DE19653212A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der zeitlichen Auflösung von Magnet-Resonanz-Durchleuchtung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Erhöhung der zeitlichen Auflösung von Magnet-Resonanz-DurchleuchtungInfo
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Description
Das Gebiet der Erfindung sind kernmagnetische Resonanz-Ab
bildungs-Verfahren und -Vorrichtungen. Insbesondere be
zieht sich die Erfindung auf Magnet-Resonanz(MR)-Durch
leuchtung und die Abbildung von zeitveränderlichen Vorgän
gen, die nicht periodisch sind.
Wenn eine Substanz, wie beispielsweise menschliches Gewe
be, einem einheitlichen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀)
unterworfen ist, versuchen sich die einzelnen magnetischen
Momente der Spins in dem Gewebe entsprechend diesem Pola
risationsfeld auszurichten, präzedieren aber in zufälliger
Ordnung um ihre charakteristische Larmorfrequenz. Wenn die
Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Erregungsfeld
B₁) unterworfen sind, das sich in der x-y-Ebene befindet
und nahe der Larmorfrequenz ist, kann das Netz-ausgerich
tete Moment Mz in der x-y-Ebene gedreht oder gekippt wer
den, um ein Netz-queres Magnetfeld zu erzeugen. Von den
erregten Spins wird ein Signal emittiert und nachdem das
Erregungssignal B₁ beendet ist, kann dieses Signal empfan
gen und verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.
Wenn diese Signale zur Erzeugung von Bildern verwendet
werden, werden Magnetfeld-Gradienten (Gx, Gy und Gz) verwen
det. Typischerweise wird der abzubildende Bereich mittels
einer Folge von Meßzyklen abgetastet, in denen diese Gra
dienten sich entsprechend dem verwendeten bestimmten
Lokalisierungsverfahren verändern. Der sich ergebende Satz
von empfangenen kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Signalen
wird digitalisiert und verarbeitet, um das Bild unter Ver
wendung einer von vielen wohlbekannten Rekonstruktion
stechniken zu rekonstruieren. Jeder Meßzyklus erfordert
eine kurze Zeit zur Ausführung, aber die Ausführung aller
Meßzyklen für ein Bild kann eine beträchtliche Zeit
erfordern.
Magnet-Resonanz(MR)-Durchleuchtung betrifft die Abbildung
von nicht-periodischen zeitveränderlichen Vorgängen, wie
beispielsweise den Fluß eines Kontrastmittels durch ein
Organ oder die Beobachtung eines eingreifenden Vorgangs.
Bei diesen Untersuchungen ist die zur Erfassung der Daten
und zur Erzeugung eines Bilds erforderliche Zeit sehr
wichtig, da die Hauptaufgabe darin besteht, die Verände
rungen zu beobachten, die im Objekt auftreten. Diese zur
Erzeugung eines aktualisierten Bilds erforderliche Zeit
bestimmt die "zeitliche Auflösung" des Systems und sollte
so kurz wie möglich sein.
Es gibt eine Anzahl von Verfahren, die zur Erhöhung der
zeitlichen Auflösung einer Magnet-Resonanz-Abbildungs(M-
RI)-Abtastung verwendet werden. Zuerst, kann ein Meßzyklus
mit einer kurzen Wiederholzeit (TR) verwendet werden oder
es kann ein Bild mit niedrigerer Auflösung, das weniger
Meßzyklen erfordert, verwendet werden. Wie im US-Patent
Nr. 4 830 012 beschrieben, ist es auch möglich, ein neues
Bild mit weniger als allen erforderlichen Meßzyklen zu
rekonstruieren, indem die neu erfaßten Daten in Verbindung
mit für das vorhergehende Bild erfaßten Daten verwendet
werden, um das Bild mit einer höheren zeitlichen Auflösung
"teilweise" zu aktualisieren. Zusätzlich kann, wo das Ob
jekt bekannte statische Strukturen und bekannte dynamische
Strukturen besitzt, ein Verfahren, wie beispielsweise das
in "Reduction of Field of View for Dynamic Imaging" von Hu
and Parrish, veröffentlicht in Magnetic Resonance in Medi
cine, Vol. 31, Seiten 691-694, 1994, beschrieben, verwen
