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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von Magnetresonanz-Diffusionsbilddaten, eine Benutzerschnittstelle, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt.
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In der Magnetresonanz-Diffusionsbildgebung werden in der Regel mehrere Diffusionsbilder mit unterschiedlichen Diffusionsrichtungen und/oder Diffusionswichtungen, welche typischerweise durch einen b-Wert gekennzeichnet werden, aufgenommen. Aus den Diffusionsbildern kann dann beispielsweise eine Diffusionskoeffizienten-Karte erstellt werden. Diese weist eine ortsaufgelöste Darstellung von scheinbaren Diffusionskoeffizienten (apparent diffusion coefficient, ADC) auf. Der scheinbare Diffusionskoeffizient beschreibt typischerweise die durchschnittliche Länge einer Trajektorie eines Wassermoleküls im Gewebe. Ist die Länge der Trajektorie lang, so können sich die Wassermoleküle frei bewegen und der scheinbare Diffusionskoeffizient ist groß. Ist die Bewegung der Wassermoleküle behindert, beispielsweise aufgrund einer hohen Zelldichte in kompaktem Gewebe, beispielsweise aufgrund einer Gewebeveränderung, so ist der scheinbare Diffusionskoeffizient klein. Die Diffusionsbilder und/oder die Diffusionskoeffizienten-Karte werden dabei als Diffusionsbilddaten bezeichnet.
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Aus der
WO 2010/116124 A1 ist eine eine rechnerische Methode zum Erstellen eines Diffusionsbilds aus existierenden Diffusionsbilddaten bekannt. Die folgenden Druckschriften offenbaren verschiedene Möglichkeiten zur Verarbeitung und Anzeige von Diffusionsbilddaten:
- - L. Nadal Desbarats et al.: Differential MRI diagnosis between brain abscesses and necrotic or cystic brain tumors using the apparent diffusion coefficient and normalized diffusion-weighted images. In: Magn. Reson. Imaging, 21, 2003, S. 645-650
- - US 2008/0007264 A1
- - T.C. Kwee et al.: Comparison of apparent diffusion coefficients and distributed diffusion coefficients in highgrade gliomas. In: J. Magn. Reson. Imaging, 31, 2010, S. 531-537
- - US 2008/0069417 A1
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine besonders vorteilhafte Verarbeitung und/oder Anzeige von Magnetresonanz-Diffusionsbilddaten zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Verarbeitung von mittels eines Magnetresonanzgeräts aufgenommenen Diffusionsbilddaten eines Untersuchungsobjekts mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Erfassen von Diffusionsbilddaten, welche eine räumliche Verteilung von Diffusionssignalen umfassen,
- - Vorgeben eines Signalschwellwerts,
- - Berechnen einer b-Wert-Karte auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und des vorgegebenen Signalschwellwerts, wobei die b-Wert-Karte eine räumliche Verteilung von denjenigen b-Werten, bei welchen die Diffusionssignale den vorgegebenen Signalschwellwert aufweisen, aufweist.
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Das Erfassen der Diffusionsbilddaten kann ein Aufnehmen der Diffusionsbilddaten, insbesondere mittels eines Magnetresonanzgeräts, umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Erfassen der Diffusionsbilddaten auch ein Laden von zuvor aufgenommenen Diffusionsbilddaten, beispielsweise aus einer Datenbank, umfassen.
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Das Erfassen der Diffusionsbilddaten umfasst dabei typischerweise das Erfassen von zumindest zwei Diffusionsbildern, wobei die zumindest zwei Diffusionsbilder verschiedene Diffusionswichtungen, insbesondere verschiedene b-Werte, aufweisen. Die Diffusionswichtung ist dabei typischerweise abhängig von der Ausbildung von Diffusionsgradienten, welche während der Aufnahme der Diffusionsbilder eingesetzt werden. Die Stärke der Diffusionswichtung wird typischerweise mittels eines b-Werts beschrieben, wobei ein höherer b-Wert für eine stärkere Diffusionswichtung, beispielsweise aufgrund einer höheren Amplitude und/oder einer längeren Dauer der Diffusionsgradienten, steht. Die Diffusionsbilder umfassen eine räumliche Verteilung von unter einer Diffusionswichtung aufgenommenen Magnetresonanz-Signalen, sogenannten Diffusionssignalen. Es wird definiert, dass ein Diffusionsbild auch keine oder nur eine schwache Diffusionswichtung, also einen b-Wert von nahe Null, aufweisen kann. Die Diffusionsbilder können dreidimensional sein und dann beispielsweise mehrere zweidimensionale Schichtbilder, welche gemeinsam ein dreidimensionales Diffusionsbild bilden, umfassen.
