DE4024164A1 - Verfahren zur verbesserung des signal-rausch-verhaeltnisses bei einem kernspin-tomographiegeraet - Google Patents
Verfahren zur verbesserung des signal-rausch-verhaeltnisses bei einem kernspin-tomographiegeraetInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des
Signal-Rausch-Verhältnisses bei einem Kernspin-Tomographiegerät,
wobei nach einem Hf-Anregeimpuls, der durch gleichzeitiges Ein
schalten eines Magnetfeldgradienten in einer ersten Richtung
schichtselektiv wird, ein Phasencodiergradient in einer zwei
ten Richtung und ein Auslesegradient, bestehend aus einer in
der Polarität von Puls zu Puls wechselnden Gradientenpulsfolge
in einer dritten Richtung eingeschaltet wird, wobei das unter
dem Auslesegradienten erfaßte Signal phasenempfindlich demodu
liert, über einen Bandpaßfilter geführt, mit einer Abtastrate
digitalisiert und je Gradientenpuls in eine Zeile einer Roh
datenmatrix im k-Raum geschrieben wird, wobei aus der Rohdaten
matrix durch zweidimensionale Fourier-Transformation eine
Bildmatrix gewonnen wird und wobei aus dieser Bildmatrix ein
Bild erstellt wird.
Die obengenannte Pulsfolge, die unter dem Namen "Echoplanar-
Imaging (EPI)" bekannt ist, wird in der EP-B-00 76 054 be
schrieben. Zur Erläuterung der Problemstellung wird im fol
genden das EPI-Verfahren in seinen Grundzügen beschrieben.
Dazu werden zunächst anhand von Fig. 1 die Grundkomponenten
eines Kernspin-Tomographiegerätes dargestellt. Die Spulen 1-4
erzeugen ein magnetisches Grundfeld BO, in welchem sich bei
Anwendung zur medizinischen Diagnostik der zu untersuchende
Körper eines Patienten 5 befindet. Diesem sind außerdem Gra
dientenspulen zugeordnet, die zur Erzeugung unabhängiger, zu
einander senkrechter Magnetfeldkomponenten der Richtungen x,
y und z gemäß dem Koordinatenkreuz 6 vorgesehen sind. In der
Fig. sind der Übersichtlichkeit halber nur die Gradientenspulen
7 und 8 gezeichnet, die zusammen mit einem Paar gegenüberlie
gender, gleichartiger Gradientenspulen zur Erzeugung eines X-
Gradienten dienen. Die gleichartigen, nicht eingezeichneten
Y-Gradientenspulen liegen parallel zum Körper 5 und oberhalb
sowie unterhalb von ihm, die für das Z-Gradientenfeld quer zu
seiner Längsachse am Kopf- und am Fußende.
Die Anordnung enthält außerdem noch eine zur Erzeugung und
Aufnahme der Kernresonanzsignale dienende Hochfrequenzspule 9.
Die von einer strichpunktierten Linie 10 umgrenzten Spulen
1, 2, 3, 4, 7, 8 und 9 stellen das eigentliche Untersuchungs
instrument dar. Es wird von einer elektrischen Anordnung aus
betrieben, die ein Netzgerät 11 zum Betrieb der Spulen 1-4 so
wie eine Gradientenstromversorgung 12, an welcher die Gradi
entenspulen 7 und 8 sowie die weiteren Gradientenspulen liegen,
umfaßt. Die Hochfrequenzspule 9 ist über einen Signalverstär
ker 14 bzw. einen Hochfrequenzsender 15 an einen Prozeßrechner
17 gekoppelt, an dem zur Ausgabe der Abbildung ein Bildschirm
gerät 18 angeschlossen ist. Die Komponenten 14 und 15 bilden
eine Hochfrequenzeinrichtung 16 zur Signalerzeugung und -auf
nahme. Ein Umschalter 19 ermöglicht das Umschalten von Sende-
auf Empfangsbetrieb.
Für die Ansteuerung der Hochfrequenzeinrichtung 16 und der
Gradientenspulen sind eine Reihe von Pulssequenzen bekannt. Da
bei haben sich Verfahren durchgesetzt, bei denen die Bilder
zeugung auf einer zwei- bzw. dreidimensionalen Fourier-Trans
formation beruht.
Das Prinzip der Bilderzeugung nach dem EPI-Verfahren wird im
folgenden anhand der Fig. 2 bis 8 kurz erläutert. Eine de
tailliertere Beschreibung findet sich in der bereits eingangs
genannten EP-B1-00 76 054.