det werden, wenn der dynamische Teil des Objekts bekannt
ist, um einen Bruchteil des gesamten Ansichtsbereichs aus
zufüllen. Der Unterschied zwischen irgendeinem Zeit-Rahmen
bzw. -Datenübertragungsblock ("time frame") und einem er
sten Zeit-Rahmen bzw. -Datenübertragungsblock wird zur
Erzeugung eines Differenzbilds verwendet. Das Differenz
bild ist unempfindlich gegenüber dem statischen Teil des
Objekts. Ein √2 Verlust beim Signal-Rausch-Verhältnis
(SNR) wird aufgrund der zeitlichen Auflösungs-Verbesserung
erwartet, wenn der dynamische Bereich die Hälfte des ge
samten Ansichtsbereichs ausfüllt. Jedoch leidet dieses
Verfahren an einer zusätzlichen √2 Verringerung des Si
gnal-Rausch-Verhältnisses (SNR) aufgrund des Substrakti
onsvorgangs. Zusätzlich berichten die Autoren über eine
Empfindlichkeit gegenüber langsamen Signalveränderungen,
die Artefakte verursachen. Das Verfahren und die Vorrich
tung gemäß der vorliegenden Erfindung liefern ein höheres
Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und ist weniger Artefakt
anfällig als diese herkömmliche Alternative.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vor
richtung zum Aktualisieren eines Magnet-Resonanz(MR)-Bilds
unter Verwendung von weniger als allen für eine vollstän
dige Abtastung erforderlichen Meßzyklen, um dadurch die
zeitliche Auflösung des Systems zu erhöhen. Insbesondere
enthält die Erfindung die Schritte: Erfassen von kernma
gnetischen Resonanz(NMR)-Daten und Erzeugen eines Bilds
des gesamten Ansichtsbereichs, Einstellen der Bilddaten
auf Null für einen Teil seines Ansichtsbereichs, um geän
derte Bilddaten zu erzeugen, inverses Transformieren der
geänderten Bilddaten, um synthetische Rohdaten zu ergeben,
die außerhalb des vorstehend erwähnten Teils des Ansichts
bereichs angeordnete Strukturen darstellen, Erfassen von
neuen kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten unter Verwen
dung von weniger als allen für eine vollständige Abtastung
erforderlichen Meßzyklen; Substrahieren der synthetischen
Rohdaten von den neuen kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Da
ten, Rekonstruieren eines Bilds mit den kernmagnetischen
Resonanz(NMR)-Differenz-Daten, um ein Bild des vorstehend
erwähnten Teils des Ansichtsbereichs zu erzeugen. Wenn es
gewünscht ist, kann der innere Bildteil mit den geänderten
Bilddaten kombiniert werden, um ein vollständiges Bild des
Ansichtsbereichs zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung besitzt dahingehend den Vorteil,
daß bei vielen dynamischen Magnet-Resonanz-Abbildungs(M-
RI)-Studien nur ein Teil des Bilds untersucht wird, der
sich dramatisch verändert. Oft ist dies ein zentraler Teil
des Bilds. Die Peripherie des Bilds ist relativ statisch
und daher ist wenig Bedarf nach einer hohen zeitlichen
Auflösung zu Bestimmung dieses umgebenden Bereichs.
Nichtsdestotrotz müssen die Signale von diesen umgebenden
stationären Strukturen berücksichtigt werden oder sie wer
den Bildartefakte in dem zentralen Teil des Bilds erzeu
gen. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Schätzung der
durch die umgebenden Strukturen erzeugten Signale beibe
halten wird und diese Schätzung zur Erzeugung von synthe
tischen Rohdaten für die peripheren Bereiche des Bilds
verwendet wird. Zusätzlich wird diese Schätzung von neu
erfaßten kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten subtrahiert,
bevor sie zur Rekonstruktion eines Bilds des zentralen
Teils des endgültigen Bilds verwendet wird. Dies ermög
licht, daß zwischen Aktualisierungen des zentralen Teils
des Bilds weniger als ein vollständiger kernmagnetischer
Resonanz(NMR)-Datensatz erfaßt werden muß, so daß die
zeitliche Auflösung dieses Teils des Bilds erhöht wird.
Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die
zeitliche Auflösung des Systems zu erhöhen. Wenn bei
spielsweise der dynamische Teil die Hälfte des gesamten
Ansichtsbereichs überdeckt, können unter Verwendung des
vorliegenden Verfahrens und der vorliegenden Vorrichtung
mit einem Spin-Verdrehungs-Meßzyklus ungerade nummerierte
Phasen-kodierende Ansichten erhalten und zur Aktualisie
rung des Bilds verwendet werden, gefolgt von der Erfassung
der gerade nummerierten Phasen-kodierenden Ansichten und
anderer Bildaktualisierung. Somit wird das Bild in der zur
Erfassung eines vollständigen kernmagnetischen Resonanz
(NMR)-Bild-Datensatzes erforderlichen Zeit zweimal aktua
lisiert. Dies verdoppelt effektiv die zeitliche Auflösung.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Er
findung werden aus der nachstehenden Beschreibung der Er
findung in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Magnet-Resonanz-Abbil
dungs(MRI)-Systems, das die vorliegende Erfindung
verwendet,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Daten-Erfassungs-
Folge und der Bild-Aktualisierungs-Frequenz gemäß der vor
liegenden Erfindung,
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie das Ma
gnet-Resonanz-Abbildungs(MRI)-System gemäß Fig. 1 das sta
tische Bild aktualisiert, und
Fig. 4 ein Flußdiagramm, das veranschaulicht, wie das Ma
gnet-Resonanz-Abbildungs(MRI)-System gemäß Fig. 1 das dy
namische Bild aktualisiert und es mit dem statischen Bild
kombiniert.
In Fig. 1 sind die Haupt-Komponenten eines bevorzugten
Magnet-Resonanz-Abbildungs(MRI)-Systems gezeigt, das die
vorliegende Erfindung enthält. Der Betrieb des Systems
wird von einer Bedienerkonsole 100 aus gesteuert, die eine
Tastatur und ein Steuerbedienfeld 102 und eine Anzeigeein
richtung 104 enthält. Die Konsole 100 steht über eine Ver
bindungsleitung bzw. Verbindungseinrichtung 116 mit einem
separaten Computer-System 107 in Verbindung, das einem
Bediener eine Steuerung der Erzeugung und Anzeige von Bil
dern auf der Anzeigeeinrichtung bzw. dem Bildschirm 104
ermöglicht. Das Computer-System 107 enthält eine Anzahl
von Einrichtungen, die miteinander über eine Rückwandpla
tine in Verbindung stehen. Diese umfassen eine Bildverar
beitungseinrichtung 106, eine Zentraleinheit bzw. Zentral
verarbeitungseinrichtung (CPU) 108 und eine Speicherein
richtung 113, die im Stand der Technik als eine Puffer
speichereinrichtung zur Speicherung von Bilddatenfeldern
bekannt ist. Das Computer-System 107 ist mit einer Plat
tenspeichereinrichtung 111 und einer Bandlaufwerkseinrich
tung 112 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen ver
bunden und steht mit einer separaten System-Steuereinrich
tung 122 über eine serielle Hochgeschwindigkeits-Ver
bindungsleitung bzw. -Verbindungseinrichtung 115 in
Verbindung.
Die System-Steuereinrichtung 122 enthält einen Satz von
Einrichtungen, die miteinander über eine Rückwandplatine
verbunden sind. Diese enthalten eine Zentraleinheit bzw.
Zentralverarbeitungseinrichtung (CPU) 119 und eine Impul
serzeugungseinrichtung 121, die über eine serielle Verbin
dungsleitung bzw. Verbindungseinrichtung 125 mit der Bedie
nerkonsole 100 verbunden ist. Genau über diese Verbin
dungsleitung bzw. Verbindungseinrichtung 125 empfängt die
System-Steuereinrichtung 122 Befehle vom Bediener, die die
auszuführende Abtastfolge anzeigen. Die Impulserzeugungs
einrichtung 121 betätigt die Systemkomponenten zur Ausfüh
rung der gewünschten Abtastfolge. Sie erzeugt Daten, die
den Zeitpunkt, die Stärke und die Form der zu erzeugenden
Hochfrequenz(RF)-Impulse und den Zeitpunkt und die Länge
des Datenerfassungsfensters anzeigen. Die Impulserzeu
gungseinrichtung 121 ist mit einem Satz von Gradientenver
stärkereinrichtungen 127 verbunden, um den Zeitpunkt und
die Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gradien
tenimpulse anzuzeigen. Die Impulserzeugungseinrichtung 121
empfängt auch Patientendaten von einer physiologischen Er
fassungssteuereinrichtung 129, die Signale von einer An
zahl von verschiedenen, mit dem Patienten verbundenen Er
fassungseinrichtungen empfängt, wie beispielsweise EKG-Si
gnale von Elektroden oder Amtemsignale von einem Blase
balg. Und schließlich ist die Impulserzeugungseinrichtung 121
mit einer Abtastraum-Schnittstellenschaltung 133 ver
bunden, die Signale von zahlreichen mit der Bedingung des
Patienten und des Magnetsystems verbundenen Erfassungsein
richtungen empfängt. Auch empfängt ein Patientenpositio
nierungssystem 134 über die Abtastraum-Schnittstellen
schaltung 133 Befehle zur Bewegung des Patienten zu einer
gewünschten Position für die Abtastung.
