SE532371C2 - Förfarande och anordning för bearbetning av en distortionskorrigerad 2D- eller 3D- rekonstruktionsbild, avbildad med en magnetresonansanordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 532 371 2 medför att en vid en första reell position mätt signal efter rekonstruktionen med orätt uppträder vid en andra, annan position. Över den så kallade distortionskorrigeringen korrigeras dessa fel baserat på kännedomen om den rumsliga ickelinjäriteten hos de aktuella gradientfälten för den eller de använda algoritmerna som uppvisar de motsvarande korrigeringsdelarna. Då dessa distortionskorrigerade bilder följaktligen visar geometriskt respektive anatomiskt korrekta bilder, strävas efter den distortionskorrigering som alla mätta bilder kan använda.

Alldenstund för bestämda applikationer som exempelvis spektroskopin för säkerställandet av en absolut positioneringsnoggrannhet för en protokollplanering såväl som en bildutvärdering måste absolut odistorterade bilder användas, så blir inte de bearbetade, distortionskorrigerade bilderna respektive datapostema avlagda, utan de ursprungligen mätta dataposterna, som uppvisar distortionerna på grund av ickelinjäriteten. En lagring av såväl de ursprungligt registrerade bilddataposterna, alltså de distorterade 2D- eller 3D- rekonstruktionsbildema såväl som de distortionskorrigerade rekonstruktionsbildemai bilddatabanken erbjuder sig inte, då härigenom den lagrade bilddatavolymen blir fördubblad.

För en bildutvärdering inom ramen för skiktplaneringen, som sker i de allra flesta fallen med hjälp av de distortionskorrigerade bilderna, âr det på grund av denna nödvändigt, att alltid beräkna denna ur den ursprungliga mätdatan på nytt. På grund av detta uppstår alltså i normalfallet en påtaglig och tidsförbrukande beräkningsprestation, resulterande ur behovet, att det för några enstaka applikationer den ickedistorterad bilddatan måste existera.

Uppfinningen syftar alltså till att påvisa ett förbättrat 2D- eller 3D-rekonstruktions- bildsbearbetningsförfarande.

Lösningen avser ett 2D- eller 3D-rekonstruktionsbildbearbetningsförfarande av det inledningsvis angivna slaget, vid vilket den distortionskorrigerade rekonstruktionsbilden ätertransformeras till en icke distortionskorrigerad rekonstruktionsbild genom användning av en motsvarande algoritm till vilken tillförs ett andra ingàngsvärde för varje signal som bearbetas och där det andra ingángsvärdet beskriver ett fiktivt gradientfält för respektive distorderad mätpunkt för den bearbetade signalen, och som ökas eller minskas av den ickelinjära fältkomponenten för det verkliga gradientfältet jämfört med det linjära ideala gradientfältet.

Uppfinningen grundar sig på tanken av en inverterad distortionskorrigering, inom ramen för vilken den eller en på sedvanligt sätt till distortionskorrigering använd algoritm används, där det gradientfältet beskrivande ingângsvärdet ges. Detta ingängsvärde beskriver ett "fiktivt" 10 15 20 25 30 35 532 37% 3 eller ”effektivt” gradientfält, som beskriver återtransformeringen, följaktligen alltså den ickelinjära fältandelen, som den inom ramen för distortionskorrigeringen skulle beaktas, återtransformerad respektive inverterat avbildad. En distortionskorrigeringsbetingad transformation av den egentliga upptagna mätsignalen från den distortionsbetingade mätposltionen till reell mätposition blir härigenom alltså annullerad respektive inverterad, det vill säga, signalen av den distortionskorrigerade bilden, som på grund av korrigeringen uppträder vid den reella mätpositionen, blir återavbildad på den distortionsbetingade ”falska” mätposltionen.

