DE112019000571T5 - MR-Bildgebung mithilfe einer Stack-Of-Stars-Erfassung mit intrinsischer Bewegungskorrektur - Google Patents

MR-Bildgebung mithilfe einer Stack-Of-Stars-Erfassung mit intrinsischer Bewegungskorrektur Download PDF

Info

Publication number
DE112019000571T5
DE112019000571T5 DE112019000571.5T DE112019000571T DE112019000571T5 DE 112019000571 T5 DE112019000571 T5 DE 112019000571T5 DE 112019000571 T DE112019000571 T DE 112019000571T DE 112019000571 T5 DE112019000571 T5 DE 112019000571T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
space
stack
intermediate images
image
images
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112019000571.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Marianne Beck Gabriele
Jan Hendrik Wuelbern
Suthambhara Nagaraj
Akshay Bakhru
Sven Kabus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninklijke Philips NV filed Critical Koninklijke Philips NV
Publication of DE112019000571T5 publication Critical patent/DE112019000571T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/567—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution gated by physiological signals, i.e. synchronization of acquired MR data with periodical motion of an object of interest, e.g. monitoring or triggering system for cardiac or respiratory gating
    • G01R33/5676—Gating or triggering based on an MR signal, e.g. involving one or more navigator echoes for motion monitoring and correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/4818—MR characterised by data acquisition along a specific k-space trajectory or by the temporal order of k-space coverage, e.g. centric or segmented coverage of k-space
    • G01R33/4824—MR characterised by data acquisition along a specific k-space trajectory or by the temporal order of k-space coverage, e.g. centric or segmented coverage of k-space using a non-Cartesian trajectory
    • G01R33/4826—MR characterised by data acquisition along a specific k-space trajectory or by the temporal order of k-space coverage, e.g. centric or segmented coverage of k-space using a non-Cartesian trajectory in three dimensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/543—Control of the operation of the MR system, e.g. setting of acquisition parameters prior to or during MR data acquisition, dynamic shimming, use of one or more scout images for scan plane prescription
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
    • G01R33/5615—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE]
    • G01R33/5616—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE] using gradient refocusing, e.g. EPI
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
    • G01R33/5615—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE]
    • G01R33/5617—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE] using RF refocusing, e.g. RARE
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
    • G01R33/5615—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE]
    • G01R33/5618—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE] using both RF and gradient refocusing, e.g. GRASE
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
    • G01R33/5619—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences by temporal sharing of data, e.g. keyhole, block regional interpolation scheme for k-Space [BRISK]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/563—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution of moving material, e.g. flow contrast angiography
    • G01R33/56308—Characterization of motion or flow; Dynamic imaging
    • G01R33/56325—Cine imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/565—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities
    • G01R33/56509—Correction of image distortions, e.g. due to magnetic field inhomogeneities due to motion, displacement or flow, e.g. gradient moment nulling
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/54—Signal processing systems, e.g. using pulse sequences ; Generation or control of pulse sequences; Operator console
    • G01R33/56—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution
    • G01R33/561—Image enhancement or correction, e.g. subtraction or averaging techniques, e.g. improvement of signal-to-noise ratio and resolution by reduction of the scanning time, i.e. fast acquiring systems, e.g. using echo-planar pulse sequences
    • G01R33/5615—Echo train techniques involving acquiring plural, differently encoded, echo signals after one RF excitation, e.g. using gradient refocusing in echo planar imaging [EPI], RF refocusing in rapid acquisition with relaxation enhancement [RARE] or using both RF and gradient refocusing in gradient and spin echo imaging [GRASE]

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur MR-Bildgebung eines Objekts (10). Es ist ein Gegenstand der Erfindung, MR-Bildgebung mittels des Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Erfassungsschemas zu ermöglichen, das bei Vorhandensein von Bewegung eine verbesserte Bildqualität liefert. Das Verfahren der Erfindung umfasst die Schritte:- Erzeugen von MR-Signalen, indem das Objekt einer Bildgebungssequenz ausgesetzt wird, die HF-Impulse und geschaltete Magnetfeldgradienten umfasst;- Erfassen von Signaldaten gemäß einem Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Schema, wobei die MR-Signale als radiale oder spiralförmige k-Raumprofile aus einer Anzahl paralleler Scheiben erfasst werden, die an benachbarten Positionen entlang einer Scheibenrichtung angeordnet sind, wobei ein zentraler Abschnitt (20) des k-Raums während der Erfassung dichter abgetastet wird als periphere Abschnitte (21) des k-Raums;- Rekonstruieren eines MR-Zwischenbildes (22-25) aus unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen;- Ableiten bewegungsinduzierter Verschiebungen und/oder Verformungen durch Registrieren der MR-Zwischenbilder (22-25) miteinander und- Kombinieren der unterabgetasteten Signaldaten und Rekonstruieren eines endgültigen MR-Bildes daraus, wobei eine Bewegungskorrektur gemäß den abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Verformungen angewendet wird. Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf eine MR-Vorrichtung (1) und ein Computerprogramm für eine MR-Vorrichtung (1).

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Magnetresonanz- (MR-)Bildgebung. Sie betrifft ein Verfahren zur MR-Bildgebung eines Objekts, das in dem Untersuchungsvolumen einer MR-Vorrichtung platziert ist. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine MR-Vorrichtung und ein Computerprogramm, das auf einer MR-Vorrichtung 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 weithin 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.
  • 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 (so genannte Larmorfrequenz oder MR-Frequenz) angeregt werden kann (Spinresonanz). Aus makroskopischer Sicht erzeugt die Verteilung der einzelnen Kernspins eine gesamte Magnetisierung, 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. Bei einem so genannten 90°-Impuls wird die Magnetisierung von der z-Achse in die Querebene (Kippwinkel 90°) abgelenkt.