Die Fig. 2 bis 6 stellen dabei eine beim EPI-Verfahren ange
wandte Pulssequenz dar. Ein Hf-Anregepuls RF wird zusammen mit
einem Gradienten GZ in z-Richtung auf das Untersuchungsobjekt
eingestrahlt. Damit werden Kernspins in einer Schicht des
Untersuchungsobjektes angeregt. Anschließend wird die Richtung
des Gradienten GZ invertiert, wobei der negative Gradient GZ
die durch den positiven Gradienten GZ verursachte Dephasierung
der Kernspins rückgängig macht.
Nach der Anregung wird ein Phasencodiergradient GY und ein
Auslesegradient GX eingeschaltet. Für den Verlauf dieser beiden
Gradienten gibt es verschiedene Möglichkeiten. Fig. 4 zeigt
einen Phasencodiergradienten GY, der während der Auslesephase
kontinuierlich eingeschaltet bleibt. Fig. 5 zeigt als Alterna
tive dazu einen Phasencodiergradienten GY, der aus kurzen Ein
zelimpulsen ("Blips") besteht, die bei jedem Polaritätswechsel
des Auslesegradienten GX eingeschaltet werden. Den Phasen
codiergradienten geht jeweils ein Dephasiergradient GY in
negativer y-Richtung voraus. Der Auslesegradient GX wird mit
ständig wechselnder Polarität eingeschaltet, wodurch die
Kernspins im Wechsel dephasiert und wieder rephasiert werden,
so daß eine Folge von Signalen S entsteht. Dabei werden nach
einer einzelnen Anregung soviel Signale gewonnen, daß der
gesamte Fourier-k-Raum abgetastet wird, d.h. daß die vorlie
gende Information zur Rekonstruktion eines vollständigen
Schnittbildes ausreicht. Hierzu ist eine extrem schnelle Um
schaltung des Auslesegradienten GX mit hoher Amplitude erfor
derlich, die mit den sonst bei der MR-Bildgebung üblicherweise
angewandten Rechteckimpulsen kaum realisiert werden kann. Eine
gebräuchliche Lösung dieses Problems besteht darin, die den
Gradienten GX erzeugende Gradientenspule in einem Resonanzkreis
zu betreiben, so daß der Gradient GX eine Sinusform aufweist.
Die entstehenden Kernresonanzsignale S werden im Zeitbereich
abgetastet, digitalisiert und die so gewonnenen numerischen
Werte je Signal in eine Meßmatrix eingetragen. Die Meßmatrix
kann man als Meßdatenraum, bei dem im Ausführungsbeispiel
vorliegenden zweidimensionalen Fall, als Meßdatenebene betrach
ten, in der auf einem äquidistanten Punktnetz die Signalwerte
gemessen werden. Dieser Meßdatenraum wird in der Kernspin-
Tomographie im allgemeinen als k-Raum bezeichnet.
Die für die Bilderzeugung notwendige Information über die räum
liche Herkunft der Signalbeiträge ist in den Phasenfaktoren
codiert, wobei zwischen dem Ortsraum (also dem Bild) und dem
k-Raum mathematisch der Zusammenhang über eine zweidimensionale
Fourier-Transformation besteht. Es gilt:
ρ (kx, ky) = ∬ ρ (x, y) ei (kx x × ky y) dx dy
Dabei gelten folgende Definitionen:
ρ (x, y) = Spindichteverteilung unter Berücksichtigung der
Relaxationszeiten.
In den Fig. 8 und 9 ist die Lage der gewonnenen Meßwerte sche
matisch durch Punkte auf einer k-Raum-Trajektorie im k-Raum
dargestellt, wobei Fig. 8 für den durchgeschalteten Gradienten
GY nach Fig. 4 und Fig. 9 für den Gradienten GY in Form von
einzelnen Blips nach Fig. 5 gilt. Für die Fourier-Transforma
tion müssen die Werte in einem äquidistanten Punktnetz liegen,
was in den Beispielen nach den Fig. 8 und 9 nicht der Fall ist.
Die gewonnenen Meßwerte können daher nicht direkt verwertet
werden, sondern es muß eine Interpolation der Meßwerte auf
dieses äquidistante Punktnetz erfolgen.
Um das bei der Signalerfassung anfallende Rauschen zu verringern,
wird das analoge Meßsignal S einer Tiefpaßfilterung unterzogen.