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Die Diffusionsbilddaten können auch bereits zumindest eine Diffusionskoeffizienten-Karte umfassen. Eine Diffusionskoeffizienten-Karte umfasst typischerweise eine räumliche Verteilung von mittels des Magnetresonanzgeräts gemessenen, insbesondere scheinbaren, Diffusionskoeffizienten des Untersuchungsobjekts. Auf Grundlage der zumindest zwei Diffusionsbilder erfolgt typischerweise ein Berechnen einer Diffusionskoeffizienten-Karte. Alternativ kann auch direkt eine bereits berechnete Diffusionskoeffizienten-Karte beim Erfassen der Diffusionsbilddaten, insbesondere aus einer Datenbank, geladen werden.
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Dem vorgeschlagenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass häufig Diffusionsbilder mit speziellen, insbesondere hohen, b-Werten zur Beurteilung durch eine fachkundige Person relevant sind. In diesen Diffusionsbildern tritt beispielsweise kompaktes Gewebe mit einem niedrigen scheinbaren Diffusionskoeffizient besonders deutlich hervor. Der bei der Aufnahme der Diffusionsbilder verwendete b-Wert hat allerdings einen direkten Einfluss auf die Echozeit einer Aufnahmesequenz. So führen höhere b-Werte typischerweise zu höheren Echozeiten. Damit sinkt bei der Verwendung von höheren b-Werten typischerweise das Signal-zu-Rauschverhältnis der Diffusionsbilder. Zur Bestimmung der Diffusionskoeffizienten-Karte werden daher typischerweise zumindest zwei Diffusionsbilder mit kleinen oder mittleren b-Werten verwendet. Allerdings sollten sich auch die b-Werte der zumindest zwei Diffusionsbilder deutlich unterscheiden, damit die Genauigkeit der Bestimmung der scheinbaren Diffusionskoeffizienten verbessert wird. Im Voraus ist typischerweise nicht bekannt, welche b-Werte zur Beurteilung der Diffusionsbilder, beispielsweise zur deutlichen Abgrenzung von kompaktem oder geschädigtem Gewebe, webe, nötig sind und bei welchem b-Wert sich solches Gewebe am besten von Normalgewebe differenzieren lässt. Um dennoch eine bestmögliche Unterscheidung zu ermöglichen, müssen oft viele Diffusionsbilder mit verschiedenen b-Werten aufgenommen werden, wobei die Messzeit zur Aufnahme der Diffusionsbilder sehr hoch ist und trotzdem oft ein Diffusionsbild mit einem speziellen b-Wert interessant wäre, welches nicht aufgenommen wurde. Daher werden bei herkömmlichen Verfahren zur Verarbeitung von Diffusionsbilddaten typischerweise Diffusionsbilder extrapoliert, welche andere virtuelle b-Werte als die gemessenen b-Werte aufweisen. Da der optimale b-Wert vor der Berechnung unbekannt ist, müssen oft viele Diffusionsbilder mit virtuellen b-Werten berechnet werden, von welchen nur ein kleiner Teil zur Beurteilung der Diffusionsbilder für eine fachkundige Person relevant ist. Dies generiert unnötige Daten in einer Datenbank und eine hohe Arbeitslast für eine fachkundige Person, welche relevante Diffusionsbilder aus der großen Zahl der Diffusionsbilder mit den verschiedenen virtuellen b-Werten heraussuchen muss.
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Das vorgeschlagene Berechnen der b-Wert-Karte auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und des vorgegebenen Signalschwellwerts ist gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Verarbeitung von Diffusionsbilddaten vorteilhaft. Eine b-Wert-Karte umfasst erfindungsgemäß eine räumliche Verteilung von denjenigen b-Werten, bei welchen ein mittels des Magnetresonanzgeräts gemessenes Diffusionssignal den vorgegebenen Signalschwellwert aufweist. Magnetresonanz-Signale, insbesondere Diffusionssignale, fallen typischerweise mit steigenden b-Werten ab. Derjenige b-Wert, bei welchem das ortsaufgelöste Diffusionssignal den vorgegebenen Signalschwellwert erreicht und/oder unter den vorgegebenen Signalschwellwert fällt, kann dann in einer Parameterkarte, der b-Wert-Karte, abgespeichert werden. Die b-Wert-Karte muss dabei vorteilhafterweise nur einmal aus dem vorgegebenen Signalschwellwert und den Diffusionsbilddaten, insbesondere der aus den Diffusionsbilddaten berechneten Diffusionskoeffizienten-Karte, berechnet werden. Die Berechnung der b-Wert-Karte ist somit besonders rechenzeitsparend und spart Auswertezeit. Gleichzeitig bietet die b-Wert-Karte die Vielseitigkeit von vielen Diffusionsbildern mit unterschiedlichen Diffusionswichtungen. Insbesondere umfasst die b-Wert-Karte virtuelle b-Werte und kann somit auch als virtuelle b-Wert-Karte bezeichnet werden. Die b-Wert-Karte wird zwar auf Grundlage von Diffusionsbilddaten, welche mit bestimmten b-Werten aufgenommen wurden, berechnet. Allerdings beschränkt sich die b-Wert-Karte vorteilhafterweise nicht auf diese bestimmten