  • Nach Beendigung des HF-Impulses relaxiert die Magnetisierung wieder in den ursprünglichen Gleichgewichtszustand zurück, in dem die Magnetisierung in der z-Richtung mit einer ersten Zeitkonstante T1 (Spin-Gitter- oder longitudinalen Relaxationszeit) erneut aufgebaut wird, und die Magnetisierung in der Richtung senkrecht zur z-Richtung relaxiert mit einer zweiten und kürzeren Zeitkonstante T2 (Spin-Spin- oder transversale Relaxationszeit). 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. Der Abbau der transversalen Magnetisierung geht mit einer Dephasierung einher, die nach einer durch lokale Magnetfeld-Inhomogenitäten verursachten HF-Anregung auftritt, die einen Übergang von einem geordneten Zustand mit derselben Signalphase zu einem Zustand ermöglicht, in dem alle Phasenwinkeln gleichmäßig verteilt sind. Die Dephasierung kann mittels eines refokussierenden HF-Impulses (z. B. eines 180°-Impulses) kompensiert werden. Dadurch entsteht in den Empfangsspulen ein Echosignal (Spinecho).
  • Um eine räumliche Auflösung im Körper zu realisieren, werden dem einheitlichen Magnetfeld B0 zeitveränderliche Magnetfeld-Gradienten überlagert, die sich entlang der 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 dem räumlichen Frequenzbereich und werden k-Raumdaten genannt. Die k-Raumdaten schließen in der Regel mehrere von unterschiedlicher Phasenkodierung erfasste Linien ein. Jede Linie wird digitalisiert, indem eine Anzahl von Abtastungen gesammelt wird. Ein Satz k-Raumdaten wird mittels Fourier-Transformation in ein MR-Bild umgewandelt.
  • Beim bekannten so genannten dreidimensionalen (3D) Stack-of-Stars-Erfassungsschema (siehe z. B. WO 2013/159044 A1 ) wird eine Anzahl von räumlich nicht-selektiven oder schichtselektiven HF-Anregungen angewendet, denen jeweils die Erfassung eines oder mehrerer MR-Signale (z. B. Gradienten-Echosignale) folgt, wobei jedes MR-Signal ein k-Raumprofil darstellt. Die MR-Signale werden als radiale k-Raumprofile aus einer Anzahl von parallelen Schichten erfasst. Die Schichten sind an verschiedenen Positionen entlang einer Schichtrichtung im k-Raum angeordnet. In der Schichtrichtung (z. B. der kz-Richtung) wird eine standardmäßige kartesische Phasenkodierung durchgeführt, während die MR-Signale innerhalb jeder einzelnen Schicht entlang radialer „Speichen“, die um das Zentrum (kx=ky=0) gedreht sind, erfasst werden. Daraus ergibt sich eine zylindrische k-Raumabdeckung, die aus gestapelten Scheiben („Stack-of-Stars“) besteht. Technisch wird dies durch die gleichzeitige Erzeugung von Magnetfeldgradienten in den In-Ebenen-Richtungen der Schichten und die Modulation ihrer Amplituden realisiert. Für die Auswahl der zeitlichen Reihenfolge der k-Raumprofil-Erfassungsschritte können verschiedene Schemata verwendet werden. Zum Beispiel können alle Phasenkodierungsschritte entlang der Schichtrichtung sequentiell erfasst werden, bevor k-Raumprofile in verschiedenen Winkelpositionen (Drehwinkel) erfasst werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zeiträume der kartesischen Abtastung kurz gehalten werden, was zu einer hohen Datenkonsistenz innerhalb des Stapels von Schichten führt und die allgemeine Bewegungsrobustheit der radialen Abtastung für den Stack-of-Stars-Ansatz bewahrt. Die kartesischen Phasenkodierungsschritte können von der zentralen Scheibe bis zur k-Raumperipherie (zentrisch nach außen) oder in linearer Reihenfolge von -kz,max bis +kz,max durchgeführt werden. Für die Winkelordnung kann die Bildsequenz entweder äquidistante Winkelabtastung mit mehreren Verschachtelungen oder das so genannte goldene Winkelschema verwenden. Beim äquidistanten Schema wird der Winkelabstand, d. h. die Erhöhung des Drehwinkels der radialen k-Raumprofile nach ΔΦ = 180° / ntotal berechnet, wobei ntotal die Gesamtzahl der Speichen ist. Es kann vorteilhaft sein, die Speichen mit mehreren Verschachtelungen (oder „Drehungen“) zu erfassen, da die Verschachtelung die zeitlichen Kohärenzen im k-Raum reduziert. Dadurch werden Bewegungsinkonsistenzen im k-Raum verteilt und Artefakte werden abgeschwächt. Im goldenen Winkelschema wird der Drehwinkel der k-Raumprofile jedes Mal um ΔΦ = 111,25° erhöht, was 180° multipliziert mit dem goldenen Verhältnis entspricht. Daher fügen anschließend abgetastete Speichen immer komplementäre Informationen hinzu, während sie die größten Lücken innerhalb des zuvor abgetasteten Satzes von Speichen ausfüllen. Infolgedessen deckt jeder sequenzielle Satz von erfassten Speichen den k-Raum annähernd gleichmäßig ab, was z. B. die Rekonstruktion von zeitlichen Unterrahmen ermöglicht und das goldene Winkelschema für dynamische (4D-) Bildgebungsstudien gut geeignet macht.
  • In ähnlicher Weise folgt beim ebenfalls bekannten Stack-of-Spirals-Erfassungsschema auf jede nicht-selektive oder schichtselektive HF-Anregung die Erfassung eines oder mehrerer MR-Signale, die spiralförmige k-Raumprofile darstellen. Wie bei dem Stack-of-Stars-Verfahren werden die Schichten auch an verschiedenen Positionen entlang einer Schichtrichtung im k-Raum angeordnet, wobei die standardmäßige kartesische Phasenkodierung in der Schichtrichtung durchgeführt wird, während die MR-Signale innerhalb jeder einzelnen Schicht entlang spiralförmiger Bahnen erfasst werden, die ihren Ursprung im k-Raumzentrum (kx=ky=0) haben.