Die von der Impulserzeugungseinrichtung 121 erzeugten Gra
dientensignalverläufe werden an ein Gradientenverstär
kereinrichtungssystem 127 angelegt, das Gx- Gy- und Gz-Ver
stärkereinrichtungen umfaßt. Jede Gradientenverstärkerein
richtung erregt eine entsprechende Gradientenspule in ei
nem im allgemeinen mit 139 bezeichneten Anordnung, um die
zur Positions-Kodierung erfaßter Signale verwendeten Ma
gnetfeld-Gradienten zu erzeugen. Die Gradientenspulen-
Anordnung 139 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 141,
die einen Polarisationsmagneten 140 und eine Ganzkörper-
Hochfrequenz(RF)-Spule 152 enthält. Eine Sende-/Empfangs-
Einrichtung 150 in der System-Steuereinrichtung 122 er
zeugt Impulse, die durch eine Hochfrequenz(RF)-Verstär
kereinrichtung 151 verstärkt werden und mit der Hochfre
quenz(RF)-Spule 152 über eine Sende-/Empfangs-Schaltein
richtung 154 verbunden sind. Die sich ergebenden, von den
erregten Kernen in dem Patienten abgestrahlten Signale
können durch dieselbe Hochfrequenz(RF)-Spule 152 erfaßt
werden und sind über die Sende-/Empfangs-Schalteinrichtung
154 mit einer Vorverstärkereinrichtung 153 verbunden. Die
verstärkten kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Signale werden
in dem Empfangsteil der Sende-/Empfangs-Einrichtung 150
demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Die Sende-/Emp
fangs-Schalteinrichtung 154 wird durch ein Signal von der
Impulserzeugungseinrichtung 121 gesteuert, um die Hochfre
quenz(RF)-Verstärkereinrichtung 151 während der Sende-Be
triebsart mit der Spule 152 und während der Empfangs-Be
triebsart mit der Vorverstärkereinrichtung 153 elektrisch
zu verbinden. Die Sende-/Empfangs-Schalteinrichtung 154
ermöglicht auch eine Verwendung einer separaten Hochfre
quenz(RF)-Spule (beispielsweise einer Kopf spule oder einer
Oberflächenspule) entweder in der Sende- oder Empfangs-Be
triebsart.
Die durch die Hochfrequenz(RF)-Spule 152 aufgenommenen
kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Signale werden durch die
Sende-/Empfangs-Einrichtung 150 digitalisiert und zu einer
Speichereinrichtung 160 in der System-Steuereinrichtung
122 gesendet. Wenn die Abtastung vervollständigt ist und
ein gesamtes Feld von Daten in der Speichereinrichtung 160
erfaßt wurde, führt eine Feldverarbeitungseinrichtung 161
eine Fourier-Transformation der Daten in ein Feld von
Bilddaten durch. Diese Bilddaten werden über die serielle
Verbindungsleitung bzw. Verbindungseinrichtung 115 zum
Computer-System 107 zugeführt, wo sie in der Plattenspei
chereinrichtung 111 gespeichert werden. Ansprechend auf
von der Bedienerkonsole 100 empfangene Befehle können die
se Bilddaten auf der Bandlaufwerkseinrichtung 112 archi
viert werden oder durch die Bildverarbeitungseinrichtung
106 weiterverarbeitet und der Bedienerkonsole 100 zuge
führt und auf der Anzeigeeinrichtung 104 dargestellt
werden.
Für eine genauere Beschreibung der Sende-/Empfangs-Ein
richtung 150 wird auf die US-Patente Nr. 4 952 877 und 4
992 736 verwiesen, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung
aufgenommen wird.
Die vorliegende Erfindung wird anhand einer Anwendung be
schrieben, bei der die zentrale Hälfte des Ansichtsbe
reichs in der Phasen-kodierten Richtung "dynamisch" ist,
während die äußere Hälfte "statisch" ist. Es wird durch
den Fachmann geschätzt, daß andere Anwendungen der Erfin
dung möglich sind. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird eine kernmagnetische Resonanz(NMR)-Im
pulsfolge zur Spin-Verdrehung, wie beispielsweise die im
US-Patent Nr. 4 471 306 offenbarte, zur Erfassung von
kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten während einer Abta
stung eines Objekts verwendet. Eine Gesamtheit von 128
separaten Meßzyklen, jeder mit einem separaten Phasen-ko
dierenden Wert, wird zur Erfassung von Daten verwendet,
aus denen ein vollständiges Bild des gesamten Ansichtsbe
reichs rekonstruiert werden kann. Jedoch werden eher als
die Erfassung von 128 "Ansichten" in monotoner Reihenfol
ge, (-63 bis +64) alle ungeradzahligen Ansichten (d. h.