Dabei sollte zur Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses
die Bandbreite des Tiefpaßfilters möglichst exakt der Signal
bandbreite des Nutzsignals entsprechen. Die Signalbandbreite
Δfs ist bei einem nicht konstanten Gradienten nicht konstant,
die Akquisitions- und damit auch die Rauschbandbreite Δfr hin
gegen ist bei äquidistanter Abtastung des Kernresonanzsignals S
im Abstand δ t konstant:
Die Signalbandbreite beträgt bei sinusförmigem Auslesegradi
enten:
Δfs(t) = γ · Δ × Gx (t)
= γ · Δ × GOX sin (ωGt)
= γ · Δ × GOX sin (ωGt)
Dabei ist γ die gyromagnetische Konstante, GOX die Amplitude
des Gradienten GX und ωG die Frequenz des Gradienten GX.
Ferner ist noch die Bandbreite in Phasencodierrichtung zu be
rücksichtigen. Für den Fall, daß der Phasencodiergradient GY
entsprechend Fig. 4 konstant gehalten wird, ergibt sich die
Bandbreite zu:
Im Falle der zeitlich äquidistanten, das Abtasttheorem er
füllenden Abtastung, also einer Abtastung im Intervall
δ t = TG/πN, gleichen Bildfenstern in x- und y-Richtung
(Δ x =Δ y) und gleicher Auflösung in x- und y-Richtung
(Nx=Ny=N), erhält man als Bandbreite des Kernresonanz
signals:
Dabei ist Nx die Spaltenzahl und Ny die Zeilenzahl der Bild
matrix.
Aufgrund der Abtastung des Kernresonanzsignals mit nicht kon
stanter Geschwindigkeit im k-Raum ist somit die Signalband
breite während der Abtastung nicht konstant. Bisher wurde die
Bandbreite Δ fs des Bandpaßfilters für das analoge Kernresonanz
signal (Zeitsignal) so bestimmt, daß für die maximale Geschwin
digkeit im k-Raum das Abtasttheorem gerade noch erfüllt wurde,
d.h. für eine Bildmatrix von N×N Bildpunkten wurde die Band
breite konstant mit N2×π/4 TG bestimmt. Damit wird jedoch
die Bandbreite des Tiefpaßfilters für den größten zeitlichen
Anteil der Abtastung unnötig groß. Eine große Bandbreite bedeu
tet jedoch auch verstärktes Rauschen. Das Signal-Rausch-Ver
hältnis ist jedoch beim EPI-Verfahren ein besonders kritisches
Problem.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Signal-Rausch-Verhält
nis beim EPI-Verfahren zu verbessern. Diese Aufgabe wird er
findungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bandbreite des Bandpaß
filters an die jeweilige Geschwindigkeit der Abtastung im
k-Raum in der Weise angepaßt wird, daß sie bei zunehmender Ge
schwindigkeit vergrößert wird. Damit kann die Bandbreite für
den größten Teil der Abtastung gegenüber einer konstanten Band
breite verringert werden. Dies führt - wie erläutert - zu
einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses.
Bei einem sinusförmigen Verlauf des Read out-Gradienten und
einer N×N-Matrix als Rohdatenmatrix ist die Bandbreite Δ fs
optimiert, wenn sie folgenden zeitlichen Verlauf aufweist:
Das Verfahren kann beispielsweise dadurch realisiert werden,
daß der gewünschte Verlauf mit einem bezüglich der Grenzfre
quenz regelbaren Tiefpaßfilter erzielt wird. Alternativ kann
der gewünschte Verlauf angenähert werden durch eine Reihe von
Tiefpaßfiltern mit fester Filterkennlinie, die so umgeschaltet
werden, daß der gewünschte Bandbreitenverlauf approximiert
wird.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Anpassung der Band
breite besteht darin, daß das Kernresonanzsignal im Zeitbereich
mit einer höheren Abtastrate als durch das Abtasttheorem vor
gegeben abgetastet wird, daß das dadurch entstehende Signal mit
einer bandbegrenzenden Funktion gefaltet und dann dem Rohdaten
speicher zugeführt wird. Die Faltung des Zeitsignals entspricht
einer Bandpaßfilterung, da eine Fourier-Äquivalenz zwischen
Faltung und Multiplikation besteht.