  • Die vorstehend beschriebenen radialen 3D-Stack-of-Stars- und Stack-of-Spirals-Schemata bieten mehrere viel versprechende Vorteile für klinische 3D- und 4D-MR-Bildgebung wie hohe Bewegungsrobustheit und gutartige Aliasing-Artefakte.
  • Trotz ihrer Bewegungsrobustheit können die erfassten MR-Bilder jedoch immer noch durch Bewegung beeinträchtigt werden, solange keine zusätzlichen Maßnahmen zur Bewegungskompensation angewendet werden.
  • Bewegungskompensationsansätze für Stack-of-Stars-Bildgebung sind im Stand der Technik bekannt.
  • Es wurde vorgeschlagen, ein zentrales k-Raumprofil als intrinsischen Navigator für die Erkennung von Bewegungs- oder Atmungszuständen zu verwenden (siehe z. B. Grimm, R., et al. „Self-gating reconstructions of motion and perfusion for free-breathing T1-weighted DCEMRI of the thorax using 3D stack-of-stars GRE imaging". Proceedings of the 20th scientific meeting, International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 2012).
  • Der Nachteil solcher Ansätze besteht jedoch darin, dass sie die Bewegung in radialer Richtung unterschätzen, da diese Richtung nicht richtig kodiert ist. Daher wird die Bildqualität in der Praxis durch Unschärfen bei solchen intrinsischen Bewegungskompensationslösungen beeinträchtigt, insbesondere bei Patienten, die in radialer Richtung atmen (so genannte AP-Atmer).
  • Darüber hinaus wurden Gating-Techniken entwickelt, die nur MR-Signaldaten akzeptieren, die innerhalb eines bestimmten vordefinierten respiratorischen Gating-Fensters erfasst wurden. Zur Bewältigung potenzieller Driftprobleme wurde ein Multi-Gating-Fenster-Ansatz (als PAWS bezeichnet, siehe US 7,039,451 B1 ) vorgeschlagen, der statt eines vordefinierten Gating-Fensters eine Anzahl einzelner Bewegungszustände (Bins) verwendet. Jeder der Bewegungszustände entspricht einem aus einer Vielzahl von angrenzenden Bereichen bewegungsinduzierter Verschiebungen des zu untersuchenden Körpers. Das endgültige MR-Bild in PAWS wird aus den MR-Signaldaten rekonstruiert, denen der Bewegungszustand zugeordnet wird, für den zuerst ein vollständiger Satz von MR-Signalproben erfasst wird.
  • Ferner offenbart die US-Patentanmeldung US2015/0285889 die Abtastung von k- als einen Stapel von Spiralen, wobei einzelne Spiralen dichtere Abtastungen jedes Stapels. Tatsächlich hat der bekannte Stapel von Spiralen ein zylindrisches Volumen entlang der kz-Achse, das dichter abgetastet wird. Die Bewegungskorrektur erfolgt mit Hilfe einer BLOSM-Technik
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aus dem Vorstehenden lässt sich unschwer erkennen, dass ein Bedarf für eine verbesserte Bewegungskompensation in der 3D- oder 4D-Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Bildgebung besteht. Folglich ist es ein Gegenstand der Erfindung, MR-Bildgebung mittels des Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Erfassungsschemas zu ermöglichen, die bei Vorhandensein von Bewegung eine verbesserte Bildqualität liefert.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der MR-Bildgebung eines Objekts, das in dem Untersuchungsvolumen einer MR-Vorrichtung platziert ist, offenbart. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • - Erzeugen von MR-Signalen, indem das Objekt einer Bildgebungssequenz ausgesetzt wird, die HF-Impulse und geschaltete Magnetfeldgradienten umfasst;
    • - Erfassen von Signaldaten gemäß einem Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Schema, wobei die MR-Signale als radiale oder spiralförmige k-Raumprofile aus einer Anzahl paralleler Scheiben erfasst werden, die an benachbarten Positionen entlang einer Scheibenrichtung angeordnet sind, wobei ein zentraler Abschnitt des k-Raums während der Erfassung dichter abgetastet wird als periphere Abschnitte des k-Raums;
    • - Rekonstruieren eines MR-Zwischenbildes aus unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen;
    • - Ableiten bewegungsinduzierter Verschiebungen und/oder Verformungen durch Registrieren der MR-Zwischenbilder miteinander und
    • - Kombinieren der unterabgetasteten Signaldaten und Rekonstruieren eines endgültigen MR-Bildes daraus, wobei eine Bewegungskorrektur gemäß den abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Verformungen angewendet wird.
  • Gemäß der Erfindung wird eine dreidimensionale Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Erfassung durchgeführt, wobei ein zentrales dreidimensionales Volumen des k-Raums (z. B. ein sphärisches oder ellipsoidisches Volumen) während der Erfassung häufiger aktualisiert wird als periphere k-Raumabschnitte. Der zentrale Abschnitt des k-Raums wird im Vergleich zu den peripheren Abschnitten vorzugsweise zeitlich näher abgetastet. MR-Zwischenbilder werden aus (teilweise) unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen rekonstruiert. Die erhaltenen MR-Zwischenbilder werden dann miteinander registriert. Dies bedeutet z. B., dass eines der MR-Zwischenbilder als Referenz ausgewählt wird, wobei jedes der anderen MR-Zwischenbilder mit dem Referenzbild (paarweise) registriert wird. Es sind aber auch Lösungen ohne die dedizierte Notwendigkeit eines Referenzbildes (gruppenweiser Ansatz) möglich. An sich bekannte (elastische) Bildregistrierungstechniken können für diesen Zweck verwendet werden. Die Bildregistrierung bestimmt eine Transformation, die die verschiedenen Bilder in ein gemeinsames Koordinatensystem transformiert. Aus den durch die Registrierungen der Zwischenbilder bestimmten Transformationen werden gemäß der Erfindung bewegungsinduzierte Verschiebungen und/oder Verformungen abgeleitet. Ein endgültiges hochauflösendes MR-Bild wird gemäß der Erfindung aus dem vollständigen Satz von k-Raumdaten, d. h. den über die Folge von Zeitintervallen gewonnenen k-Raumdaten, rekonstruiert, wobei entsprechend den abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Deformationen eine Bewegungskorrektur angewendet wird. Zu diesem Zweck wird eine Korrektur, die die abgeleiteten Verschiebungen und/oder Verformungen kompensiert, auf die unterabgetasteten k-Raumdaten angewendet, die während des Zeitintervalls erfasst wurden, dem die jeweiligen Verschiebungen und/oder Verformungen zugeordnet sind. Die bewegungskompensierten unterabgetasteten k-Raumdaten werden dann kombiniert und zum endgültigen MR-Bild rekonstruiert, das aufgrund des erfindungsgemäßen Ansatzes im Wesentlichen frei von Bewegungsartefakten ist.