b-Werte, sondern umfasst ein breiteres Spektrum an, insbesondere virtuellen, b-Werten und/oder zusätzliche, insbesondere virtuelle, b-Werte. Die b-Wert-Karte ist somit nicht auf einen b-Wert eingeschränkt. Somit erspart die b-Wert-Karte zusätzliche Werkzeuge zum Beurteilen von Diffusionsbilddaten. Auch verringert die b-Wert-Karte die Arbeitslast einer fachkundigen Person, da diese nur ein Bild, die b-Wert-Karte, anstatt möglicherweise vieler Diffusionsbilder beurteilen muss. Nach dem Berechnen der b-Wert-Karte, kann die b-Wert-Karte elektronisch verfügbar gemacht werden, beispielsweise durch Anzeigen auf einer Anzeigeeinheit, Speichern in einer Datenbank und/oder Übergabe an eine weitere Recheneinheit, usw.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte erfolgt. Die b-Wert-Karte kann dabei auf einer Anzeigeeinheit, beispielsweise einem Monitor, insbesondere auf einer Benutzeroberfläche, angezeigt werden. Die angezeigte b-Wert-Karte kann dann von einem Benutzer, insbesondere einer fachkundigen Person, betrachtet und/oder beurteilt werden. Die fachkundige Person kann mittels einer Eingabeeinheit Parameter für die angezeigte b-Wert-Karte einstellen. So kann der Benutzer beispielsweise die anzuzeigende Schicht der b-Wert-Karte verändern und/oder den Kontrast der b-Wert-Karte, beispielsweise mittels Einstellen des Signalschwellwerts, verändern.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte eine Fensterung der berechneten b-Wert-Karte umfasst. Somit wird vorteilhafterweise dem Benutzer ermöglicht, eine Fensterung der b-Wert-Karte vorzunehmen. Dafür kann der Benutzer eine Fensterung der angezeigten b-Wert-Karte vornehmen, um beispielsweise bestimmtes Gewebe, insbesondere kompaktes Gewebe mit einem niedrigen scheinbaren Diffusionskoeffizienten und somit einem hohen b-Wert, in der b-Wert-Karte in einem gewünschten Kontrast anzuzeigen. Insbesondere werden zur Darstellung des kompakten Gewebes mit einem hohen b-Wert niedrige b-Werte in der b-Wert-Karte ausgeblendet. Das heißt, dass die Fensterung vorteilhafterweise derart eingestellt wird, dass Gewebe mit niedrigen b-Werten in der b-Wert-Karte schwarz dargestellt wird, so dass kompaktes Gewebe mit einem hohen b-Wert besonders deutlich hervortritt. Eine Fensterung umfasst hierbei beispielsweise das Einstellen eines minimalen b-Werts und einer Fensterbreite für den b-Wert. Alle b-Werte, welche kleiner als der minimale b-Wert sind, werden dann in der b-Wert-Karte beispielsweise als schwarz dargestellt. Alle b-Werte, welche größer als die Fensterbreite addiert zum minimalen b-Wert sind, werden dann in der b-Wert-Karte beispielsweise als weiß dargestellt. Dazwischenliegende b-Werte werden beispielsweise je nach ihrer Ausbildung in Graustufen dargestellt. Selbstverständlich ist auch eine andere Methode zur Fensterung der b-Wert-Karte, beispielsweise die Einstellung einer Fensterbreite und eines Mittelpunkts des Fensters, möglich. Auch kann natürlich eine farbige Darstellung der b-Wert-Karte gemäß einer Farbpalette gewählt werden. Eine Fensterung der angezeigten b-Wert-Karte ist besonders vorteilhaft, da Betrachter, insbesondere fachkundige Personen, von medizinischen Bilddaten, beispielsweise Diffusionsbilddaten, an eine Fensterung der Bilddaten gewöhnt sind und diese intuitiv durchführen. Auch erfordert eine Fensterung der b-Wert-Karte vorteilhafterweise keine erneute Berechnung der b-Wert-Karte und spart demnach Rechenressourcen. Dennoch kann mittels der Fensterung die b-Wert-Karte einen besonders vorteilhaften und aussagekräftigen Kontrast aufweisen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Vorgeben des Signalschwellwerts eine Ermittlung des Signalschwellwerts unter Verwendung der Diffusionsbilddaten und/oder weiterer Magnetresonanz-Bilddaten umfasst. Der Signalschwellwert kann mittels eines Algorithmus berechnet werden. Er kann derart berechnet werden, so dass die b-Wert-Karte in einem vorteilhaften Kontrast angezeigt wird und somit für eine betrachtende fachkundige Person eine deutliche Aussagekraft aufweist. Das automatische Berechnen des Signalschwellwerts kann auch einen vorteilhaften Ausgangspunkt für eine spätere Änderung des Signalschwellwerts, welche insbesondere eine Neuberechnung der b-Wert-Karte umfasst, aufgrund einer Eingabe des Benutzers in eine Eingabeeinheit darstellen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Vorgeben des Signalschwellwerts eine Eingabe des Signalschwellwerts durch einen Benutzer in eine Eingabeeinheit umfasst. Der Benutzer kann somit einen vorteilhaften Signalschwellwert zur Berechnung der b-Wert-Karte vorgeben. Die Eingabe des Signalschwellwerts kann auf einer bereits angezeigten