene Verschiebung in Phasencodierrichtung aufweisen.
  8. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 7, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) konfiguriert ist, um eine Echo-Planar-Bildgebungsrekonstruktion zu komplexwertigen Bilddaten durchzuführen, wobei die Fettbild-Bestimmungseinheit (120) konfiguriert ist, um das Fettbild unter Verwendung einer SENSE-Trennung von Wasser und Fett unter Verwendung von mit Echo-Planar-Bildgebung rekonstruierten komplexwertigen Bilddaten zu bestimmen.
  9. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 8, wobei die Diffusionsreferenzbild-Bereitstellungseinheit (110) konfiguriert ist, um das Diffusionsreferenzbild mit einem besonderen SENSE-Reduktionsfaktor bereitzustellen.
  10. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 9, wobei die Fettbild-Bestimmungseinheit (120) konfiguriert ist, um mehrere Mittelwerte des Diffusionsreferenzbildes zu dem Fettbild hinzuzufügen.
  11. Bestimmungsvorrichtung für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 1, wobei die Bereitstellungseinheit (130) für diffusionsgewichtete Bilder konfiguriert ist, um das diffusionsgewichtete MR-Bild vor dem Entfalten bereitzustellen, wobei die Bestimmungseinheit für fettunterdrückte Bilder konfiguriert ist, um das Fettbild von dem entfalteten diffusionsgewichteten MR-Bild zu subtrahieren und das fettunterdrückte diffusionsgewichtete MR-Bild zu bestimmen, indem das entfaltete diffusionsgewichtete MR-Bild, von dem das Fettbild subtrahiert wird, entfaltet wird.
  12. Magnetresonanz-Bildgebungssystem zur Abbildung eines Objekts, wobei das Magnetresonanz-Bildgebungssystem (20) einen Magnetresonanzscanner (1), der konfiguriert ist, um ein Diffusionsreferenz-MR-Bild und ein diffusionsgewichtetes MR-Bild des Objekts zu erfassen, und eine fettunterdrückte Diffusionsbild-Bestimmungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1-11 umfasst.
  13. Bestimmungsverfahren für fettunterdrückte Diffusionsbilder zum Bestimmen eines diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildes (DWI) eines Objekts (10), wobei das Bestimmungsverfahren (200) für fettunterdrückte Diffusionsbilder umfasst: - Bereitstellen (210) eines Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts unter Verwendung eines parallelen Bildgebungsverfahrens und einer gefalteten Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes des Objekts, - Bestimmen (220) eines Fettbildes von dem Diffusionsreferenz-MR-Bild und eines entfalteten Fettbildes durch Abbau von Fett und Wasser aus der Darstellung des Diffusionsreferenz-MR-Bildes und Bestimmen einer gefalteten Darstellung der abgebauten Fettkomponenten als das Fettbild, - Bereitstellen (230) eines diffusionsgewichteten MR-Bildes des Objekts (10), - Bestimmen (240) eines fettunterdrückten diffusionsgewichteten MR-Bildes unter Verwendung einer Kombination des diffusionsgewichteten MR-Bildes und des Fettbildes.
  14. Computerprogramm zum Steuern einer Bestimmungsvorrichtung (100) für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Computerprogramm Programmcodemittel umfasst, um zu veranlassen, dass die Bestimmungsvorrichtung (100) für fettunterdrückte Diffusionsbilder das Bestimmungsverfahren (200) für fettunterdrückte Diffusionsbilder nach Anspruch 13 ausführt, wenn das Computerprogramm auf der Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (100) ausgeführt wird.
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