  • Insbesondere beinhaltet die vorliegende Erfindung Abtastung entlang eines radialen oder spiralförmigen Stack-of-Stars-Schemas eines ellipsoidischen oder sphärischen Volumens des k-Raums. Der dreidimensionale ellipsoidische oder sphärische zentrale Abschnitt des k-Raums wird dichter (z. B. vollständig nach dem Nyquist-Kriterium) abgetastet als die periphere (ellipsoidische oder sphärische) Außenschale des k-Raums. Dies führt zu einer effizienten Abtastung des k-Raums mit wenigen sich entfaltenden Artefakten in einer kurzen Erfassungszeit. Die Bewegungskorrektur erfolgt auf der Grundlage von Magnetresonanz-Zwischenbildern, die aus (teilweise) unterabgetasteten MR-Datensätzen für die jeweiligen Zeitintervalle rekonstruiert werden. Größere Strukturen in diesen Magnetresonanz-Zwischenbildern werden aufgrund der höheren Abtastdichte des dreidimensionalen k-Raummittelabschnitts originalgetreu rekonstruiert. Dementsprechend können geometrische Transformationen, die die Bewegung zwischen den Magnetresonanz-Zwischenbildern darstellen, durch elastische geometrische Transformationen der Magnetresonanz-Zwischenbilder in ein gemeinsames Koordinatensystem abgeleitet werden. Diese geometrisch-elastischen Transformationen werden auf die Magnetresonanz-Zwischenbilder angewendet, um Bewegung zu kompensieren und bewegungskorrigierte Magnetresonanz-Zwischenbilder zu erzeugen. Schließlich werden die bewegungskorrigierten Magnetresonanz-Zwischenbilder zu einem räumlich hochauflösenden Magnetresonanz-Endbild kombiniert. Daher verwendet die vorliegende Erfindung einen effizienten 3D-Abtastungsansatz für den k-Raum und nutzt eine redundante wiederholte Abtastung einer volumetrischen zentralen Region des k-Raums. Dies erweist sich als ausreichende Daten, um (i) Bewegungen aus den erfassten Daten zu extrahieren, und (ii) ausreichendes Abtasten der Peripherie des k-Raums, um eine hohe Auflösung des Magnetresonanz-Endbildes zu erreichen.
  • Die Erfindung bietet eine Lösung für den Gegenstand der Erfindung durch Bestimmen und Kompensieren von Bewegung in allen drei Dimensionen. Dies wird durch Abtasten des k-Raums in einer Weise mit variabler Dichte über die Zeit und durch Anwendung von (elastischer) Registrierung auf die zentralen k-Raumsignaldaten erreicht, um verschiedene Bewegungszustände, die über die gesamte Dauer der Abtastung auftreten, auszurichten.
  • Die Erfindung ermöglicht die intrinsische Erfassung und Kompensation von Bewegung in allen drei Raumrichtungen. Während die vorstehend erwähnten Binning-Verfahren (z. B. PAWS) die Verwendung auf sich wiederholende Bewegung (Atmung) und Bewegung in Fuß-Kopf-Richtung beschränken, ist der Ansatz der Erfindung allgemein auf alle Arten von Bewegung anwendbar, unabhängig von den räumlichen oder zeitlichen Eigenschaften.
  • Gemäß der Erfindung wird für jedes Zeitintervall ein MR-Zwischenbild aus den Signaldaten rekonstruiert, die aus den verschiedenen k-Raumabschnitten mit variabler Dichte im jeweiligen Zeitintervall gewonnen werden. Das MR-Zwischenbild wird somit im Allgemeinen aus (teilweise) unterabgetasteten Signaldaten rekonstruiert. MR-Zwischenbilder können unter Verwendung von komprimierter Abtastung oder eines parallelen Bildrekonstruktionsalgorithmus wie SENSE oder SMASH rekonstruiert werden. Die MR-Zwischenbilder werden dann entsprechend den abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Deformationen, die dem jeweiligen Zeitintervall zugeordnet sind, individuell korrigiert. Die derart korrigierten MR-Zwischenbilder können schließlich zum endgültigen MR-Bild kombiniert werden.
  • Gemäß der Erfindung können die bewegungskorrigierten MR-Zwischenbilder in den k-Raum zurücktransformiert und ein k-Raum-gewichteter Bildkontrastfilter (KWIC-Filter) (siehe Song et al., Magn. Reson. Med., 44, 825-832, 2000) und/oder komprimierte Abtastung können angewendet werden, um das endgültige MR-Bild mit der gewünschten Relaxationszeitgewichtung zu rekonstruieren.
  • Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Signaldaten bei der Rekonstruktion des endgültigen MR-Bildes entsprechend dem Ausmaß der abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Verformungen gewichtet. Die Gewichtung kann zum Beispiel aus einem Ähnlichkeitsmaß (z. B. Kreuzkorrelation) der bewegungskorrigierten MR-Zwischenbilder abgeleitet werden. Der erfindungsgemäße Ansatz kann somit auch dazu verwendet werden, Bewegungsartefakte im schließlich rekonstruierten hochaufgelösten MR-Bild zu reduzieren, indem bewegungskorrumpierte Signaldaten aus der Rekonstruktion zurückgewiesen werden, wenn z. B. das Ähnlichkeitsmaß unter einem bestimmten Schwellenwert liegt.