-63, -61, -59, . . ., 61, 63) erfaßt. Wie schematisch in
Fig. 2 gezeigt, werden daher, so wie die Abtastung über
die Zeit fortschreitet, kernmagnetische Resonanz(NMR)-Da
ten abwechselnd für die ungeraden und geraden Ansichten
für eine Reihe von sich fortschreitend verändernden Bil
dern erfaßt. Unter Verwendung herkömmlicher Bildrekon
struktionsverfahren wird ein aktualisiertes Bild des voll
ständigen Ansichtsbereichs nach der Erfassung eines voll
ständigen Satzes von sowohl ungeraden als auch geraden
Ansichten erzeugt. Die zeitliche Auflösung ist daher die
zur Erfassung sowohl der ungeraden als auch der geraden
Ansichten erforderliche Zeit.
Die vorliegende Erfindung verdoppelt die zeitliche Auflö
sung durch Erzeugung zwei aktualisierter Bilder während
desselben Zeitraums. Genauer, ein aktualisiertes Bild wird
nach der Erfassung aller ungeradzahligen Ansichten erzeugt
und ein anderes aktualisiertes Bild wird nach der Erfas
sung aller geradzahligen Ansichten erzeugt. Dies wird
durch Durchführung zwei separater Vorgänge während des
Abtastvorgangs erreicht: Aktualisieren eines dynamischen
Bilds nach jeder ungeradzahligen und jeder geradzahligen
Datenerfassung, wie durch Pfeile 200 angezeigt, und Aktua
lisieren eines statischen Bilds nachdem jeder vollständige
Datensatz (d. h. sowohl ungerade als auch gerade Ansichten)
erfaßt wurde, wie durch Pfeile 202 angezeigt. Diese Aktua
lisierungsvorgänge werden durch die Feldverarbeitungsein
richtung 161 (Fig. 1) entsprechend den in den Figuren. 3 und
4 veranschaulichten Schritten ausgeführt.
Insbesondere gemäß Fig. 3, wird nach jeder Erfassung von
vollständigen k-Raum-Daten von 128 separat Phasen-kodier
ten Ansichten ein Bild auf gewöhnliche Art und Weise durch
Durchführung einer zweidimensionalen Fourier-Transformati
on ("2DFT"), wie durch den Verarbeitungsblock 210 ange
zeigt, rekonstruiert. Dieses "gegenwärtige" Bild wird mit
den vorhergehend erfaßten Bildern gemittelt, um ein "sta
tisches" Bild zu erzeugen, wie es im Verarbeitungsblock
212 angezeigt ist.
Die Anzahl der vorhergehend erfaßten vollständigen, im
Mittel enthaltenen Bilder steuert die zeitliche Auflösung
des "statischen" Bereichs. Wenn keine oder wenige verwen
det werden, wird das System eine ziemliche Menge von Bewe
gung in dem statischen Bereich handhaben können, aber es
wird gegenüber Rauschen und Systeminstabilitäten empfind
lich sein. Ein längerer Mittelungszeitraum verringert die
se Effekte. Der Mittelungszeitraum wird daher vergleichbar
mit dem Zeitraum ausgewählt, über den der äußere Teil
ziemlich statisch ist - im allgemeinen einige Sekunden.
Der zentrale Teil des aktualisierten statischen Bilds wird
dann auf Null eingestellt, wie durch den Verarbeitungs
block 214 angezeigt, und wird entlang der Phasen-kodieren
den Achse invers Fourier-transformiert, wie im Verarbei
tungsblock 216 angezeigt, um synthetische Daten zu erzeu
gen. Der zentrale Bereich, der auf Null eingestellt ist,
umfaßt eine Hälfte des Bild-Ansichtsbereichs und sollte
irgendwelche Strukturen umfassen, die sich während der
Abtastung schnell verändern. Strukturen außerhalb dieses
zentralen Bereichs sollten entweder stationär sein oder
sich langsam verändern, da das statische Bild mit einer
relativ niedrigen zeitlichen Auflösung aktualisiert wird.