Förfarandet enligt uppfinningen tillåter därmed, uteslutande att de distortionskorrigerade 2D- eller 3D-bilddatasatsema respektive rekonstruktionsbildema lagras i bilddatamlnnet. Med detta arbetas i regelfallet. Skulle det ändå behövas, att för skiktplanering etc. vara tvunget att gå tillbaka till en ursprunglig bild, kan vid användning av förfarandet enligt uppfinningen på ett enkelt sätt distortionskorrigeringen inverteras och fastställas ur den distortionskorrlgerade rekonstruktionsbilden för den ursprungliga upptagna distortionsokorrigerade rekonstruktionsbilden. Härtill används företrädesvis samma algoritm, som användstill distortionskorrigeringen, det är bara att fastställa och ge ett annat ingàngsvärde, för att ta itu med den inverterade distortionen, så att återtransformeringen enligt uppfinningen också kan ske mycket enkelt.

Centrala ”element” hos det inverterade korrigeringsförfarandet är som ovan förklarats det förhandenvarande blldpunkt- eller mätpunktspecifika ingängsvärdet. Såväl inom ramen för distortionskorrigeringen som också àtertransforfneringen bearbetas som brukligt är inte alla bildpunkter respektive alla signaler vid alla mätpositioner av effektivitetsskäl, utan enbart en signal- eller mätpunktskara, mellan vilka sedan kan interpoleras. Såvida mycket höga bildkvaliteter önskas, kan emellertid också varje bildpunkt, resp. varje signal bearbetas. För bestämning av det bildpunktspeolfika andra ingångsvärdet föredras att följande steg företas: bestämning av den förhandenvarande ickelinjära fältandelen i varje reell mätpunkt för en bearbetad signal hos den distortionskorrigerade 2D- eller BD-rekonstruktionsbilden i var och i en av de två resp. tre rumsriktningarna, bestämning av den geometriska distortionen i de tre rumsriktningarna och fastställande av positionen för de förhandenvarande distorterade mätpunktema, och bestämning av det andra inmatningsvärdet med ledning av den förhandenvarande ickelinjära fältandelen och fältandelen hos det linjära ideella gradientfältet i den dlstorterade mätpunkten. lnom ramen för det första förfaringssteget bestäms för varje mätpunkt i den distortionskorrigerade 2D- eller 3D-rekonstruktionsbilden i jämförelse med det ideella linjära 10 15 20 25 30 35 532 371 4 gradientfältet, den ickelinjära fältanclelen, som ges i denna punkt mellan det reella gradíentfältet, som är alstrat i denna punkt, och det ideella gradientfältet. l anslutning härtill bestäms, utgående från värdet hos det reella, ickelinjära gradientfältet i den reella, distortionskorrigerade mätpunkten för det motsvarande magnetfältsvärdet pä den linjära gradientfältskurvan och den tillhörande distorterade mätpunkten, det vill säga, det blir distortionen i varje av de tre rumsriktningarna för varje mätpunkt som den distortions- korrigerade bilden fastställer. l anslutning härtill bestäms det andra inmatningsvärdet, som motsvarar värdet av fältandelen hos det linjära ideella gradientfältet i den distorterade mätpunkten (som motsvarar värdet av den reella fältandelen i den faktiska mätpunkten) såväl som den ickelinjära fältandelen. Detta "effektiva gradientfältsvärde” i den förhanden» varande distorterade mätpunkten ligger därefter tiil grund för återtransforrneringen och används på signalen i den förhandenvarande reella, distortionskorrigerade mätpunkten.

Detta tillvägagångssätt företas beträffande båda tvâ resp. alla tre rumsriktningama..

Bestämningen av detta ”effektiva” eller fiktiva” gradientfältsvärde respektive gradientfält ur det kända reella, ickelinjära gradientfältet och det ideella, linjära gradientfältet är ytterst enkelt och kan ske mycket snabbt.

Föredraget är att använda som första eller som andra algoritm en sådan, som ger utvecklingskoefflcienten för en multipolutveckling av gradientfältet, varvid utvecklings- koefficienten fastställs med hjälp av det andra ingångsvärdet. En känd väg till distortionskorrigeringen är den så kallade multipolutvecklingen av gradientfältet, som är en kulfunktionsutveckling, vid vilken fältet beskrivs som en summa av olika termer. lnom ramen för denna utveckling används utvecklingskoefficienter a och b, som beskriver den förhandenvarande ickelinjäriteten vid varje betraktad position. Dessa utvecklingskoefñcienter kan vid användning av en sådan dlstortionskorrigeringsalgoritm fastställas med hjälp av det ovan beskrivna fiktiva eller effektiva gradientfältet. För fackmannen är multipolutvecklingen respektive distortionskorrigeringen under användning av utvecklingskoeffioienter för en multlpolutveckling tillräckligt känt, varför detta inte närmare behövs gå in på.

Vid sidan av förfarandet självt avser uppfinningen ytterligare en magnetresonansanordnlng, omfattande en bildbearbetningsanordning för bearbetning av mätta signaler och för bildrekonstruktion, utformad för genomförandet av det ovan beskrivna förfarandet.

Ytterligare fördelar, kännetecken och detaljer hos uppfinningen visar sig i det följande beskrivna utföringsexemplet såväl som med hjälp av ritningen. Därvid visar: Fig. 1 en principskiss av en magnetresonansanordning, och 10 15 20 25 30 35 532 3171 5 Fig. 2 ett diagram för äskådliggörande av fastställandet av det fiktiva respektive effektiva gradientfältet.

Fig. 1 visar en magnetresonansanordning 1 enligt uppflnningen, bestående av en signalupptagningsdel 2, som omfattar inte närmare visade grundfältsmagneter, en gradientspole 3 samt en inte närmare visad högfrekvensspole och sedvanliga ytterligare komponenter, vilka här inte berörs närmare. Magneten alstrar på känt sätt ett grundfält med en homogenitetsvolym, som under användning av lämpliga shimanordningar såsom exempelvis shimjärnpiattor eller shimspolar homogeniseras. Dessa shimanordningar är inte heller närmare beskrivna, eftersom de är tillräckligt kända för fackmannen. Över gradientspolen 3 alstras ett gradientfält med tre i de förhandenvarande rumsriktningarna x, y, z visande fältkomponenter pà ett känt sätt, som reellt uppvisar en viss ickelinjàritet.

Visat är vidare en den allmänna anläggnings- och därmed också bildupptagningsverk- samheten styrande styranordning 4 med en bildbearbetningsanordning 5 och tillhörande bilddataminne 6 såväl som en tillhörande monitor 7 för framställning av de över bild- bearbetningsanordningen 5 alstrade 3D-rekonstruktionsbilderna. Styranordningen 4 förses med de över de lämpliga signalupptagningsanordningama respektive antennema i upptagningsdelen 2 mottagna bildgivande signalerna, som bearbetas i bildbeabetnings- anordningen 5. Bildbearbetningsanordningen 5 är utformad för SD-rekonstruktion såväl som korrigering av bilddistortionen, som skapas av ickelinjäriteten hos gradientfälten. Hârtill är åtminstone en eller i förkommande fall flera rekonstruktions- respektive korrigerings- algoritmer använda. För fackmannen är olika rekonstruktions- respektive korrigerings- algoritmer tillräckligt kända. Vid magnetresonansanordningen enligt uppfinningen lagras de distortionskorrigerade bilddatapostema respektive rekonstruktionsbilderna i bilddataminnet 6, men inte de reella upptagna bilddatapostema respektive signalposterna. Är det nu erforderligt, att i stället för en distortionskorrigerad bild på monitoren 7 visa en ursprunglig upptagen okorrigerad bild, verkställs över bildbearbetningsanordningen 5 på den förhandenvarande bilddatasatsen i bilddataminnet 6 en återtransformation av bilddatan, det fastställs alltså bilddata, som de var som ursprungliga. Med hjälp av dessa fastställs då den distorterade 2D- eller BD-rekonstruktionsbilden.

Härefter beskrivs för det första principen av distortionskorrigeringen, för det andra principen enligt uppfinningen av den inverterade distortionskorrigeringen för att möjliggöra återtransforrnationen enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 532 37"! 6 Magnetresonansbildgivning baseras på den tidsavhängiga mätningen av magnetresonanssignalema under applicering av en magnetfältgradient. Vid bildrekonstruktionen under användning av den mätta signalen antas, att denna gradient uteslutande uppvisar linjära termer. Härefter förklaras det motsvarande sammanhanget för x- axeln som ett exempel, för att förenkla framställningen. Motsvarande gäller självfallet också beträffande y- och z-axlarna.

Det ideella magnetfältet B; (x) beroende av positionen x anges genom Bi (x) = G - x, varvid G är ett konstant värde som anger gradientstyrkan.

Visserligen uppvisar reella gradientfält med begränsat utbredda spolgeometrier också ickelinjäriteter, som leder till en positionsdistortion hos de rekonstruerade bildema.

Denna awikelse hos de reella fälten B, (x) från det ideaiiserade förloppet kan beskrivas som följer: Br (X) = Bi (X) + ABAX) = G ' X + Aßrix). varvid AB, (x) beskriver de ickelinjära fältkomponentema (här i x-riktning). Denna extra ickelinjära fältkomponent har till följd, att en mätt signal från position xt, alltså den reella mätpositlonen, efter rekonstruktionen uppträder oriktigt vid positionen xm. För den verkliga positionen xt gäller då följande: Bestående algoritmer för distortionskorrigeringen baseras pà kännedomen av denna rumsliga ickellnjäritet AB, (x) hos gradientfälten. Denna ickelinjäritet är en systemegenskap och typiskt parametriserad som koefficient av en multipolutveckling.

Förfarandet enligt uppfinningen erbjuder nu en enkel möjlighet för återtransformationen av de distortionskorrigerade bilderna i den tillhörande distortionsokorrigerade bilden under användning av bestående förfarande respektive algoritmer för den ”normala” distortionskorrigeringen. Den enda skillnaden är användningen av ett så kallad ”effektivt” 10 15 20 25 30 532 37% 7 eller fiktivt” gradientfält, som beskriver återtransforrnationen. Detta gradientfält Be (x) kan beskrivas som = G ' X + varvid AB., (x) är en ickelinjär andel av det ”effektiva” gradientfältet. Detta ”effektiva” gradientfält måste följaktligen motsvarande beräknas för xm, ifullständig analogi med ovanstående ekvation, ABL, (a. i G Xm: xt; varvid den ickelinjåra andelen av det effektiva gradientfältet bestäms efter ABs (Xm) = AB,(X,).

Dessa sammanhang resulterar i åskådlig form ur fig. 2. Där år längs abskissan positionen x ansatt och längs ordinatan gradientfältets fältstyrka B ansatt. Visat är för det första den sträckade visade räta linjen, som beskriver det ideella linjära gradientfältet Bl (x) = G - x .

Visat är vidare det reella gradientfältförioppet över kurvan B, (x), såväl som ett exempel på det ”effektiva” gradientfältet B., (x).

För beräkning av det ”effektiva” gradientfälteti en punkt, som inom ramen för den inverterade distortionskorrigeringen skall återtransformeras, blir nu närmast den ickelinjära fältandelen AB, (x,) bestämd i den reella distortionskorrigerade mätpunkten xt, vilken erhålls ur differensen mellan det ideella gradientfâltet AB! (x,) i positionen x, och det reella gradientfältet B, (x,_). Därefter bestäms fältvärdet på den ideella gradientfältskurvan B. (x), vilket motsvarar det reella gradientfältvärdet B, (xg i punkt x,. Härur erhålls så den distorterade mätpunkten xm, som visas âskådligt i fig. 2. För bestämning av det effektiva gradientfältsvärdet i punkt xm bestäms detta nu till B, (xm) == G - xm - AB, (xg. Det vill säga gradientfältsvärdet pà den ideella fältkurvan höjs eller sänks till detta värde, efter förebud av den ickelinjära fältandelen hos det reella gradientfältet i punkten xt. Den effektiva ickelinjäriteten ABe (xm) motsvarar alltså den effektiva reella ickeiinjäriteten AB, (xt).

Denna beräkning genomförs nu - utgående från exemplet enbart längs x-axeln -för en punktskara xß, den beräknas alltså för denna punktskara för den förhandenvarande distortionen Ai = AB(x,')/G. 10 532 37% 8 Därefter bestäms vid förhandenvarande position xml = xå + Axl det effektiva graolientfältet till Be (xml) = G ~ xm' - AB, (xf). Dessa magnetfältsvärden vid punkterna xml tjänar dåsom ingàngsvärden för det använda distortionskorrigeringsförfarandet, alltså den använda korrigeringsalgoritmen, med vilken exempelvis redan distortionskorrigeringen inom ramen för förbearbetningen sker. ifall distortionskorrigeringsförfarandet måste ha utvecklingskoefficienter för en multipolutveckling av fältet till förfogande, kan dessa som redan beskrivs bestämmas ur magnetfältsvärdet Be (xnfl) vid punkten xml.

Därefter hänvisas återigen till att det ovan beskrivna fastställandet av det effektiva gradientfältet i alla tre rumsriktningarna för varje punkt av punktskaran xfi, yÄ, zf genomförs när en BD-rekonstruktionsblld föreligger. l fallet med en ZD-rekonstruktionsbild tas naturligtvis endast hänsyn till de två relevanta rumsriktningarna.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 532 3?'? PATENTKRAV

1. Metod för bearbetningen av en 2D- eller BD-rekonstruktionsbild, som registrerats med hjälp av en magnetresonansanordning, innefattande en gradientspole som genererar ett gradientfält, och som är distortionskorrigerad med hänsyn till en given ickelinjäritet hos gradientfältet som leder till en bilddistortion, genom användning av en algoritm som bearbetar mätsignalerna i olika mätpunkter i bildvolymen, och vilken algoritm, för varje bearbetad signal, använder ett första ingángsvärde som beskriver det verkliga gradientfältet i mâtpunkten för signalen, kännetecknad av, att den distortionskorrigerade rekonstruktionsbilden återtransformeras till en icke distortions» korrigerad rekonstruktionsbild genom användning av en motsvarande algoritm till vilken tillförs ett andra ingångsvärde för varje signal som bearbetas och där det andra ingångsvärdet beskriver ett fiktivt gradientfält för respektive distorderad mätpunkt för den bearbetade signalen, och som ökas eller minskas av den ickelinjära fältkomponenten för det verkliga gradientfältet jämfört med det linjära ideala gradientfäitet.

2. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av att följande metodsteg utförs för att bestämma det bildpunktspecifika andra ingàngsvärdet, - bestämning av respektive ickelinjära fältkomponenten i varje verklig mätpunkt av en bearbetad signal hos den distortionskorrigerade 2D- eller SD-rekonstruktionsbilden i vardera av de två eller tre rumsriktningarna, ~ bestämning av den geometriska distortionen i de tre rumsriktningarna och fastställande av positionen för respektive distorteracle mätpunkt, och - bestämning av det andra ingângsvärdet med hjälp av respektive ickeiinjära fältkomponerit och fältkomponenten för det linjära ideala gradientfältet i den distorterade mätpunkten.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att koefficienter för en multipolutveckiing av gradientfältet tillförs algoritmen, varvid - koefficienterna fastställs med hjälp av det andra ingångsvärdet.

4. Magnetresonansanordning innefattande en bildbearbetningsenhet för bearbetningen av mätsignaler för bildrekonstruktion, kännetecknad av att bildbearbetningsenheten är anordnad att bearbeta mätsignaler skapad i magnetresonans- anordningen och återtransformera en distortionskorrigerad bild genom användning av en 532 371 10 algoritm till vilken tillförs ett andra íngàngsvärde för varje signal som bearbetas och där det andra ingàngsvärdet beskriver ett fiktivt gradientfält för respektive distorderad mätpunkt för den bearbetade signalen, och som ökas eller minskas av den ickelinjära fâltkomponenten för det verkliga gradientfältet jämfört med det linjära ideala gradientfältet.