  • Die Bildgebungssequenz, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, kann zum Beispiel eine Turbo-Feldecho- (TFE-) Sequenz oder eine symmetrische (Turbo-) Feldecho-Sequenz oder eine Echo-Planar-Bildgebungssequenz (EPI) oder eine Turbo-Spin-Echo- (TSE-) Sequenz oder GRASE-Sequenz sein.
  • Um die k-Raumverteilung der erfassten MR-Signale zu optimieren, kann die Winkelanordnung der radialen k-Raumprofile nach einem goldenen Winkelschema gewählt werden. Im goldenen Winkelschema wird, wie vorstehend erwähnt, der Winkel der k-Raumprofile von Erfassung zu Erfassung jedes Mal um ΔΦ = 111,25° erhöht, was 180° multipliziert mit dem goldenen Verhältnis entspricht. Daher fügen anschließend abgetastete radiale k-Raumprofile immer komplementäre Informationen hinzu, während sie die größten Lücken innerhalb des zuvor abgetasteten Satzes von Profilen ausfüllen. Infolgedessen deckt jeder sequenzielle Satz von erfassten Profilen den k-Raum annähernd gleichmäßig ab.
  • Die Verteilung der Drehwinkel kann auch an ein anisotropes Sichtfeld angepasst werden (siehe Wu et al. Al, „Anisotropic field-of-view support for golden angle radial imaging, Magn Reson Med., 76, 229-236, 2016), wobei die radialen k-Raumprofile nicht äquidistant verteilt sind. Andere Verfahren zur Verbesserung des Zeitbedarfs bei der Erfassung des Bewegungszustandes sind die Beeinflussung der Abtastreihenfolge durch z. B. Verwenden von CENTRA-Ordnung (siehe WO 2016202707 A1 ) oder die Verwendung von rotierten Stack-of-Stars, die die Erfassungsgeschwindigkeit verbessern (siehe Zhou et al., „Goldenratio rotated stack-of-stars acquisition for improved volumetric MRI“, Magn. Reson. Med. 2017). Auch kann ein Halb-Abtast-Ansatz verwendet werden.
  • Das Verfahren der bisher beschriebenen Erfindung kann mittels einer MR-Vorrichtung ausgeführt werden, die mindestens eine Hauptmagnetspule zum Erzeugen eines gleichmäßigen, stabilen Magnetfeldes B0 in einem Untersuchungsvolumen, eine Anzahl von Gradientenspulen zum Erzeugen von geschalteten Magnetfeld-Gradienten in verschiedenen räumlichen Richtungen im Untersuchungsvolumen, mindestens eine Körper-HF-Spule zum Erzeugen von HF-Impulsen im Untersuchungsvolumen und/oder zum Empfangen von MR-Signalen von einem Körper eines Patienten, der im Untersuchungsvolumen positioniert ist, eine Steuereinheit zum Steuern der zeitlichen Abfolge von HF-Impulsen und geschalteten Magnetfeld-Gradienten und eine Rekonstruktionseinheit zum Rekonstruieren von MR-Bildern aus den empfangenen MR-Signalen einschließt. Das Verfahren der Erfindung kann durch ein entsprechendes Programmieren der Rekonstruktionseinheit und/oder der Steuereinheit der MR-Vorrichtung realisiert werden.
  • Das Verfahren der Erfindung kann an den meisten MR-Vorrichtungen, die derzeit in klinischer Verwendung sind, vorteilhaft durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist es lediglich erforderlich, ein Computerprogramm zu verwenden, mit dem die MR-Vorrichtung derart gesteuert wird, dass sie die oben erläuterten Verfahrensschritte der Erfindung ausführt. Das Computerprogramm kann entweder auf einem Datenträger vorhanden sein oder in einem Datennetz vorhanden sein, so dass es zur Installation in der Steuereinheit der MR-Vorrichtung heruntergeladen werden kann.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen offenbaren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen nur zu Darstellungszwecken und nicht als Definition der Grenzen der Erfindung ausgelegt sind. In den Zeichnungen:
    • 1 zeigt ein Blockdiagramm einer MR-Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens der Erfindung;
    • 2 veranschaulicht schematisch das Erfassungs- und Rekonstruktionsschema der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird eine MR-Vorrichtung 1 als ein Blockdiagramm gezeigt. 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 Shimspulen 2' (1., 2. und sofern anwendbar 3. Ordnung), wobei der Stromfluss durch die einzelnen Shimspulen 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 in das Untersuchungsvolumen zu übertragen. Eine typische MR-Bildgebungssequenz besteht aus einem Paket von HF-Impulssegmenten mit kurzer Dauer, die zusammen mit jeglichen 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 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 Regionen des Körpers 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 eines Vorverstärkers (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 Shimspulen 2' sowie den Gradientenimpulsverstärker 3 und den Sender 7, um eine einer Vielzahl von MR-Bildgebungssequenzen zu erzeugen, wie z. B. Echo-Planar-Bildgebung (EPI), 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-Datenzeilen in schneller Folge nach jedem HF-Anregungsimpuls. Ein Datenerfassungssystem 16 führt eine Analog-Digital-Wandlung der empfangenen Signale durch und wandelt jede MR-Datenzeile 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, welcher eine Fourier-Transformation oder andere geeignete Rekonstruktionsalgorithmen wie SENSE oder GRAPPA 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.
  • Der Host-Computer 15 ist so programmiert, dass er das vorstehend und im Folgenden beschriebene Verfahren der Erfindung ausführt.
  • 2 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung. Die linke Spalte zeigt die erfindungsgemäße Abtastung des k-Raums durch Stack-of-Stars-Bildgebung in einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen (vier in der abgebildeten Ausführungsform). Die Echosignale werden mittels Multi-Shot-TFE-Bildgebung erfasst. In jeder einer Anzahl von Aufnahmen, die eine räumlich nicht selektive oder schichtselektive HF-Anregung umfassen, wird ein Zug von Echosignalen erfasst, wobei jedes Echosignal ein k-Raumprofil darstellt. Die Echosignale werden als radiale k-Raumprofile aus einer Anzahl von parallelen k-Raumschichten (fünf in der dargestellten Ausführungsform) erfasst. In einer alternativen Ausführungsform können die radialen k-Raumprofile verschoben oder gedreht werden, um eine verbesserte volumetrische Verteilung zu erzielen. Die Schichten sind an verschiedenen Positionen entlang der Schichtrichtung kz angeordnet. In der kz-Richtung wird eine kartesische Phasenkodierung durchgeführt, während die Echo-Signale innerhalb jeder einzelnen Schicht entlang radialer „Speichen“, die um das Zentrum (kx=ky=0) gedreht sind, erfasst werden. Daraus ergibt sich eine zylindrische k-Raumabdeckung, die aus gestapelten Scheiben besteht. Ein sphärisches Volumen wird auf eine Weise mit variabler Dichte abgetastet, wobei die zentrale Region 20 während der Stack-of-Stars-Erfassung häufiger aktualisiert wird als die peripheren k-Raumabschnitte 21 (Nyquist-Darstellung). Die vier Zeitintervalle werden so gewählt, dass das zentrale Volumen 20 in jedem Zeitintervall vollständig abgetastet wird, während die peripheren Abschnitte 21 des k-Raums in jedem Zeitintervall unterabgetastet werden. Für die Winkelanordnung der k-Raumspeichen wird das goldene Winkelschema verwendet. Der Drehwinkel der Speichen wird von Echosignal zu Echosignal um ΔΦ = 111,25° erhöht. Die MR-Zwischenbilder 22-25 (zweite Spalte von links in 2) werden aus den unterabgetasteten k-Raumdaten für jedes der vier Zeitintervalle rekonstruiert (z. B. auf einem hochauflösenden Abtastgitter). Die vier rekonstruierten MR-Zwischenbilder werden dann miteinander registriert. Ein elastischer Bildregistrierungsalgorithmus wird zur Bestimmung eines Satzes von Transformationen T verwendet, die jede der verschiedenen MR-Zwischenbilder 22-25 in ein gemeinsames Koordinatensystem transformieren. Der Satz von Transformationen T spiegelt Verschiebungen und Verformungen wider, die durch die zwischen den Zeitintervallen auftretenden Bewegungen induziert werden. Der Satz von Transformationen T wird dann auf die MR-Zwischenbilder 22-25 angewendet, um die aufgetretene Bewegung zu kompensieren, was zu bewegungskorrigierten MR-Zwischenbildern 22-25 führt (dritte Spalte von links in 2). Schließlich werden die korrigierten MR-Zwischenbilder 22-25 zu einem hochauflösenden MR-Bild 26 kombiniert, das im Wesentlichen frei von Bewegungsartefakten ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2013/159044 A1 [0006]
    • US 7039451 B1 [0013]
    • US 2015/0285889 [0014]
    • WO 2016202707 A1 [0026]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • B. Grimm, R., et al. „Self-gating reconstructions of motion and perfusion for free-breathing T1-weighted DCEMRI of the thorax using 3D stack-of-stars GRE imaging“. Proceedings of the 20th scientific meeting, International Society for Magnetic Resonance in Medicine, 2012 [0011]
    • Song et al., Magn. Reson. Med., 44, 825-832, 2000 [0022]
    • Wu et al. Al, „Anisotropic field-of-view support for golden angle radial imaging, Magn Reson Med., 76, 229-236, 2016 [0026]

Claims (12)

  1. Verfahren der MR-Bildgebung eines Objekts (10), das in dem Untersuchungsvolumen einer MR-Vorrichtung (1) positioniert ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Erzeugen von MR-Signalen, indem das Objekt (10) einer Bildgebungssequenz ausgesetzt wird, die HF-Impulse und geschaltete Magnetfeldgradienten umfasst; - Erfassen von Signaldaten gemäß einem Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Schema, wobei die MR-Signale als radiale oder spiralförmige k-Raumprofile aus einer Anzahl paralleler Scheiben erfasst werden, die an benachbarten Positionen entlang einer Scheibenrichtung angeordnet sind, wobei ein ellipsoidisches oder sphärisches Volumen des k-Raums abgetastet wird, wobei ein dreidimensionaler ellipsoidischer oder sphärischer zentraler Abschnitt (20) des k-Raums während der Erfassung dichter abgetastet wird als periphere Abschnitte (21) des k-Raums; - Rekonstruieren entsprechender MR-Zwischenbilder (22-25) aus unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen; - Bestimmen, mittels elastischer Bildregistrierung, geometrischer Transformationen, die jedes der verschiedenen MR-Zwischenbilder (22-25) in ein gemeinsames Koordinatensystem transformieren, - Anwenden der geometrischen Transformationen auf die MR-Zwischenbilder (22-25), um die aufgetretene Bewegung zu kompensieren, was zu bewegungskorrigierten MR-Zwischenbildern (22-25) führt, und - Kombinieren der korrigierten MR-Zwischenbilder 22-25 zu einem hochauflösenden MR-Endbild (26).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zentrale Abschnitt (20) des k-Raums gemäß dem Nyquist-Kriterium abgetastet wird, während die peripheren Abschnitte (21) des k-Raums in jedem Zeitintervall unterabgetastet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der zentrale Abschnitt (20) des k-Raums im Vergleich zu den peripheren Abschnitten (21) zeitlich näher abgetastet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die bewegungskorrigierten MR-Zwischenbilder (22-25) entweder im Bildraum oder im k-Raum zu dem MR-Endbild (26) kombiniert werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die MR-Zwischenbilder (22-25) unter Verwendung eines k-Raum-gewichteten Bildkontrast- (KWIC-) Filters rekonstruiert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die MR-Zwischenbilder (22-25) entsprechend den abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Verformungen, die dem jeweiligen Zeitintervall zugeordnet sind, korrigiert werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Signaldaten bei der Rekonstruktion des endgültigen MR-Bildes entsprechend dem Ausmaß der abgeleiteten bewegungsinduzierten Verschiebungen und/oder Verformungen gewichtet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Gewichtung von einem Ähnlichkeitsmaß der bewegungskorrigierten MR-Zwischenbilder (22-25) abgeleitet wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Bildgebungssequenz eine Turbo-Feldecho-(TFE-) oder eine symmetrische (Turbo-) Feldecho-Sequenz oder eine Echo-Planar-Bildgebungs- (EPI-) Sequenz oder eine Turbo-Spin-Echo- (TSE-) Sequenz oder eine GRASE-Sequenz ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der Drehwinkel der radialen k-Raumprofile während der Erfassung aufeinanderfolgender k-Raumprofile nach einem goldenen Winkelschema erhöht wird.