b-Wert-Karte, insbesondere mit einem automatisch bestimmten Signalschwellwert, basieren. Mit der Eingabe des Signalschwellwerts kann der Benutzer die b-Wert-Karte derart verändern, dass die b-Wert-Karte dem Benutzer in einem gewünschten Kontrast angezeigt wird, so dass eine vorteilhafte und besonders einfache Beurteilung der b-Wert-Karte möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Benutzerschnittstelle weist eine Bilddatenerfassungseinheit, eine Vorgabeeinheit und eine Recheneinheit auf, wobei die Bilddatenerfassungseinheit, die Vorgabeeinheit und die Recheneinheit dazu ausgebildet sind, ein Verfahren zur Verarbeitung von mittels eines Magnetresonanzgeräts aufgenommenen Diffusionsbilddaten eines Untersuchungsobjekts auszuführen, wobei
- - die Bilddatenerfassungseinheit zum Erfassen von Diffusionsbilddaten, welche eine räumliche Verteilung von Diffusionssignalen umfassen, ausgebildet ist,
- - die Vorgabeeinheit zum Vorgeben eines Signalschwellwerts ausgebildet ist und
- - die Recheneinheit zum Berechnen einer b-Wert-Karte auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und des vorgegebenen Signalschwellwerts ausgebildet ist, wobei die b-Wert-Karte eine räumliche Verteilung von denjenigen b-Werten, bei welchen die Diffusionssignale den vorgegebenen Signalschwellwert aufweisen, aufweist.
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Insbesondere ist hierbei die Bilddatenerfassungseinheit zum Laden der Diffusionsbilddaten, insbesondere aus einer Datenbank, ausgebildet. Die Bilddatenerfassungseinheit kann auch zum Empfangen der Diffusionsbilddaten von einem Magnetresonanzgerät ausgebildet sein.
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Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle sind analog zu den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Somit weist die Benutzerschnittstelle gemäß einer Ausführungsform eine Anzeigeeinheit auf, welche dazu ausgebildet ist, die berechnete b-Wert-Karte anzuzeigen. Gemäß einer Ausführungsform ist die Anzeigeeinheit, insbesondere gemäß einer Eingabe eines Benutzers in eine Eingabeeinheit der Benutzerschnittstelle, derart ausgebildet, dass das Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte eine Fensterung der berechneten b-Wert-Karte umfasst. Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorgabeeinheit, insbesondere ein Rechenmodul der Vorgabeeinheit, dazu ausgebildet, eine Ermittlung des Signalschwellwerts unter Verwendung der Diffusionsbilddaten und/oder weiterer Magnetresonanz-Bilddaten durchzuführen. Dieser Schritt kann auch von der Recheneinheit der Benutzerschnittstelle durchgeführt werden, welche die Vorgabeeinheit umfasst. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorgabeeinheit eine Eingabeeinheit, wobei das Vorgeben des Signalschwellwerts eine Eingabe des Signalschwellwerts durch einen Benutzer in die Eingabeeinheit umfasst.
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Die Benutzerschnittstelle kann weitere Steuerungskomponenten aufweisen, welche zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens nötig und/oder vorteilhaft sind. Auch kann die Benutzerschnittstelle dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale an ein Magnetresonanzgerät zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Auf einer Speichereinheit der Benutzerschnittstelle können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer ein Prozessor der Benutzerschnittstelle einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt. Die erfindungsgemäße Benutzerschnittstelle ermöglicht somit eine besonders rechenzeitsparende, vielseitige und aussagekräftige Verarbeitung und/oder Anzeige von Diffusionsbilddaten.
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Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät weist eine Bilddatenerfassungseinheit, eine Vorgabeeinheit und eine Recheneinheit auf, wobei die Bilddatenerfassungseinheit, die Vorgabeeinheit und die Recheneinheit dazu ausgebildet sind, ein Verfahren zur Verarbeitung von mittels eines Magnetresonanzgeräts aufgenommenen Diffusionsbilddaten eines Untersuchungsobjekts auszuführen, wobei
- - die Bilddatenerfassungseinheit zum Erfassen von Diffusionsbilddaten, welche eine räumliche Verteilung von Diffusionssignalen umfassen, ausgebildet ist,
- - die Vorgabeeinheit zum Vorgeben eines Signalschwellwerts ausgebildet ist und
- - die Recheneinheit zum Berechnen einer b-Wert-Karte auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und des vorgegebenen Signalschwellwerts ausgebildet ist, wobei die b-Wert-Karte eine räumliche Verteilung von denjenigen b-Werten, bei welchen die Diffusionssignale den vorgegebenen Signalschwellwert aufweisen, aufweist.
