DE102012222149B4

DE102012222149B4 - Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten

Info

Publication number: DE102012222149B4
Application number: DE102012222149.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Popescu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2032-12-05
Also published as: US20140152306A1; US9476954B2; DE102012222149A1

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen (M) einer Magnetresonanzanlage (9) befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts (11) mittels der Magnetresonanzanlage (9), umfassend die Schritte: – Anregen von Echosignalen mittels sukzessive durch eine Hochfrequenzantenne (16) der Magnetresonanzanlage (9) eingestrahlter HF-Anregungspulse, – Aufnehmen von Echosignalen mittels der Hochfrequenzantenne (16) nach jedem eingestrahlten HF-Anregungspuls unter Schalten verschiedener Gradienten (Gx, Gy, Gz) zur Ortskodierung durch Auslesen eines definierten k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (Gx, Gy, Gz) vorgegeben sind, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird und wobei zu den Gradienten (Gx, Gy, Gz) zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet wird, und – Speichern der aufgenommenen Echosignale als Magnetresonanzmessdaten, wobei die Amplitude mindestens eines während des Auslesens einer Trajektorie geschalteten nichtlinearen Gradienten von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten, nach einem weiteren HF-Anregungspuls ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, das die Ausführung eines derartigen Verfahrens ermöglicht, einen elektronisch lesbaren Datenträger, sowie eine Magnetresonanzanlage hierfür.
Mit der Magnetresonanz-Technik (abgekürzt mit „MR” für Magnetresonanz) können Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden. Hierzu wird das Untersuchungsobjekt in einer Magnetresonanzanlage in einem starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder, kurz „Gradienten” genannt, überlagert.
Zur Bestimmung von Materialeigenschaften des abzubildenden Untersuchungsobjekts wird die Dephasierung bzw. Relaxationszeit nach einer Auslenkung der Magnetisierung aus der Anfangsausrichtung ermittelt, sodass verschiedene materialtypische Relaxationsmechanismen bzw. Relaxationszeiten identifiziert werden können. Die Auslenkung erfolgt typischerweise durch Einstrahlung von hochfrequenten Anregungspulsen (HF-Anregungspulsen) in das Untersuchungsobjekt (man spricht dabei auch von einer Anregung von Echosignalen) und die Ortsauflösung beruht dabei auf einer zeitlich festgelegten Manipulation der ausgelenkten Magnetisierung mit Hilfe des Gradientenfelds in einer sogenannten Messsequenz, die eine genaue zeitliche Abfolge von HF-Pulsen, Änderung des Gradientenfeldes (durch Aussenden einer Schaltsequenz von Gradientenpulsen) sowie der Erfassung von Messwerten festlegt.
Mittels MR-Techniken ist es möglich Weichteile mit hohem Kontrast darzustellen. Unterschiedliche Stoffe sind aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften wie die Relaxationszeit der Längsmagnetisierung T1, der Zerfallszeit der Quermagnetisierung T2 oder die Zeitkonstante des freien Induktionszerfalls T2* (auch effektive Zerfallszeit der Quermagnetisierung genannt) oder auch Präzessionsfrequenzen, mit geeigneten Sequenzen gut darstellbar und unterscheidbar.