  11. MR-Vorrichtung einschließlich mindestens einer Hauptmagnetspule (2) zum Erzeugen eines gleichmäßigen, stabilen Hauptmagnetfeldes B0 in einem Untersuchungsvolumen, einer Anzahl von Gradientenspulen (4, 5, 6) zum Erzeugen von geschalteten Magnetfeld-Gradienten in verschiedenen räumlichen Richtungen im Untersuchungsvolumen, mindestens einer HF-Spule (9) zum Erzeugen von HF-Impulsen im Untersuchungsvolumen und/oder zum Empfangen von MR-Signalen von einem Objekt (10), das im Untersuchungsvolumen positioniert ist, einer Steuereinheit (15) zum Steuern der zeitlichen Abfolge von HF-Impulsen und geschalteten Magnetfeld-Gradienten und einer Rekonstruktionseinheit (17) zum Rekonstruieren von MR-Bildern aus den empfangenen MR-Signalen, wobei die MR-Vorrichtung (1) angeordnet ist, um die folgenden Schritte auszuführen: - Erzeugen von MR-Signalen, indem das Objekt (10) einer Bildgebungssequenz ausgesetzt wird, die HF-Impulse und geschaltete Magnetfeldgradienten umfasst; - Erfassen von Signaldaten gemäß einem Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Schema, wobei die MR-Signale als radiale oder spiralförmige k-Raumprofile aus einer Anzahl paralleler Scheiben erfasst werden, die an benachbarten Positionen entlang einer Scheibenrichtung angeordnet sind, wobei ein ellipsoidisches oder sphärisches Volumen des k-Raums abgetastet wird, wobei ein dreidimensionaler ellipsoidischer oder sphärischer zentraler Abschnitt (20) des k-Raums während der Erfassung dichter abgetastet wird als periphere Abschnitte (21) des k-Raums; - Rekonstruieren entsprechender MR-Zwischenbilder (22-25) aus unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen; - Bestimmen, mittels elastischer Bildregistrierung, geometrischer Transformationen, die jedes der verschiedenen MR-Zwischenbilder (22-25) in ein gemeinsames Koordinatensystem transformieren, - Anwenden der geometrischen Transformationen auf die MR-Zwischenbilder (22-25), um die aufgetretene Bewegung zu kompensieren, was zu bewegungskorrigierten MR-Zwischenbildern (22-25) führt - Ableiten bewegungsinduzierter Verschiebungen und/oder Verformungen durch Registrieren der MR-Zwischenbilder (22-25) miteinander und - Kombinieren der korrigierten MR-Zwischenbilder 22-25 zu einem hochauflösenden MR-Endbild (26).
  12. Computerprogramm zum Durchführen auf einer MR-Vorrichtung, wobei das Computerprogramm Anweisungen umfasst zum: - Erzeugen einer Bildgebungssequenz, die HF-Impulse und geschaltete Magnetfeldgradienten umfasst; - Erfassen von Signaldaten gemäß einem Stack-of-Stars- oder Stack-of-Spirals-Schema, wobei MR-Signale als radiale oder spiralförmige k-Raumprofile aus einer Anzahl paralleler Scheiben erfasst werden, die an benachbarten Positionen entlang einer Scheibenrichtung angeordnet sind, wobei ein ellipsoidisches oder sphärisches Volumen des k-Raums abgetastet wird, wobei ein dreidimensionaler ellipsoidischer oder sphärischer zentraler Abschnitt (20) des k-Raums während der Erfassung dichter abgetastet wird als periphere Abschnitte (21) des k-Raums; - Rekonstruieren eines MR-Zwischenbildes (22-25) aus unterabgetasteten Signaldaten für jedes einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen; - Bestimmen, mittels elastischer Bildregistrierung, geometrischer Transformationen, die jedes der verschiedenen MR-Zwischenbilder (22-25) in ein gemeinsames Koordinatensystem transformieren, - Anwenden der geometrischen Transformationen auf die MR-Zwischenbilder (22-25), um die aufgetretene Bewegung zu kompensieren, was zu bewegungskorrigierten MR-Zwischenbildern (22-25) führt, - Ableiten bewegungsinduzierter Verschiebungen und/oder Verformungen durch Registrieren der MR-Zwischenbilder (22-25) miteinander und - Kombinieren der korrigierten MR-Zwischenbilder 22-25 zu einem hochauflösenden MR-Endbild (26).
DE112019000571.5T 2018-01-29 2019-01-28 MR-Bildgebung mithilfe einer Stack-Of-Stars-Erfassung mit intrinsischer Bewegungskorrektur Pending DE112019000571T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18153867.9A EP3517988A1 (de) 2018-01-29 2018-01-29 Mr-bildgebung mithilfe einer stack-of-stars-erfassung mit intrinsischer bewegungskorrektur
EP18153867.9 2018-01-29
PCT/EP2019/051975 WO2019145527A1 (en) 2018-01-29 2019-01-28 Mr imaging using a stack-of-stars acquisition with intrinsic motion correction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112019000571T5 true DE112019000571T5 (de) 2020-10-15

Family

ID=61074390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112019000571.5T Pending DE112019000571T5 (de) 2018-01-29 2019-01-28 MR-Bildgebung mithilfe einer Stack-Of-Stars-Erfassung mit intrinsischer Bewegungskorrektur

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20210109181A1 (de)
EP (1) EP3517988A1 (de)
JP (1) JP2021512671A (de)
CN (1) CN111656209A (de)
DE (1) DE112019000571T5 (de)
WO (1) WO2019145527A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7350568B2 (ja) 2019-08-28 2023-09-26 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 磁気共鳴データ収集方法及び磁気共鳴イメージング装置
JPWO2023276834A1 (de) * 2021-06-29 2023-01-05
GB2608404B (en) * 2021-06-30 2023-07-05 Siemens Healthcare Gmbh Method of reconstructing a dynamic series of motion-compensated magnetic resonance images

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9919821D0 (en) 1999-08-20 1999-10-27 Imperial College Phase ordering with automatic window selection (PAWS):A novel motion resistant technique for 3D coronary imaging
US9414766B2 (en) * 2010-02-25 2016-08-16 The Medical College Of Wisconsin, Inc. Method for simultaneous multi-slice magnetic resonance imaging using single and multiple channel receiver coils
US9921285B2 (en) 2012-04-19 2018-03-20 New York University System, method and computer-accessible medium for highly-accelerated dynamic magnetic resonance imaging using golden-angle radial sampling and compressed sensing
US10143384B2 (en) * 2014-04-02 2018-12-04 University Of Virginia Patent Foundation Systems and methods for accelerated imaging using variable density sampling and compressed sensing with parallel imaging
WO2016036643A1 (en) * 2014-09-01 2016-03-10 bioProtonics LLC Selective sampling magnetic resonance-based method for assessing structural spatial frequencies
CN104597420B (zh) * 2015-02-02 2018-01-16 清华大学 基于多次激发的磁共振扩散成像方法
US10670678B2 (en) 2015-06-15 2020-06-02 Koninklijke Philips N.V. MR imaging using stack-of stars acquisition
WO2017167937A1 (en) * 2016-03-31 2017-10-05 Koninklijke Philips N.V. Dynamic mr imaging with increased temporal and spatial resolution
WO2017173437A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 The Medical College Of Wisconsin, Inc. Systems and methods for motion management in magnetic resonance imaging guided therapies

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019145527A1 (en) 2019-08-01
JP2021512671A (ja) 2021-05-20
US20210109181A1 (en) 2021-04-15
CN111656209A (zh) 2020-09-11
EP3517988A1 (de) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10246406B4 (de) MRI mit sich bewegendem Tisch und einer Frequenzkodierung in der z-Richtung
DE102005018939B4 (de) Verbesserte MRT-Bildgebung auf Basis konventioneller PPA-Rekonstruktionsverfahren
DE102010032080B4 (de) Getriggerte Magnetresonanzbildgebung auf der Grundlage einer partiellen parallelen Akquisition (PPA)
DE102011083619B4 (de) Verfahren zur Erzeugung einer Serie von MR-Bildern zur Überwachung einer Position eines in einem Untersuchungsgebiet befindlichen Interventionsgeräts, Magnetresonanzanlage und elektronisch lesbarer Datenträger
DE102007045054A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur beschleunigten Propeller-Bildgebung
DE102015221888B4 (de) Gleichzeitige MRT-Mehrschichtmessung
DE102018113437A1 (de) Mr-tomografie unter verwendung einer stack-of-stars-erfassung mit variablem kontrast
DE19901726B4 (de) Verfahren zur Verringerung von Maxwell-Term-Artefakten bei schnellen Spinecho-Magnetresonanzbildern
DE19801808B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Verringerung von Maxwell-Term-Artefakten bei schnellen Spinecho-Magnetresonanzbildern
DE112019000927T5 (de) Dixon-mr-bildgebung unter verwendung einer multigradienten-echo-sequenz
DE102013201814B4 (de) Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mit multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen in einem Außenbereich
DE102007054863A1 (de) Verfahren und Computersoftwareprodukt zur Magnet-Resonanz-Bildgebung auf Basis einer partiellen parallelen Akquisition (PPA)
DE102016200603A1 (de) Mehrschicht gradientenecho magnetresonanz-bildgebung
DE102011085766B4 (de) Rasche Erstellung von bezüglich eines Kontrasts gewichteten MR-Bildern
DE112019000571T5 (de) MR-Bildgebung mithilfe einer Stack-Of-Stars-Erfassung mit intrinsischer Bewegungskorrektur
DE102014203068B4 (de) Pseudo-zufällige Erfassung von MR-Daten eines zweidimensionalen Volumenabschnitts
DE19653212B4 (de) Verfahren zur Erhöhung der zeitlichen Auflösung bei Magnet-Resonanz-Durchleuchtungsverfahren
DE19814677A1 (de) Korrektur einer durch Maxwell-Terme verursachten Verschlechterung eines Axial-Bild-Signals
DE102019105770A1 (de) Parallele mr-bildgebung mit spektraler fettunterdrückung
EP2645119A1 (de) Verfahren für schnelle Spin-Echo MRT Bildgebung
DE10144654B4 (de) Gerät und Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung unter Verwendung einer verbesserten parallelen Akquisition
DE102020212250B4 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Point-Spread-Funktion (PSF) für eine Rekonstruktion von Bilddaten aus mittels einer Mag-netresonanzanlage aufgenommenen Messdaten
DE102013204994A1 (de) Zeitaufgelöste Phasenkontrast-MR-Bildgebung mit Geschwindigkeitskodierung
DE102009003566B4 (de) Erfassung von MRI-Daten für Impulssequenzen mit mehreren Phasenkodierungsrichtungen und periodischer Signalmodulation
DE112019005169T5 (de) Magnetresonanztomographie mit bewegungskompensierter bildrekonstruktion