Dabei kann die bandbegrenzende Funktion vorteilhafterweise eine
Sinc-Funktion sein. Die für die bandbegrenzende Funktion müssen
nicht on-line mit einer relativ hohen Geschwindigkeit berech
net werden, sondern können auch off-line berechnet und in einem
Digitalspeicher abgelegt werden.
Eine vorteilhafte Möglichkeit der Interpolation des Kernreso
nanzsignals im Zeitbereich auf äquidistante Punkte im k-Raum
besteht darin, daß das Kernresonanzsignal im Zeitbereich mit
einer höheren Abtastrate als durch das Abtasttheorem vorgegeben
abgetastet wird, daß die so erhaltenen Zahlenfolgen durch
Fourier-Transformation, symmetrische Erweiterung der so ge
wonnenen Fourier-Zeilen durch Nullen und Rücktransformation in
einem feineren als dem ursprünglichen Abtastraster einer Sinc-
Interpolation unterzogen werden und daß das dadurch entstehende
Signal mit einer bandbegrenzenden Funktion gefaltet und dann
dem Rohdatenspeicher zugeführt wird.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
nachfolgend anhand der Fig. 10 bis 14 näher erläutert.
Wie bereits ausgeführt, besteht der Grundgedanke der Erfindung
darin, die Bandbreite, mit der das analoge Kernresonanzsignal
gefiltert wird, an die Abtastgeschwindigkeit im k-Raum anzu
passen. In der Praxis wird für die Filterung ein Tiefpaßfilter
eingesetzt, da keine störenden niederfrequenten Komponenten
auftreten.
Fig. 10 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Schaltung. Dabei wird
das Kernresonzsignal S zunächst verstärkt und dann einem phasen
empfindlichen Demodulator 21 zugeführt. Das demodulierte Signal
weist einen Realteil und einen Imaginärteil auf, die getrennt
weiterverarbeitet werden. Beide Signalkomponenten werden je
einem Tiefpaßfilter 22 bzw. 23 zugeführt, deren Grenzfrequenz
entsprechend der oben angegebenen zeitabhängigen Bandbreite
gesteuert wird. Die am Ausgang der Tiefpaßfilter 22 bzw. 23
anstehenden Signalkomponenten werden mit je einem Analog-Digi
tal-Wandler 24 bzw. 25 abgetastet. Dazu werden die Analog-
Digital-Wandler 24 und 25 von einem Taktgeber 27 mit einer
festen Frequenz gesteuert. Die gewonnenen digitalisierten
Signalwerte werden in einen Speicher 26 geschrieben und dann
auf die übliche Weise verarbeitet.
Durch die Anpassung der Bandbreite bzw. der Grenzfrequenz der
Tiefpaßfilter 24 und 25 an die zeitabhängige Abtastgeschwin
digkeit im k-Raum erhält man Signale, die bezüglich des Signal-
Rausch-Verhältnisses optimiert sind.
Eine weitere Schaltung zur Realisierung des beschriebenen Ver
fahrens ist in Fig. 11 dargestellt. Hierbei werden im Unter
schied zur Schaltung nach Fig. 10 keine regelbaren Tiefpaß
filter eingesetzt, sondern für jede am Ausgang des Demodulators
21 anstehende Signalkomponente eine Reihe von Tiefpaßfiltern
mit unterschiedlichen, jedoch festen Grenzfrequenzen. Die Aus
gänge der Tiefpaßfilter 22a bis 22n und 23a bis 23n sind mit
für Realteil und Imaginärteil gesondert vorgesehenen Multi
plexern 28 und 29 verbunden. Über diese Multiplexer 28 und 29
kann man steuern, welcher der Tiefpaßfilter 22a bis 22n bzw.
23a bis 23n jeweils an die Analog-Digital-Wandler 24 bzw. 25
angeschlossen wird. Dabei sind die Tiefpaßfilter 22a bis 22n
bzw. 23a bis 23n so dimensioniert und die Multiplexer 28 und 29
werden so gesteuert, daß die oben angegebene zeitabhängige
Bandbreite durch eine Treppenfunktion angenähert wird.
Eine weitere Schaltungsalternative ist in Fig. 12 dargestellt.