Gemäß insbesondere Fig. 4 führt nach jeder teilweisen Da
tenerfassung von entweder ungeraden oder geraden Phasen
kodierenden Ansichten die Feldverarbeitungseinrichtung 161
eine eindimensionale Fourier-Transformation auf den erfaß
ten teilweisen Datensatz durch, wie durch den Verarbei
tungsblock 220 gezeigt. Diese Transformation wird entlang
der Auslese-Gradienten-Achse (im bevorzugten Ausführungs
beispiel der x-Achse) durchgeführt. Ein teilweiser Daten
satz von nur ungeraden oder nur geraden Ansichten enthält
die zur Erzeugung eines Bilds mit hoher zeitlicher Auflö
sung eines Objekts, das die Hälfte des gesamten Ansichts
bereichs überdeckt (z. B. des dynamischen Teils) erforder
lichen Informationen. Die Anwesenheit von Signal-erzeugen
den Bereichen außerhalb dieses Bereichs wird zu räumlichen
Aliasing-Artefakten führen, wie es in diesem Bereich wohl
bekannt ist. Es ist eine Lehre der vorliegenden Erfindung,
daß diese Artefakte durch Subtraktion der entsprechenden
synthetischen Daten von den transformierten ungeraden oder
geraden Ansichten unterdrückt werden kann, wie beim Verar
beitungsblock 222 gezeigt. Mit anderen Worten, die ungera
den Ansichten der synthetischen Daten werden von den
entsprechenden transformierten ungeraden Ansichten der
sehr kürzlich erfaßten Daten subtrahiert, oder die geraden
Ansichten der synthetischen Daten werden von den entspre
chenden transformierten geraden Ansichten der sehr kürz
lich erfaßten Daten subtrahiert. Wie durch den Verarbei
tungsblock 224 angezeigt, werden diese Differenz-Daten
dann entlang der Phasen-kodierenden Gradienten-Achse
(y-Achse im bevorzugten Ausführungsbeispiel) transformiert,
um ein Bild im Echtraum des zentralen Teils des Ansichts
bereichs zu erzeugen.
Es kann gewünscht sein, Bilder zu erzeugen, die sowohl den
statischen als auch den dynamischen Teil des Ansichtsbe
reichs enthalten. Dies kann durch Einfügen der dynamischen
inneren Ansichtsbereich-Bilder in die geschätzten Mittel
wert-Bilder für die äußeren Teile erzeugt werden. Daher
wird, wie beim Verarbeitungsblock 226 angezeigt, das "dy
namische" Bild des zentralen Bereichs mit dem "statischen"
Bild der umgebenden Bereiche kombiniert, um einen aktuali
serten vollständigen Ansichtsbereich zu erzeugen. Dieses
aktualisierte Bild wird zum Computer-System 107 ausgege
ben, wie vorstehend beschrieben, zur Anzeige und weiteren
Bildverarbeitung.
Es sollte für den Fachmann offensichtlich sein, daß zahl
reiche Veränderungen des bevorzugten Ausführungsbeispiels
ohne Abweichung vom Schutzbereich der Erfindung möglich
sind. Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde das
äußere, statische Bild durch eine einfache Mittelung der
vorhergehenden Rahmen bzw. Datenübertragungsblöcke ("fra
mes") von erfaßten Daten erhalten. Eine exponentielle Mit
telung kann auch verwendet werden und das statische Bild
kann auch unter Verwendung eines Extrapolations-Verfahrens
erzeugt werden. Beispielsweise können für jeden Phasen-ko
dierenden Wert, die vorhergehenden Datenerfassungen zur
Bildung einer linearen Übereinstimmung verwendet werden
und die Übereinstimmungen zur Vorhersage der statischen
Bilddaten für den interessierenden Rahmen bzw. Datenüber
tragungsblock verwendet werden.
Die beschriebene Anwendung nahm an, daß der dynamische
Teil des Objekts sich im Zentrum bzw. der Mitte des An
sichtsbereichs befand, wobei der äußere Bereich des An
sichtsbereichs statisch ist. Sie kann auch verwendet wer
den, wenn sich der dynamische Teil nicht im Zentrum bzw.
der Mitte befindet. Dies kann erreicht werden, indem alle
gemessenen Daten mit geeigneten lineare verändernden Pha
senverschiebungen (im k-Raum) vormultipliziert werden. Wie
im Stand der Technik bekannt, erzeugen lineare Phasenver
schiebungen im k-Raum räumliche Verschiebungen im Bild
raum. Die Phasenverschiebungen werden so gewählt, daß der
dynamische Teil des Objekts in das Zentrum bzw. die Mitte
des verschobenen Ansichtsbereichs verschoben bzw. übertra
gen wird.
In den soweit beschriebenen Beispielen bedeckt der dynami
sche Teil die Hälfte des Ansichtsbereichs und diese Kennt
nis wurde zur Verbesserung der zeitlichen Auflösung um
einen Faktor 2 verwendet. Im allgemeinen, wenn der dynami
sche Teil ein Bruchteil (1/n) des Ansichtsbereichs ist,
kann die zeitliche Auflösung um einen Faktor n verbessert
werden.
Die Erfindung kann auch bei anderen Techniken als der
Spin-Verdrehungs-Abbildung angewendet werden. Eine Magnet-
Resonanz-Abbildungs(MRI)-Strategie sammelt Fourier-Trans
formations-Daten als Spiralen im Fourier-Transformations-
Raum (k-Raum). Häufig werden eine Vielzahl von verschach
telten Spiral-Nachführbahnen verwendet, um die notwendige
räumliche Auflösung und den Ansichtsbereich zu erhalten.
Die verschachtelten Nachführbahnen werden im allgemeinen
durch Drehen der anfänglichen Nachführbahn im k-Raum um
(360/L) Grad erhalten, wobei L die Anzahl von Verschachte
lungen ist. Der K-Raum-Abstand zwischen verschachtelten
Nachführbahnen und daher die Anzahl L bestimmt den An
sichtsbereich. Die Erfindung kann zur Verbesserung der
zeitlichen Auflösung bei dynamischen Untersuchungen mit
verschachtelten Spiral-Nachführbahnen auf eine analoge
Weise zu dem Weg seiner Verwendung bei der Spin-Verdre
hungs-Abbildung verwendet werden. Ähnlich kann die Erfin
dung auf mit verschachtelter Echo-planarer Abildung (EPI)
verwendet werden.
Der Schlüsselgesichtspunkt aller dieser Anwendungen ist
wie folgt. Für irgendeinen Zeitrahmen ("time frame") wird
eine teilweise k-Raum-Abtastung verwendet, die nicht aus
reichend ist, um den vollständigen Ansichtsbereich abzu
bilden. Jedoch kann die Abtastung eines Zeitrahmen mit
denen für andere Zeitrahmen derart verschachtelt werden,
daß sie den vollständigen Ansichtsbereich angemessen ab
bilden (?). Bilder des gesamten Ansichtsbereichs werden
verarbeitet, um geschätzte kernmagnetische Resonanz(NMR)-
Roh-Daten für die statischen Teile des gesamten Ansichts
bereichs zu ergeben. Diese werden von erfaßten teilweisen
k-Raum-Daten substrahiert, um ein Bild mit hoher Qualität
vom dynamischen Teil des Ansichtsbereichs zu erzeugen.
Somit ist, während die Erfindung unter Bezugnahme auf be
sondere Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, die Be
schriebung veranschaulichend für die Erfindung und ist
nicht als Beschränkung der Erfindung gedacht. Zahlreiche
Anwendungen und Modifikationen können dem Fachmann bewußt
werden, ohne daß er von Schutzbereich der Erfindung, wie
er in den Ansprüchen definiert ist, abweicht.
Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der zeitlichen Auflö
sung von Magnet-Resonanz (MR) Durchleuchtungs-Vorgängen
beschrieben. Ein zentraler Teil des Bilds, der eine höhere
zeitliche Auflösung erfordert, wird unter Verwendung von
weniger als vollständigen neu erfaßten kernmagnetischen
Resonanz(NMR)-Daten häufiger aktualisiert. Ein ununterbro
chener Mittelwert der von peripheren Strukturen erzeugten
Signale wird verwendet, um die Peripherie des Bilds zu
erzeugen und Artefakt-erzeugende Daten von den weniger als
vollständigen kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten zu
entfernen.
Claims (13)
1. Verfahren zum Erzeugen einer Reihe von Bildern mit ei
nem Magnet-Resonanz-Abbildungs(MRI)-System, mit den
Schritten:
- a) Erfassen von kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten, die aus einem vollständigen Satz von Messungen bestehen,
- b) Transformieren (210) der erfaßten kernmagnetischen Re sonanz(NMR)-Daten zum Rekonstruieren eines statischen Bilds eines ausgewählten Ansichtsbereichs,
- c) Erzeugen (214, 216) von synthetischen Roh-Daten aus dem statischen Bild, das in dem im wesentlichen statischen Teil des Ansichtsbereichs angeordnete Strukturen anzeigt,
- d) Erfassen (220) von neuen kernmagnetischen Resonanz (NMR)-Daten unter Verwendung von weniger als einem voll ständigen Satz von Messungen,
- e) Substrahieren (222) der synthetischen Roh-Daten von den neuen kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten zum Erzeugen korrigierter neuer kernmagnetischer Resonanz-Daten, und
- f) Transformieren (224) der korrigierten neuen kernmagne tischen Resonanz(NMR)-Daten zum Rekonstruieren eines dyna mischen Bilds eines Teils des Ansichtsbereichs.
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt
g) Kombinieren (226) des statischen Bilds und des dynami
schen Bilds zum Erzeugen eines aktualisierten Bilds des
gesamten Ansichtbereichs.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei
die Schritte a) bis g) in einer Reihe von Abtastungen wie
derholt werden, um eine entsprechende Reihe von aktuali
sierten Bildern zu erzeugen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei
die in Schritt d) erfaßten neuen kernmagnetischen Resonanz
(NMR)-Daten im wesentlichen eine Hälfte des vollständigen
Satzes von Messungen ist und die neuen kernmagnetischen
Resonanz(NMR)-Daten zwischen einer ersten Hälfte des voll
ständigen Satzes von Messungen und einer zweiten Hälfte
des vollständigen Satzes von Messungen während der Reihe
von Abtastungen abwechseln.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei
das Transformieren in Schritt b) eine Fourier-Transforma
tion ist und jede Messung in dem vollständigen Satz von
Messungen eine separate Phasen-kodierende Ansicht ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei
die erste Hälfte des vollständigen Satzes von Messungen
die ungeradzahligen Phasen-kodierenden Ansichten sind und
die zweite Hälfte des vollständigen Satzes von Messungen
die geradzahligen Phasen-kodierenden Ansichten sind.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei
die Schritte b) und c) unter Verwendung neuer, in Schritt
d) erfaßter kernmagnetischer Resonanz(NMR)-Daten peri
odisch wiederholt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
Schritt b) ein Fourier-Transformieren der erfaßten kernma
gnetischen Resonanz(NMR)-Daten in zwei Richtungen zum Er
zeugen eines Bilds des gesamten Ansichtsbereichs und ein
Einstellen des dynamischen Teils des Bilds auf Null
enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei
Schritt c) ein inverses Fourier-Transformieren des stati
schen Bilds entlang einer Richtung enthält.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei
die in Schritt d) erfaßten neuen kernmagnetischen Reso
nanz(NMR)-Daten entlang einer Richtung Fourier-transfor
miert werden bevor die synthetischen Roh-Daten in Schritt
e) substrahiert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
die in den Schritten a) und d) erfaßten Daten in der Phase
verschoben werden, um den dynamischen Teil des Bilds in
das Zentrum des verschobenen Ansichtsbereichs zu
übertragen.
12. Vorrichtung zur Erzeugung einer Reihe von Bildern mit
einem Magnet-Resonanz-Abbildungs(MRI)-System, mit:
- a) einer Einrichtung (121, 150, 151, 152, 154) zur Erfas sung von kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten eines voll ständigen Satzes von Messungen für ein statisches Bilds eines ausgewählten Ansichtsbereichs,
- b) einer Einrichtung (161; 210) zur Transformation der erfaßten kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten zur Rekon struktion (212) eines statischen Bilds des ausgewählten Ansichtsbereichs,
- c) einer Einrichtung (161; 214, 216) zur Erzeugung von synthetischen Roh-Daten aus dem statischen Bild, das in dem im wesentlichen statischen Teil des Ansichtsbereichs angeordnete Strukturen anzeigt,
- d) einer Einrichtung (121, 150, 151, 152, 154, 161; 220) zur Erfassung von kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten von weniger als einem vollständigen Satz von Messungen,
- e) einer Einrichtung (161; 222) zur Subtraktion der syn thetischen Roh-Daten von den kernmagnetischen Resonanz- (NMR)-Daten von weniger als einem vollständigen Satz von Messungen zum Erzeugen korrigierter kernmagnetischer Reso nanz-Daten, und
- f) einer Einrichtung (161; 224) zur Transformation der korrigierten kernmagnetischen Resonanz(NMR)-Daten zur Re konstruktion eines dynamischen Bilds eines Teils des Ansichtsbereichs.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, mit
g) einer Einrichtung (161; 226) zur Kombination des stati
schen Bilds und des dynamischen Bilds zur Erzeugung eines
aktualisierten Bilds des gesamten Ansichtbereichs.
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