Bei der Anregung kann man zwischen selektiven HF-Anregungspulsen, die z. B. nur eine Schicht im Untersuchungsobjekt anregen, und nicht-selektiven HF-Anregungspulsen unterscheiden. Nicht-selektive HF-Anregungspulse regen optimalerweise das gesamte Untersuchungsobjekt bzw. zumindest das zu untersuchenden Untersuchungsgebiet im Untersuchungsobjekt gleichmäßig an. Zur Ortsauflösung werden zusätzliche Gradienten geschaltet. Beispielsweise für eine Auflösung in Schichtrichtung werden Gradienten in Schichtrichtung geschaltet.
Typischerweise erfolgt eine Zuordnung zwischen gemessener Magnetisierung – aus der die erwähnten Materialeigenschaften abgeleitet werden können – und einer Ortskoordinate der gemessenen Magnetisierung mit Hilfe eines Zwischenschritts. In diesem Zwischenschritt werden erfasste Magnetresonanz-Rohdaten in dem so genannten „k-Raum” angeordnet, wobei die Koordinaten des k-Raums als Funktion des Gradientenfeldes kodiert sind. Das Gradientenfeld verändert die Resonanzfrequenz (Larmorfrequenz) und beispielsweise auch die Phasenlage der durch einen HF-Puls ausgelenkten Magnetisierung ortsabhängig, sodass durch Identifikation von Phasenlage und Resonanzfrequenz der gemessenen Magnetisierung eine Ortsinformation erhalten wird. In anderen Worten, eine Ortsinformation liegt phasen- und frequenzkodiert dem Koordinatensystem des k-Raums zugrunde (Ortsfrequenz) und wird als Funktion des Gradientenfeldes bestimmt. Der Betrag der Magnetisierung (insbesondere der Quermagnetisierung, in einer Ebene quer zum Grundmagnetfeld bestimmt) an einem bestimmten Ort des Untersuchungsobjekts kann aus dem Auslesepunkt, mit Hilfe einer Fourier-Transformation ermittelt werden, die aus einer Signalstärke (Betrag der Magnetisierung), die einer bestimmten Frequenz (der Ortsfrequenz) zugeordnet ist, eine Signalstärke des Signals im Ortsraum berechnet.
Der k-Raum bildet somit einen inversen Fourier-Raum zum Ortsraum des Untersuchungsobjekts, sodass die Magnetresonanzsignale mit Hilfe einer Fourier-Transformation in den Ortsraum zur Erstellung des Magnetresonanzabbilds transformiert werden. Das Gradientenfeld bestimmt somit einen Punkt im k-Raum, wobei der Verlauf der Änderung des Gradientenfeldes eine Folge von k-Raum-Punkten festlegt, die als so genannte „Trajektorie” durch den k-Raum oder auch als „Projektion” bezeichnet werden kann.
Wird der k-Raum dabei nicht dicht genug ausgelesen, um alle Variationen des Signals zu erfassen, so können Artefakte im rekonstruierten Bild entstehen. Um dies zu verhindern, sollte die Nyquist-Bedingung eingehalten werden, die besagt, dass ein Signal mit einem Abtastintervall Δt keine Frequenz beinhalten kann, die größer als 1/(2Δt) ist.
Aus US 7 583 780 B2 ist ein Verfahren zum Erhalt von Magnetresonanzmessdaten im k-Raum unter Einsatz nichtlinearer Gradienten bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Zeit für das Auslesen des k-Raums, also die Zeit zum Erstellen der Magnetresonanzmessdaten, zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 7, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9, sowie durch ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf ein Gerät gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Die Erfindung nutzt die Verwendung von Zufallsmustern unter Schalten von nichtlinearen Gradienten und unter Verletzung der Nyquist-Bedingung zum Auslesen des k-Raums, um die Zeit zum Erstellen der Magnetresonanzmessdaten zu verkürzen und dennoch mögliche Artefakte im rekonstruierten Bild zu verhindern.
Dabei wird ein Verfahren bereitgestellt, das Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts mittels der Magnetresonanzanlage erzeugt und folgende Schritte umfasst:

– Anregen von Echosignalen mittels sukzessive durch eine Hochfrequenzantenne der Magnetresonanzanlage eingestrahlter HF-Anregungspulse,
– Aufnehmen von Echosignalen mittels der Hochfrequenzantenne nach jedem eingestrahlten HF-Anregungspuls unter Schalten verschiedener Gradienten zur Ortskodierung durch Auslesen eines definierten k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten vorgegeben sind, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird und wobei zu den Gradienten zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet wird,
– Speichern der aufgenommenen Echosignale als Magnetresonanzmessdaten.

Die durch das erfindungsgemäße Schalten von nichtlinearen Gradienten gewonnenen Freiheitsgrade tragen auf vorteilhafte Weise dazu bei, den k-Raum mit einem optimierbaren Zufallsmuster auszulesen unter gleichzeitiger Minimierung unerwünschter Korrelationen zwischen ausgelesenen k-Raum-Punkten.
Da das Auslesen des k-Raums weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert erfolgt, wird die Akquisition der Magnetresonanzmessdaten beschleunigt. Die durch eine derartige Unterabtastung üblicherweise erzeugten Bildartefakte bei der Rekonstruktion von Bildern aus den Magnetresonanzmessdaten, die mit unterbestimmten Gleichungssystemen verbunden sind, werden ebenfalls durch das Vermeiden von Korrelationen zwischen den ausgelesenen k-Raum-Punkten minimiert. Durch die zufälligen Auslesemuster können derartig unterbestimmte Gleichungssystem nach der Theorie des Compressed Sensing gelöst und die Bilder artefaktfrei rekonstruiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der definierte k-Raum entlang radialer Trajektorien ausgelesen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Amplitude mindestens eines Gradienten zur Ortskodierung zwischen dem Einstrahlen der HF-Anregungspulse nach einem Zufallsmuster verändert.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird der Bereich, in dem der Auslesevorgang entlang jeder Trajektorie liegt, nach einem Zufallsmuster geändert. Dies entspricht einer variablen Schrittweite entlang der Trajektorie.
Erfindungsgemäß wird die Amplitude mindestens eines während des Auslesens einer Trajektorie geschalteten nichtlinearen Gradienten von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten, nach einem weiteren HF-Anregungspuls ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert.
Eine erfindungsgemäße Ausführung beinhaltet die Änderung der Amplitude mindestens eines nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung beinhaltet die Änderung eines nichtlinearen Terms mindestens eines nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster. Dies entspricht auch einer zufälligen Wahl eines nichtlinearen Gradienten aus einer Menge geeigneter nichtlinearer Gradienten.
Die beschriebenen Änderungen verschiedener Parameter nach einem Zufallsmuster minimieren mögliche Korrelationen zwischen ausgelesenen k-Raum-Punkten und das Auslesen des k-Raums, weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert, beschleunigt die Akquisition der Magnetresonanzmessdaten.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen der Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Tomographen mit einer Magneteinheit und einem Gradientenfeldsystem zur Erzeugung eines Magnetfeldes und eines Gradientenfeldes in dem Messvolumen, eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Tomographen, eine Sende-/Empfangsvorrichtung zum Senden von HF-Anregungspulsen und zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Echosignalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale.
Der Tomograph und die Sende-/Empfangsvorrichtung sind zur Abtastung eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raumes und zur Durchführung folgender Schritte ausgestaltet:

– Anregen von Echosignalen mittels sukzessive durch eine Hochfrequenzantenne der Magnetresonanzanlage eingestrahlter HF-Anregungspulse,
– Aufnehmen von Echosignalen mittels der Hochfrequenzantenne nach jedem eingestrahlten HF-Anregungspuls unter Schalten verschiedener Gradienten zur Ortskodierung durch Auslesen eines definierten k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten vorgegeben sind, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird und wobei zu den Gradienten zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet wird, und
– Speichern der aufgenommenen Echosignale als Magnetresonanzmessdaten.

Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode, der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermediums entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, weshalb hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage,
2 eine Messsequenz eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine radiale Auslesemethode nach einem Zufallsmuster,
4 eine weitere, radiale Auslesemethode nach einem Zufallsmuster,
5 ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für einen nichtlinearen Gradienten,
6 ein zweites Beispiel für eine Punktspreizfunktion für einen nichtlinearen Gradienten,
7 ein drittes Beispiel für eine Punktspreizfunktion für einen nichtlinearen Gradienten,
8 ein viertes Beispiel für eine Punktspreizfunktion für einen nichtlinearen Gradienten und
9 ein fünftes Beispiel für eine Punktspreizfunktion für einen nichtlinearen Gradienten.
1 ist eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 9 (einer Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographieanlage). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 10 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts 11, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 12 liegend zur Untersuchung in die Magnetresonanzanlage 9 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welches die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers geschoben werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 13 eliminiert, wenn sie nicht erwünscht sind. Diese kommen auch bei der Erzeugung von nichtlinearen Gradienten zum Einsatz.
In den Grundfeldmagneten 10 ist ein zylinderförmiges Gradientenfeldsystem 14 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 14 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Ferner werden durch das Gradientenfeldsystem 14 auch die nichtlinearen Gradienten erzeugt. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler DAC, welcher von einer Sequenzsteuerung 15 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 14 befindet sich mindestens eine Hochfrequenzantenne 16, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts 11 bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts 11 umsetzt. Jede Hochfrequenzantenne 16 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und mehreren HF-Empfangsspulen bzw. HF-Empfangsantennen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 16 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 17 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 18 eines Hochfrequenzsystems 19 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 19 umfasst weiterhin einen Sendekanal 20, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Geräterechner 21 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 15 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 22 einem Digital-Analog-Wandler DAC im Hochfrequenzsystem 19 und von dort einem Sendekanal 20 zugeführt. Im Sendekanal 20 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 23. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne 16 strahlen die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspulen abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 24, dem ersten Demodulator des Hochfrequenzsystems 19, phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler ADC digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz Null demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz Null und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 18 statt, der mit einem Ausgang 32 verbunden ist.
Durch einen Bildrechner 25 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Geräterechner 21. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 15 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 15 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 19 und die Sequenzsteuerung 15 wird von einem Synthesizer 26 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 27 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 28, welches eine Tastatur 29, eine Maus 30 und einen Bildschirm 31 umfasst.
2 zeigt eine Messsequenz eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei werden die Amplituden der Gradienten G_x und G_y zwischen dem Einstrahlen der HF-Anregungspulse nicht mit einer konstanten Schrittweite geändert, sondern durch eine zufällige Änderung der Anzahl der Schritte.
Als Zufallsalgorithmen sind alle Algorithmen einsetzbar, die eine Zufallszahl derart ausgeben können, dass die Zufallszahl einer Anzahl an Schritten entspricht.
Eine zufällige Änderung der Anzahl der Schritte und damit der Schrittweiten der Amplituden der Gradienten G_x und G_y zwischen dem Einstrahlen der HF-Anregungspulse resultiert in einer zufälligen Änderung des Winkels zwischen radialen Trajektorien zwischen dem Einstrahlen der HF-Anregungspulse, wenn der k-Raum entlang radialer Trajektorien ausgelesen wird.
Die Messsequenz sieht ebenfalls die zufällige Änderung der Amplitude des zusätzlich geschalteten nichtlinearen Gradienten G_x^2+y^2 von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten, nach einem weiteren HF-Anregungspuls ausgelesenen Trajektorie vor. Eine zufällige Änderung der Amplitude oder eine Änderung der Amplitude nach einem Zufallsmuster bedeutet hier beispielsweise die Multiplikation einer konstanten Amplitudenänderung mit einer skalaren Zufallszahl.
Alternativ sieht die Messsequenz auch eine zufällige Änderung der Amplitude des nichtlinearen Gradienten G_x^2+y^2 während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie vor. Eine zufällige Änderung der Amplitude oder eine Änderung der Amplitude nach einem Zufallsmuster bedeutet hier beispielsweise die Multiplikation einer konstanten Amplitudenänderung mit dem Wert einer zeitabhängigen Zufallsfunktion.
3 zeigt eine erfindungsgemäße, radiale Auslesemethode des k-Raums nach einem Zufallsmuster (hier in zwei Dimensionen k_x und k_y). Sowohl der Winkel Δkθ zwischen radialen Trajektorien 8 zwischen dem Einstrahlen verschiedener HF-Anregungspulse, als auch die Amplitude des geschalteten nichtlinearen Gradienten von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten während des Auslesevorgangs werden nach einem Zufallsmuster geändert. Δkr bezeichnet die Schrittweite zwischen zwei k-Raum-Punkten entlang der radialen Trajektorien 8, deren Änderung nach einem Zufallsmuster ebenfalls Gegenstand der erfindungsgemäßen Lösung ist.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße, radiale Auslesemethode des k-Raums nach einem Zufallsmuster (hier in zwei Dimensionen k_x und k_y). Sowohl die Amplitude des nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie als auch ein nichtlinearer Term eines nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie werden nach einem Zufallsmuster geändert. Eine zufällige Änderung des Terms eines nichtlinearen Gradienten oder eine Änderung des Terms eines nichtlinearen Gradienten nach einem Zufallsmuster bedeutet hier beispielsweise die zufällige Wahl eines nichtlinearen Gradienten aus einer Menge geeigneter nichtlinearer Gradienten. Δkr bezeichnet die Schrittweite zwischen zwei k-Raum-Punkten entlang der radialen Trajektorien 8.
5 zeigt ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für den nichtlinearen Gradienten x² + y². Eine Punktspreizfunktion beschreibt die Antwort eines bildgebenden Systems auf den Input eines idealen, punktförmigen Objekts; sie ist die Fourier-Transformierte eines Filters.
In diesem Zusammenhang sieht die erfindungsgemäße Lösung neben radialen Verfahren weitere Verfahren zur MR-Datenerfassung, welche die Mitte des k-Raums mehrfach abtasten, wie segmentierte spiralförmige Verfahren oder „PROPELLER”(Periodically Rotated Overlapping ParallEL Lines with Enhanced Reconstruction)-Verfahren, in zwei oder drei Dimensionen, unter Schalten von nichtlinearen Gradienten und unter Verletzung des Nyquist-Theorems vor.
6 zeigt ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für den nichtlinearen Gradienten x² – y².
7 zeigt ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für den nichtlinearen Gradienten x·y.
8 zeigt ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für den nichtlinearen Gradienten x·(x² – 3·y²).
9 zeigt ein Beispiel für eine Punktspreizfunktion für den nichtlinearen Gradienten y·(3·x² – y²).
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts mittels der Magnetresonanzanlage. Im Rahmen der Erfassung der Magnetresonanzmessdaten wird neben den Gradienten zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet und der k-Raum wird weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen.