Hierbei werden die geregelten Tiefpaßfilter 22, 23 durch Fal
tungsrechenwerke 28 bzw. 29 ersetzt. In diesem Fall werden
Real- und Imaginärteil des demodulierten Kernresonanzsignals
mit je einem Tiefpaßfilter 31, 32 mit fester Grenzfrequenz ge
filtert und mit je einem Analog-Digital-Wandler 22 bzw. 23 ab
getastet. Voraussetzung für dieses Verfahren ist eine gezielte
Überabtastung des Kernresonanzsignals im Zeitbereich, d.h. die
konstante Abtastfrequenz ist zumindest für einen Teil der Ab
tastung größer als nach dem Abtasttheorem erforderlich. Durch
die Faltungsrechenwerke 28, 29, die auch durch einen program
mierbaren Signalprozessor realisiert sein können, werden der
Real- und der Imaginärteil des demodulierten Kernresonanz
signals im Zeitbereich mit einer bandbegrenzenden Funktion,
z.B. einer Sinc-Funktion, gefaltet. Dabei ist es günstig, die
Werte dieser bandbegrenzenden Funktion vorab zu berechnen und
in einen Digitalspeicher 30 abzulegen. Bekanntlich besteht eine
Fourier-Äquivalenz zwischen Faltung und Multiplikation. Damit
entspricht die Faltung eines Zeitsignals einer Bandpaßfilte
rung, wenn das Zeitsignal mit einer bandbegrenzenden Funktion
multipliziert wird.
Damit kann auf relativ einfache Weise ebenfalls eine zeitab
hängige Bandbreitenanpassung für die Kernresonanzsignale durch
geführt werden.
Wie bereits erwähnt, ist bei dem mit einer Faltung arbeitenden
Verfahren eine Überabtastung des Kernresonanzsignals im Zeit
bereich erforderlich. Die zur Gewinnung von im k-Raum äqui
distanten Werten benötigte Interpolation läßt sich vorteilhaft
durch Fourier-Operation ausführen. Das Kernresonanzsignal wird
im Zeitbereich zunächst mit einem Abtastraster δ t=2 T/Nπ
abgetastet, wobei T die Periodendauer des sinusförmigen Gradi
enten und N die Zeilen- und Spaltenzahl der Bildmatrix ist.
Das Interpolationsverfahren wird anhand der schematischen Dar
stellung nach Fig. 13 näher erläutert. Die durch Abtastung des
Kernresonanzsignals im Zeitbereich erhaltenen Zahlenfolgen
werden zeilenweise fourier-transformiert. Die so erhaltene
Funktion wird beidseitig durch Nullen ergänzt. Die damit er
haltene Funktion kann in einem feineren Raster einer Rück
transformation unterzogen werden. Damit wurde letztlich
eine Sinc-Interpolation durchgeführt. Mit den so interpolierten
Signalen kann dann die oben beschriebene Faltungsoperation
durchgeführt werden.
Faltung und Interpolation können auch off-line mit den im
Speicher 26 abgespeicherten, nicht gefalteten und nicht inter
polierten Werten durchgeführt werden. In diesem Fall werden die
Ausgangswerte der A/D-Wandler 24 und 25 gemäß dem Schema nach
Fig. 14 direkt dem Speicher 26 zugeführt und dann über eine
Rechenschaltung 33, die in der Praxis der Bildrechner sein
wird, interpoliert und gefaltet.
Durch die nach dem beschriebenen Verfahren angepaßte Bandbreite
ergibt sich eine mittlere relative Bandbreite von 2/π, das ent
spricht rund 0,64. Da das Rauschen proportional zur Wurzel der
Bandbreite ist, ergibt sich ein Gewinn im Signal-Rausch-Ver
hältnis von 20%. Diese Rauschminderung betrifft vorwiegend
hohe Frequenzen, so daß der visuelle Eindruck der Rauschver
besserung größer ist als diese 20%-Angabe erwarten läßt.
Es ist zu betonen, daß die Anwendung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens nicht auf den näher erläuterten Fall sinusförmiger
Gradienten beschränkt ist, sondern sich überall dort vorteil
haft einsetzen läßt, wo die Abtastgeschwindigkeit im k-Raum
nicht konstant ist.
Claims (8)
1. Verfahren zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses
bei einem Kernspin-Tomographiegerät, wobei nach einem Hf-An
regeimpuls (RF), der durch gleichzeitiges Einschalten eines
Magnetfeldgradienten (GZ) in einer ersten Richtung (z) schicht
selektiv wird, ein Phasencodiergradient (GY) in einer zweiten
Richtung (y) und ein Auslesegradient (GX), bestehend aus einer
in der Polarität von Puls zu Puls wechselnden Gradientenpuls
folge in einer dritten Richtung (x) eingeschaltet wird, wobei
das unter dem Auslesegradienten (GX) erfaßte Signal (S) phasen
empfindlich demoduliert, über Bandpaßfilter (22, 23) geführt,
mit einer Abtastrate digitalisiert und je Gradientenpuls in
eine Zeile einer Rohdatenmatrix (26) im k-Raum geschrieben
wird, wobei aus der Rohdatenmatrix (26) durch zweidimensionale
Fourier-Transformation eine Bildmatrix gewonnen wird und wobei
aus dieser Bildmatrix ein Bild erstellt wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bandbreite (Δ fs) des
Bandpaßfilters (22, 23) an die jeweilige Geschwindigkeit der
Abtastung im k-Raum in der Weise angepaßt wird, daß sie bei
zunehmender Geschwindigkeit vergrößert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Auslesegradient (GX)
einen sinusförmigen Verlauf hat und wobei die Rohdatenmatrix
eine N×N-Matrix darstellt, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bandbreite (Δ fs) folgenden zeit
lichen Verlauf aufweist:
wobei δ t der Abtastabstand und ωG die Kreisfrequenz des Aus
lesegradienten und N die Anzahl der Spalten und Zeilen der
Bildmatrix ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der gewünschte Verlauf der
Bandbreite mit bezüglich der Grenzfrequenz regelbaren
Tiefpaßfiltern (22, 23) realisiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der gewünschte Verlauf ange
nähert wird durch eine Reihe von Tiefpaßfiltern (22a-22n,
23a-23n) mit fester Filterkennlinie, die so umgeschaltet
werden, daß der gewünschte Bandbreitenverlauf approximiert
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Kernresonanzsignal (S) im
Zeitbereich mit einer höheren Abtastrate als durch das Abtast
theorem vorgegeben abgetastet wird, daß das dadurch entstehende
Signal mit einer bandbegrenzenden Funktion gefaltet und dann
dem Rohdatenspeicher (26) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bandbegrenzende Funktion
eine Sinc-Funktion ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die für die bandbegrenzende
Funktion erforderlichen Werte off-line berechnet und in einem
Digitalspeicher (30) abgelegt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Kernresonanzsignal (S) im Zeitbe
reich mit einer höheren Abtastrate als durch das Abtasttheorem
vorgegeben abgetastet wird, daß die so erhaltenen Zahlenfolgen
in einem Rohdatenspeicher (26) abgelegt werden und dann off-line
durch Fourier-Transformation, symmetrische Erweiterung der so
gewonnenen Fourier-Zeilen durch Nullen und Rücktransformation
in einem feineren als dem ursprünglichen Abtastraster einer
Sinc-Interpolation unterzogen werden und daß das dadurch ent
stehende Signal mit einer bandbegrenzenden Funktion gefaltet
und dann wieder in den Rohdatenspeicher (26) zurückgeschrieben
wird.
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
DE4032707A1 (de) * | 1990-10-15 | 1992-04-16 | Siemens Ag | Entstoerfilter fuer eine gradientenspule in einem kernspinresonanz-bildgeraet |
DE4107515A1 (de) * | 1991-03-08 | 1992-09-10 | Siemens Ag | Verfahren zum betrieb eines kernspintomographiegeraets zur erzeugung von schnittbildern in beliebiger lage und schaltungsanordnung zur druchfuehrung des verfahrens |
DE4309370A1 (de) * | 1993-03-23 | 1994-09-29 | Siemens Ag | Hochfrequenz-Einrichtung einer Anlage zur Kernspintomographie mit einer Empfangsschleife und einem Vorverstärker |
Families Citing this family (18)
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US5245282A (en) * | 1991-06-28 | 1993-09-14 | University Of Virginia Alumni Patents Foundation | Three-dimensional magnetic resonance imaging |
US5492123A (en) * | 1993-08-13 | 1996-02-20 | Siemens Medical Systems, Inc. | Diffusion weighted magnetic resonance imaging |
EP0644437B1 (de) * | 1993-09-16 | 1999-05-12 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Korrektur der Polarität des Auslesegradienten in Bilderzeugung durch EPI und GRASE magnetische Resonanz |
DE4333222B4 (de) * | 1993-09-30 | 2006-08-17 | Siemens Ag | Magnetresonanzgerät mit einer eine Interpolationseinheit aufweisenden Signalverarbeitungseinheit |
JPH07308302A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-11-28 | Siemens Medical Syst Inc | 磁気共鳴を用いての、組織または流体の選択された領域の像の形成およびバックグランドの抑圧方法 |
US5560361A (en) * | 1994-01-31 | 1996-10-01 | General Electric Company | MRI system with time varying gradient during signal acquisition |
DE4412446C2 (de) * | 1994-04-12 | 1996-09-12 | Bruker Medizintech | Verfahren und Vorrichtung zur Erstellung eines NMR-Tomographiebildes |
US5572608A (en) * | 1994-08-24 | 1996-11-05 | International Business Machines Corporation | Sinc filter in linear lumen space for scanner |
US5602476A (en) * | 1995-08-17 | 1997-02-11 | Picker International, Inc. | Ultra-fast MR imaging data acquisition scheme using mixed bandwidth data |
DE19816961A1 (de) * | 1998-04-17 | 1999-06-17 | Siemens Ag | Verfahren zur Gewinnung eines dreidimensionalen Rohdatensatzes für die MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
DE10016234B4 (de) * | 2000-03-31 | 2006-12-14 | Siemens Ag | Verfahren zur Bildgebung mittels Kernspinresonanz bei einer gekrümmt verlaufenden K-Raum-Trajektorie |
US6862323B1 (en) * | 2001-08-08 | 2005-03-01 | Rockwell Collins | Low pass filters for high dynamic range wideband direct conversion receiver |
US6564081B1 (en) * | 2001-10-31 | 2003-05-13 | Ge Medical Systems Global Technology Co. Llc | Method and apparatus of MR data acquisition using ensemble sampling |
WO2006119164A2 (en) * | 2005-05-04 | 2006-11-09 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Mri acquisition using 2d sense and partial fourier space sampling |
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FR2898685A1 (fr) * | 2006-03-14 | 2007-09-21 | Centre Nat Rech Scient | Traitement d'image obtenue par resonance magnetique a bandes passantes variables |
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Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE3114421A1 (de) * | 1981-04-06 | 1982-10-21 | Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik Berlin GmbH, 1000 Berlin | Anordnung zur spektralanalyse eines analogsignals |
GB2107469B (en) * | 1981-09-21 | 1985-09-18 | Peter Mansfield | Nuclear magnetic resonance methods |
EP0132337A3 (de) * | 1983-07-21 | 1986-12-30 | The Regents Of The University Of California | Vorrichtung und Verfahren zur Verminderung des "Aliasing-Artefaktes" bei der sagittalen oder koronalen NMR-Bilderzeugung |
IL80727A (en) * | 1986-11-21 | 1990-06-10 | Elscint Ltd | Noise reduction in magnetic resonance images |
US5038784A (en) * | 1987-02-11 | 1991-08-13 | General Electric Company | Multiple-echo angiography with enhanced signal-to-noise ratio |
US5022398A (en) * | 1987-02-11 | 1991-06-11 | General Electric Company | Multiple-echo NMR angiography for enhancement of signal-to noise ratio |
US4881033A (en) * | 1987-06-24 | 1989-11-14 | Picker International, Inc. | Noise-reduced synthetic T2 weighted images |
US4973111A (en) * | 1988-09-14 | 1990-11-27 | Case Western Reserve University | Parametric image reconstruction using a high-resolution, high signal-to-noise technique |
US4896113A (en) * | 1988-11-25 | 1990-01-23 | General Electric Company | Use of repeated gradient echoes for noise reduction and improved NMR imaging |
-
1990
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4032707A1 (de) * | 1990-10-15 | 1992-04-16 | Siemens Ag | Entstoerfilter fuer eine gradientenspule in einem kernspinresonanz-bildgeraet |
US5200703A (en) * | 1990-10-15 | 1993-04-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Anti-interference filter for a gradient coil in a nuclear magnetic resonance imaging apparatus |
DE4107515A1 (de) * | 1991-03-08 | 1992-09-10 | Siemens Ag | Verfahren zum betrieb eines kernspintomographiegeraets zur erzeugung von schnittbildern in beliebiger lage und schaltungsanordnung zur druchfuehrung des verfahrens |
DE4309370A1 (de) * | 1993-03-23 | 1994-09-29 | Siemens Ag | Hochfrequenz-Einrichtung einer Anlage zur Kernspintomographie mit einer Empfangsschleife und einem Vorverstärker |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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JPH0377536A (ja) | 1991-04-03 |
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