Insbesondere ist hierbei die Bilddatenerfassungseinheit zum Aufnehmen der Diffusionsbilddaten ausgebildet. Die Bilddatenerfassungseinheit kann auch zum Laden der Diffusionsbilddaten, insbesondere aus einer Datenbank, ausgebildet sein. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts sind analog zu den Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der Benutzerschnittstelle ausgebildet. Hierzu können auf einer Speichereinheit des Magnetresonanzgeräts Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer ein Prozessor des Magnetresonanzgeräts einen Verfahrensablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch steuert und/oder ausführt. Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät ermöglicht somit eine besonders rechenzeitsparende, vielseitige und aussagekräftige Verarbeitung und/oder Anzeige von Diffusionsbilddaten.
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Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit einer Benutzerschnittstelle ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit der Benutzerschnittstelle ausgeführt wird. Alternativ oder zusätzlich ist das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar und weist Programmcode-Mittel auf, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren schnell, identisch wiederholbar und robust ausgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist so konfiguriert, dass es mittels der Recheneinheit die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Recheneinheit muss dabei jeweils die Voraussetzungen wie beispielsweise einen entsprechenden Arbeitsspeicher, eine entsprechende Grafikkarte oder eine entsprechende Logikeinheit aufweisen, so dass die jeweiligen Verfahrensschritte effizient ausgeführt werden können. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder auf einem Netzwerk oder Server hinterlegt, von wo es in den Prozessor einer lokalen Recheneinheit geladen werden kann, der mit der Benutzerschnittstelle und/oder dem Magnetresonanzgerät direkt verbunden oder als Teil des Magnetresonanzgeräts ausgebildet sein kann. Weiterhin können Steuerinformationen des Computerprogrammprodukts auf einem elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein. Die Steuerinformationen des elektronisch lesbaren Datenträgers können derart ausgestaltet sein, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit einer Benutzerschnittstelle und/oder eines Magnetresonanzgeräts ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Beispiele für elektronische lesbare Datenträger sind eine DVD, ein Magnetband oder ein USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung und/oder Recheneinheit einer Benutzerschnittstelle und/oder eines Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle, des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts und des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahren, welche vorab im Detail ausgeführt sind. 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 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.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer schematischen Darstellung,
- 2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 3 ein detailliertes Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 4 eine schematische Darstellung der Abhängigkeit eines Diffusionssignals eines Diffusionsbilds von einem b-Wert, welcher zur Aufnahme des Diffusionsbilds verwendet wurde, für Wassergewebe und kompaktes Gewebe,
- 5 eine Darstellung von sechs Diffusionsbildern, welche vom gleichen Untersuchungsobjekt mit dem gleichen Gesichtsfeld (Field-of-view), allerdings mit verschiedenen b-Werten, aufgenommen wurden,
- 6 drei Darstellungen einer b-Wert-Karte mit verschiedenen Fensterungen mit dem gleichen Gesichtsfeld wie 5.
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1 stellt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dar. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zum Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zur Aufnahme einer Untersuchungsperson 15, insbesondere eines Patienten 15, auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Der Patient 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Liegentisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist. Die Magneteinheit 13 ist mittels einer Gehäuseverkleidung 31 des Magnetresonanzgeräts 11 nach außen abgeschirmt.
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Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 11 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zur Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Hauptmagneten 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Magnetresonanz-Sequenzen in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 ist weiterhin zum Empfang von Magnetresonanz-Signalen, insbesondere aus dem Patienten 15, ausgebildet.
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Zu einer Steuerung des Hauptmagneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Recheneinheit 24 auf. Die Recheneinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen einer vorbestimmten bildgebenden Gradientenechosequenz. Steuerinformationen wie beispielsweise Bildgebungsparameter, sowie rekonstruierte Magnetresonanzbilder können auf einer Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Bediener angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs und/oder eines Anzeigevorgangs von Bilddaten von einem Bediener eingegeben werden können. Die Recheneinheit 24 kann direkt Steuerbefehle an die Gradientensteuereinheit 28 und die Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 übergeben. Die Recheneinheit 24 umfasst weiterhin eine Bilddatenerfassungseinheit 32 und eine Vorgabeeinheit 33. Die Recheneinheit mit der Bilddatenerfassungseinheit 32 und der Vorgabeeinheit 33, die Anzeigeeinheit 25 und die Eingabeeinheit 26 werden von einer Benutzerschnittstelle 34 umfasst, welche ebenfalls dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verarbeitung von mittels des Magnetresonanzgeräts 11 aufgenommenen Diffusionsbilddaten eines Patienten 15. In einem ersten Verfahrensschritt 40 erfolgt ein Erfassen von Diffusionsbilddaten mittels der Bilddatenerfassungseinheit 32 und/oder dem Magnetresonanzgerät 11. In einem weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt ein Vorgeben eines Signalschwellwerts mittels der Vorgabeeinheit 33. In einem weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt ein Berechnen einer b-Wert-Karte auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und des vorgegebenen Signalschwellwerts mittels der Recheneinheit 24. In einem weiteren Verfahrensschritt 43 erfolgt ein Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte mittels der Anzeigeeinheit 25.
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3 zeigt ein detailliertes Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Die vier grundlegenden Verfahrensschritte von 2 sind hier gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform mit Unterschritten versehen. Diese im Folgenden beschriebenen Unterschritte sind hierbei nur als optional und exemplarisch anzusehen. Das Erfassen der Diffusionsbilddaten im ersten Verfahrensschritt 40 umfasst einen ersten Erfassungsschritt 44, in welchem ein Aufnehmen von zumindest zwei Diffusionsbildern mittels des Magnetresonanzgeräts 11 erfolgt. Die zumindest zwei Diffusionsbilder werden dabei mit verschiedenen b-Werten aufgenommen. Ein b-Wert der zwei verschiedenen b-Werte kann dabei auch null betragen, so dass das Aufnehmen eines Diffusionsbilds ohne Diffusionswichtung erfolgt. In 5 sind exemplarisch sechs mit verschiedenen b-Werten aufgenommene Diffusionsbilder 70,71,72,73,74,75 eines Untersuchungsobjekts mit dem gleichen Gesichtsfeld gezeigt, welche aufsteigend gemäß dem Wert des b-Wertes angeordnet sind. So wurde beispielsweise das zweite Diffusionsbild 71 mit einem höheren b-Wert und somit mit einer höheren Diffusionswichtung als das erste Diffusionsbild 70 aufgenommen. Das dritte Diffusionsbild 72 wurde mit einem höheren b-Wert als das zweite Diffusionsbild 71 aufgenommen, usw. Es ist deutlich erkennbar, dass die Signalstärke in den Diffusionsbildern 70,71,72,73,74,75 mit zunehmenden b-Werten abnimmt. Gleichzeitig nimmt auch das Signal-zu-Rauschverhältnis mit zunehmenden b-Werten ab, wodurch die Bildqualität der Diffusionsbilder 70,71,72,73,74,75 mit zunehmenden b-Werten abnimmt. Allerdings tritt in Diffusionsbildern 70,71,72,73,74,75 mit höheren b-Werten eine exemplarische Gewebemasse 76,77 mit kompaktem Gewebe, beispielsweise ein Tumor oder von einem Schlaganfall betroffenes Gewebe, deutlicher hervor. So ist die Gewebemasse 77 im fünften Diffusionsbild 74 deutlicher von seiner Umgebung abgegrenzt als die Gewebemasse 76 im ersten Diffusionsbild 70. Eine Aufnahme von Diffusionsbildern 70,71,72,73,74,75 mit höheren b-Werten führt also zu einem verbesserten Kontrast zwischen der Gewebemasse und umliegendem Gewebe bei einer gleichzeitigen Einbuße vom Signal-zu-Rauschverhältnis.
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Weiterhin umfasst das Erfassen der Diffusionsbilddaten im ersten Verfahrensschritt 40 einen zweiten Erfassungsschritt 45, in welchem ein Berechnen einer Diffusionskoeffizienten-Karte mittels der Recheneinheit 24, insbesondere der Bilddatenerfassungseinheit 32, auf Grundlage der zumindest zwei aufgenommenen Diffusionsbilder erfolgt. Das Berechnen der Diffusionskoeffizienten-Karte aus den zumindest zwei aufgenommenen Diffusionsbildern erfolgt mittels bekannter Verfahren. Die Diffusionskoeffizienten-Karte wird später für das Berechnen der b-Wert-Karte unter Verwendung der Diffusionskoeffizienten-Karte benötigt. Die Diffusionskoeffizienten-Karte und/oder die Diffusionsbilder stellen hierbei die Diffusionsbilddaten dar, welche im ersten Verfahrensschritt 40 von der Bilddatenerfassungseinheit 32 erfasst werden.
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Das Vorgeben des Signalschwellwerts mittels der Vorgabeeinheit 33 im weiteren Verfahrensschritt 41 umfasst einen ersten Vorgabeschritt 46, in welchem eine Berechnung des Signalschwellwerts auf Grundlage der Diffusionsbilddaten und/oder weiterer Bilddaten mittels der Recheneinheit 24, insbesondere der Vorgabeeinheit 33, erfolgt. Es wird dabei auf Grundlage der im ersten Verfahrensschritt 40 erfassten Diffusionsbilder und/oder Diffusionskoeffizienten-Karte ein vorteilhafter Signalschwellwert automatisch mittels eines Algorithmus ermittelt.
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Der weitere Verfahrensschritt 41 umfasst dabei einen zweiten Vorgabeschritt 47, wobei eine Eingabe des Signalschwellwerts durch einen Benutzer in die Eingabeeinheit 26 erfolgt. Hierbei kann der Benutzer den im ersten Vorgabeschritt 46 berechneten Signalschwellwert anpassen. Dies kann auf Grundlage einer auf der Anzeigeeinheit 25 angezeigten b-Wert-Karte erfolgen, wodurch die b-Wert-Karte nach Anpassung des Signalschwellwerts durch den Benutzer erneut berechnet und angezeigt wird.
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Im weiteren Verfahrensschritt 42 wird die b-Wert-Karte mittels der Recheneinheit 24 auf Grundlage der im weiteren Verfahrensschritt 40 erfassten Diffusionsbilddaten und des im weiteren Verfahrensschritt 41 vorgegebenen Signalschwellwerts berechnet.
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Die Berechnung der b-Wert-Karte aus der Diffusionskoeffizienten-Karte wird im Folgenden an einer sehr einfachen abstrahierten Formel veranschaulicht. Hierbei wird die Berechnung für einen Bildpunkt und/oder ein Voxel der Diffusionskoeffizienten-Karte und dem korrespondierenden Bildpunkt und/oder Voxel der b-Wert-Karte beschrieben. Der einfachste Ausdruck der Beziehung zwischen einem Diffusionssignal S in einem Diffusionsbild, welches bei einem bestimmten b-Wert b aufgenommen wurde, und einem scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADC lautet:
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Dabei ist der Wert von S
0 der Wert des Diffusionssignals, der mit einem b-Wert von Null gemessen oder auf einen b-Wert von Null extrapoliert wurde. Nach b aufgelöst lautet die Beziehung:
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Ist nun ein Signalschwellwert S
TH für S vorgegeben, so kann ein b-Wert b
TH, bei welchen ein mittels des Magnetresonanzgeräts gemessenes Diffusionssignal den vorgegebenen Signalschwellwert aufweist, berechnet werden:
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Die b-Wert-Karte umfasst dann vorteilhafterweise die b-Werte bTH für jeden Bildpunkt und/oder ein Voxel der Diffusionskoeffizienten-Karte. Somit umfasst die b-Wert-Karte ebenfalls eine ortsaufgelöste Darstellung der b-Werte bTH. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass die dargestellte Methode zur Berechnung nur zur Veranschaulichung dient und dass eine tatsächliche Methode zur Berechnung der b-Wert-Karte vorteilhafterweise zusätzliche Terme, beispielsweise eine zusätzlich zur Diffusion vorliegende Perfusion im Gewebe und/oder andere Molekülarten als Wasser, berücksichtigt.
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Es ist allerdings bereits an der vorliegenden Formel erkennbar, dass Gewebearten mit unterschiedlichen scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADC unterschiedliche b-Werte in der b-Wert-Karte aufweisen. Hierbei weist kompaktes Gewebe mit einem kleinen scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADCT einen großen b-Wert bTH auf. Gewebearten, insbesondere Normalgewebe und/oder Wasser, mit einem großen scheinbaren Diffusionskoeffizienten ADCW weisen einen kleinen b-Wert bTH auf. Dies ist im Diagramm von 4 verdeutlicht. Hier ist der natürliche Logarithmus eines in einem Diffusionsbild gemessenen Diffusionssignals S auf einer Diffusionssignal-Achse 60 über einer b-Wert-Achse 61 mit b-Werten b, mit welchen das Diffusionsbild aufgenommen wurde, aufgetragen. Gezeigt ist die Abhängigkeit des Diffusionssignals S vom b-Wert b für zwei verschiedene Gewebesorten. Eine Wasser-Kurve 64 zeigt die Abhängigkeit vom Logarithmus des Diffusionssignals von Wassergewebe vom b-Wert. Eine Gewebemasse-Kurve 66 zeigt die Abhängigkeit vom Logarithmus des Diffusionssignals von kompaktem Gewebe, insbesondere einer Gewebemasse, vom b-Wert. Bei einem b-Wert von Null, also bei Diffusionsbildern, welche ohne Diffusionswichtung aufgenommen wurden, weisen die Wasser-Kurve 64 und die Gewebemasse-Kurve 66 das gleiche Diffusionssignal auf und treffen sich somit in einem Schnittpunkt 63. Der Betrag der Steigung der Wasser-Kurve 64, welche dem Diffusionskoeffizienten ADCW vom Wassergewebe entspricht, ist hierbei größer als der Betrag der Steigung der Gewebemasse-Kurve 66, welche dem Diffusionskoeffizienten ADCT von kompaktem Gewebe entspricht. Wird nun ein Signalschwellwert 62 für das Diffusionssignal vorgegeben, so erreicht die Wasser-Kurve 64 den Signalschwellwert 62 bei einem ersten b-Wert 65, wobei die Gewebemasse-Kurve 66 den Signalschwellwert 62 bei einem zweiten b-Wert 67 erreicht. Aufgrund der unterschiedlichen Diffusionskoeffizienten ADCW des Wassergewebes und ADCT des kompakten Gewebes und somit unterschiedlichen Steigungen der Wasser-Kurve 64 und der Gewebemasse-Kurve, ist der erste b-Wert 65 kleiner als der zweite b-Wert 67. Somit ist das kompakte Gewebe vom Wassergewebe in der b-Wert-Karte deutlich unterscheidbar. Selbstverständlich sind die gezeigten Kurven 64,66 nur exemplarisch, schematisch und insbesondere idealisiert zu sehen, da sie beispielsweise Perfusionseffekte vernachlässigen.
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Nach Berechnung der b-Wert-Karte kann noch eine Weiterverarbeitung der b-Wert-Karte, beispielsweise mittels einer Filterung und/oder einem Ausblenden von Bildrauschen, zur Erhöhung der Bildqualität der b-Wert-Karte erfolgen.
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Das Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte im weiteren Verfahrensschritt 43 umfasst einen ersten Anzeigeschritt 48, in welchem die im weiteren Verfahrensschritt 42 berechnete b-Wert-Karte auf einer Anzeigeeinheit 25, insbesondere einem Monitor, angezeigt wird. Hierbei kann die b-Wert-Karte insbesondere in einer zweidimensionalen Darstellung in Schichtbildern dargestellt werden. Dem Benutzer wird dann die Möglichkeit gegeben, mittels der Eingabeeinheit 26 die verschiedenen Schichtbilder zur Anzeige auszuwählen. Die b-Wert-Karte kann auch vorteilhafterweise in einer maximalen Intensitätsprojektion (maximum intensity projection, MIP) dargestellt werden.
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Das Anzeigen der berechneten b-Wert-Karte im weiteren Verfahrensschritt 43 umfasst einen zweiten Anzeigeschritt 49, in welchem eine Fensterung der berechneten b-Wert-Karte erfolgt. Die Fensterung kann durch einen Benutzer mittels der Eingabeeinheit 26 durchgeführt werden. Es wird dabei die angezeigte b-Wert-Karte gefenstert dargestellt, wodurch beispielsweise der Kontrast zwischen kompaktem Gewebe und Wassergewebe in der angezeigten b-Wert-Karte verbessert werden kann.
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In 6 ist eine b-Wert-Karte in einer ersten Fensterung 80, einer zweiten Fensterung 81 und einer dritten Fensterung 82 dargestellt. Jede Fensterung 80,81,82 zeigt hierbei die gleiche Gewebemasse 83,84,85 in jeweils einer anderen gefensterten Darstellung. Das Gesichtsfeld und das Untersuchungsobjekt der b-Wert-Karte von 6 entsprechen dabei dem Gesichtsfeld und dem Untersuchungsobjekt von 5. 6 verdeutlicht hierbei, dass ausschließlich mittels einer Fensterung der b-Wert-Karte ein deutlicher Kontrast zwischen kompaktem Gewebe der Gewebemasse 83,84,85 und dem umliegenden Gewebe erreicht werden kann. Während sich die Gewebemasse 83 der ersten Fensterung 80 noch kaum vom umliegenden Gewebe abhebt, ist die Gewebemasse 84 der zweiten Fensterung 81 schon klar vom umliegenden Gewebe unterscheidbar. Die Gewebemasse 85 der dritten Fensterung 82 tritt noch deutlicher hervor. Im Gegensatz zu der Darstellung der Gewebemasse 76,77 in den Diffusionsbildern 70,71,72,73,74,75 von 5 führt der verbesserte Kontrast zwischen kompaktem Gewebe und dem umliegenden Gewebe durch die in 6 dargestellte Fensterung der b-Wert-Karte zu keinen Einbußen im Signal-zu-Rauschverhältnis. Weiterhin umfasst die b-Wert-Karte nur ein Bild, welches von der fachkundigen Person, insbesondere mittels Fensterung, beurteilt werden muss.
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Die in 2 und 3 dargestellten und in 4 und 6 illustrierten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vom Magnetresonanzgerät 11, insbesondere der Benutzerschnittstelle 34 des Magnetresonanzgeräts 11, ausgeführt. Hierzu umfasst die Recheneinheit 24 des Magnetresonanzgeräts 11, insbesondere die Recheneinheit 24 der Benutzerschnittstelle 34 des Magnetresonanzgeräts 11, erforderliche Software und/oder Computerprogramme, die in einer Speichereinheit der Recheneinheit 24 gespeichert sind. Die Software und/oder Computerprogramme umfassen Programmmittel, die dazu ausgelegt sind, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm und/oder die Software in der Recheneinheit 24 mittels einer Prozessoreinheit des Magnetresonanzgeräts 11, insbesondere einer Prozessoreinheit der Benutzerschnittstelle 34 des Magnetresonanzgeräts 11, ausgeführt wird.