Claims

Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen (M) einer Magnetresonanzanlage (9) befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts (11) mittels der Magnetresonanzanlage (9), umfassend die Schritte: – Anregen von Echosignalen mittels sukzessive durch eine Hochfrequenzantenne (16) der Magnetresonanzanlage (9) eingestrahlter HF-Anregungspulse, – Aufnehmen von Echosignalen mittels der Hochfrequenzantenne (16) nach jedem eingestrahlten HF-Anregungspuls unter Schalten verschiedener Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung durch Auslesen eines definierten k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) vorgegeben sind, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird und wobei zu den Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet wird, und – Speichern der aufgenommenen Echosignale als Magnetresonanzmessdaten, wobei die Amplitude mindestens eines während des Auslesens einer Trajektorie geschalteten nichtlinearen Gradienten von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten, nach einem weiteren HF-Anregungspuls ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der definierte k-Raum entlang radialer Trajektorien (8) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Amplitude mindestens eines Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung zwischen dem Einstrahlen der HF-Anregungspulse nach einem Zufallsmuster verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bereich, in dem der Auslesevorgang entlang jeder Trajektorie liegt, nach einem Zufallsmuster geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Amplitude mindestens eines nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein nichtlinearer Term mindestens eines nichtlinearen Gradienten während des Auslesevorgangs entlang der ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert wird.
Magnetresonanzanlage (9) zur Erzeugung von Magnetresonanzmessdaten eines in einem Messvolumen (M) der Magnetresonanzanlage (9) befindlichen Abbildungsgebiets eines Untersuchungsobjekts (11), wobei die Magnetresonanzanlage (9) einen Tomographen mit einer Magneteinheit und einem Gradientenfeldsystem (14) zur Erzeugung eines Magnetfeldes und eines Gradientenfeldes in dem Messvolumen (M), eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung des Tomographen, eine Sende-/Empfangsvorrichtung zum Senden von HF-Anregungspulsen und zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Echosignalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale umfasst, wobei der Tomograph und die Sende-/Empfangsvorrichtung zur Abtastung eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raumes und zur Durchführung folgender Schritte ausgestaltet sind: – Anregen von Echosignalen mittels sukzessive durch eine Hochfrequenzantenne (16) der Magnetresonanzanlage (9) eingestrahlter HF-Anregungspulse, – Aufnehmen von Echosignalen mittels der Hochfrequenzantenne (16) nach jedem eingestrahlten HF-Anregungspuls unter Schalten verschiedener Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung durch Auslesen eines definierten k-Raums entlang von Trajektorien, die durch die geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) vorgegeben sind, wobei der k-Raum weniger dicht als durch die Nyquist-Bedingung gefordert – nach einem zufälligen Muster ausgelesen wird und wobei zu den Gradienten (G_x, G_y, G_z) zur Ortskodierung mindestens ein zusätzlicher nichtlinearer Gradient geschaltet wird, und – Speichern der aufgenommenen Echosignale als Magnetresonanzmessdaten, wobei die Amplitude mindestens eines während des Auslesens einer Trajektorie geschalteten nichtlinearen Gradienten von einer ausgelesenen Trajektorie zur nächsten, nach einem weiteren HF-Anregungspuls ausgelesenen Trajektorie nach einem Zufallsmuster geändert wird.
Magnetresonanzanlage (9) nach Anspruch 7, wobei der Tomograph mit der Magneteinheit und dem Gradientenfeldsystem (14), die Ansteuereinheit, die Sende-/Empfangsvorrichtung und die Auswertevorrichtung derart ausgestaltet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage (9) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage (9) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger (27) mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (27) in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage (9) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführen.