DE102015203181A1

DE102015203181A1 - Method for temporal and spatial interpolation of fMRI time series in relation to a single subject

Info

Publication number: DE102015203181A1
Application number: DE102015203181.0A
Authority: DE
Inventors: Jan-Willem Koten; Hannes Schwenke; André Schüppen
Original assignee: Karl-Franzens-Universitaet Graz; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Karl-Franzens-Universitaet Graz; Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2016-08-25
Also published as: WO2016135081A2; WO2016135081A3

Abstract

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur zeitlichen und räumlichen Interpolation von fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt, wobei ein Bild zumindest zwei räumliche und zumindest eine zeitliche Dimension aufweist, wobei zumindest eine erste Zeitreihe in Bezug auf ein Einzelsubjekt aufgenommen wird. Das Verfahren weist den Schritt des Aufnehmens einer Vielzahl N von funktionellen Bildern (100), wobei zumindest zwei Bilder aus der Vielzahl N von funktionellen Bildern keine identische räumliche und/oder zeitliche Auflösung aufweisen, und den Schritt des Interpolierens der Vielzahl N von funktionellen Bildern in einen gemeinsamen „räumlichen“ und/oder „zeitlichen“ Raum (200), wobei die Auflösung des gemeinsamen „räumlichen“ oder „zeitlichen“ Raumes mindestens so hoch ist wie das höchste „zeitliche“ oder „räumliche“ Auflösungsniveau der Vielzahl N von funktionellen Bildern, auf.More particularly, the invention relates to a method for temporal and spatial interpolation of fMRI time series with respect to a single subject, wherein an image has at least two spatial and at least one temporal dimension, wherein at least a first time series is acquired with respect to a single subject. The method comprises the step of taking a plurality N of functional images (100), wherein at least two images of the plurality N of functional images do not have identical spatial and / or temporal resolution, and the step of interpolating the plurality N of functional images into a common "spatial" and / or "temporal" space (200), where the resolution of the common "spatial" or "temporal" space is at least as high as the highest "temporal" or "spatial" resolution level of the plurality N of functional images , on.

Description

Hintergrund der Erfindung Background of the invention

Funktionelle Magnetresonanztomographie (engl. functional magnetic resonance imaging, abgekürzt fMRI) findet eine zunehmendes Interesse in der Forschung. Dabei werden die magnetischen Eigenschaften von Stoffen genutzt. Insbesondere Hämoglobin zeigt einen magnetischen Dipolcharakter. Hierbei ist von besonderem Nutzen, dass sich die magnetischen Eigenschaften ändern, je nachdem, ob Sauerstoff an das Hämoglobin gebunden ist oder nicht. Während oxygeniertes Hämoglobin diamagnetisch ist, zeigt desoxygeniertes Hämoglobin einen paramagnetischen Charakter. Desoxygeniertes Hämoglobin kann als Hinweis auf eine Aktivität verstanden werden. Functional magnetic resonance imaging (functional magnetic resonance imaging, abbreviated fMRI) is finding increasing interest in research. The magnetic properties of substances are used. In particular, hemoglobin shows a magnetic dipole character. Of particular value here is that the magnetic properties change depending on whether oxygen is bound to the hemoglobin or not. While oxygenated hemoglobin is diamagnetic, deoxygenated hemoglobin exhibits paramagnetic character. Deoxygenated hemoglobin can be understood as an indication of activity.

Beispielsweise findet die fMRI Anwendung in der Wissenschaft zur Untersuchung von Gehirnaktivität. For example, the fMRI is used in science to study brain activity.

Allerdings ist hier festzustellen, dass die bisherigen räumlichen Auflösungen als auch die bisherige Vertrauenswürdigkeit der fMRI nicht oder nur in sehr beschränktem Maße für medizinische Anwendungen vorhanden sind. However, it should be noted here that the previous spatial resolutions as well as the previous trustworthiness of the fMRI are not available or only to a very limited extent for medical applications.

Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der Auflösung und Vertrauenswürdigkeit bereitzustellen. Against this background, it is an object of the invention to provide an improvement in resolution and trustworthiness.

Kurzdarstellung der Erfindung Brief description of the invention

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur zeitlichen und räumlichen Interpolation von fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt, wobei ein Bild zumindest zwei räumliche und zumindest eine zeitliche Dimension aufweist, wobei zumindest eine erste Zeitreihe in Bezug auf ein Einzelsubjekt aufgenommen wird. Dabei werden eine Vielzahl N von funktionellen Bildern aufgenommen, wobei zumindest zwei Bilder aus der Vielzahl N von funktionellen Bildern keine identische räumliche und/oder zeitliche Auflösung aufweisen, und anschließend die Vielzahl N von funktionellen Bildern in einen gemeinsamen „räumlichen“ und „zeitlichen“ Raum interpoliert, wobei die Auflösung des gemeinsamen „räumlichen“ und „zeitlichen“ Raumes mindestens so hoch ist wie das höchste „zeitliche“ und „räumliche“ Auflösungsniveau der Vielzahl N von funktionellen Bildern. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine entsprechende Vorrichtung und durch eine entsprechende Software gelöst. The object is achieved by a method for temporal and spatial interpolation of fMRI time series with respect to a single subject, wherein an image has at least two spatial and at least one temporal dimension, wherein at least a first time series is recorded with respect to a single subject. In this case, a plurality N of functional images are recorded, wherein at least two images from the plurality N of functional images do not have identical spatial and / or temporal resolution, and then the plurality N of functional images into a common "spatial" and "temporal" space interpolated, where the resolution of the common "spatial" and "temporal" space is at least as high as the highest "temporal" and "spatial" resolution level of the plurality N of functional images. The problem is further solved by a corresponding device and by an appropriate software.

Kurzdarstellung der Figuren Brief description of the figures

Die Erfindung wird nachfolgend genauer unter Bezug auf die Figuren dargestellt werden. In diesen zeigt: The invention will be illustrated in more detail below with reference to the figures. In these shows:

1 eine Prinzip-Anordnung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, und 1 a principle arrangement of an exemplary embodiment of the invention, and

2 ein Ablaufschema gemäß beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung 2 a flowchart according to exemplary embodiments of the invention

Ausführliche Darstellung Detailed presentation

Mittels der Erfindung werden ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch medizinische Anwendungen im Bereich der Neuroradiologie, Neurologie, klassische als auch roboterunterstützte Neurochirurgie als auch der Psychiatrie ermöglicht. By means of the invention, medical applications in the field of neuroradiology, neurology, classical as well as robot-assisted neurosurgery as well as psychiatry are made possible without restricting the general public.

Soweit nachfolgend die Erfindung an Hand eines Verfahrens dargestellt werden wird, ist immer auch die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens als auch eine Software zur Verarbeitung und gegebenenfalls Steuerung mit umfasst, ohne weiter erwähnt zu werden. As far as subsequently the invention will be illustrated by means of a method, the device for carrying out the method as well as a software for processing and optionally control is always included, without being further mentioned.

Weiterhin, soweit nachfolgend Zahlenwerte präsentiert werden, stellen diese keine Beschränkung der Erfindung hierauf sondern lediglich Beispiele experimenteller Ergebnisse dar. Furthermore, as far as numerical values are presented below, these are not a limitation of the invention thereto but merely examples of experimental results.

Soweit nachfolgend Bezug zu Voxel genommen wird, sind damit Datenpunkte in einem mehrdimensionalen Gitter gemeint, die einem Pixel in der Darstellung eines Bildes entsprechen. As far as subsequently reference is made to voxels, it refers to data points in a multi-dimensional grid that correspond to a pixel in the representation of an image.

Soweit nachfolgend auf Bilder Bezug genommen wird, ist damit nicht nur ein räumlich zweidimensionaler Datensatz sondern auch ein räumlich drei-dimensionaler Datensatz gemeint. Zusätzlich kann der Datensatz auch eine zeitliche Dimension aufweisen, d.h. eine Änderung des räumlichen Datensatzes über die Zeit. As far as reference is made below to images, this does not only mean a spatially two-dimensional data set but also a spatially three-dimensional data set. In addition, the data record can also have a temporal dimension, ie a change of the spatial data record over time.

Soweit nachfolgend Bezug zu den Figuren genommen wird, ist dabei nicht notwendigerweise eine zwingende Anordnung gegeben, es sei denn diese ist explizit aus dem dargestellten Zusammenhang entnehmbar. Weiterhin, obwohl nachfolgend einige Verfahrensteilschritte nicht explizit in den Figuren dargestellt sind, können diese, soweit sinnvoll, in jeglicher Anordnung relativ zu anderen Verfahrensschritten als auch in Kombination mit anderen Verfahrensschritten vorgesehen sein. Insofar as reference is subsequently made to the figures, a compelling arrangement is not necessarily given, unless it can be explicitly taken from the context shown. Furthermore, although some method sub-steps are not explicitly shown in the figures below, they may, as far as appropriate, be provided in any arrangement relative to other method steps as well as in combination with other method steps.

Mittels Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, Bilder von funktionsfähigen Gehirnen eines Einzelsubjektes, d.h. eines einzelnen Menschen oder Tieres, mit einer hohen Test-Nachtest-Sicherheit (Wiederhohlpräzision) als auch alternativ oder zusätzlich mit einer hohen räumlichen und/oder zeitlichen Auflösung zu erzeugen. Die Test-Nachtest-Sicherheit kann beispielsweise als Intraklassen-Korrelationskoeffizient (engl. intraclass correlation coefficient, abgekürzt ICC) ausgedrückt werden, wobei mittels der Erfindung ICC von 0,75 und mehr in Bezug auf ein Einzelsubjekt ermöglicht werden. By means of embodiments of the invention, it is possible to obtain images of functional brains of a single subject, i. of a single human or animal, with a high test-post test security (repeatability precision) as well as alternatively or additionally with a high spatial and / or temporal resolution. For example, the test-posttest security may be expressed as an intraclass correlation coefficient (abbreviated to ICC), allowing the invention to achieve ICCs of 0.75 and more with respect to a single subject.

Dabei stützt sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die bekannte kanonische hämodynamische Antwortfunktion (engl. canonical hemodynamic response function, abgekürzt HRF) der Blutoxygenierungs-abhängigen-(engl. blood oxygenation level dependent, abgekürzt BOLD-)Antwort. In this case, the method according to the invention does not rely on the known canonical hemodynamic response function (abbreviated to HRF) of the blood oxygenation level dependent (abbreviated to BOLD) response.

Bisherige Studien zur Test-Nachtest-Sicherheit der BOLD-Antwort wurden in aller Regel auf dem Niveau von Gruppen ausgeführt, nicht jedoch auf dem Niveau eines Individuums. Eine sichere medizinische Anwendung ist jedoch nur möglich, wenn das Individuum in den Fokus der Betrachtung gerückt wird. Anwendungen, die für Gruppen entwickelt wurden, haben daher einen sehr geringen klinischen Wert für das Individuum. Previous BOLD response testing-posttest safety studies have typically been performed at the level of groups, but not at the level of an individual. However, safe medical use is only possible if the individual is brought into the focus of consideration. Applications developed for groups therefore have a very low clinical value for the individual.

Zudem wird in der gängigen Praxis eine beobachtete BOLD-Antwort mit der HRF korreliert, welche ursprünglich aus dem visuellen Cortex einer kleinen untersuchten Gruppe “gemittelt” wurde. Dabei wird in der gängigen Praxis angenommen, dass eine hohe Korrelation zwischen HRF und der beobachteten BOLD-Antwort einer Gehirnaktivierung bzw. eine negative Korrelation einer Gehirndeaktivierung entspricht, wohingegen eine Nicht-Korrelation anzeigt, dass keine systematische Gehirnaktivität bzw. Rauschen vorliegt. Gehirnaktivität auf individuellem Niveau wird dann nicht als Korrelation ausgedrückt sondern lediglich als statistischer t- Wert, d.h. als die Abweichung von einem erwarteten Wert von seinem nominalen Wert in Relation zu seiner Standardabweichung. Allerdings wird seitens der Erfinder die Festlegung auf die Art der HRF sowohl in Bezug auf eine Gruppe als auch auf eine bestimmte neuroanatomische Lokalisation (visueller Cortex) als nachteilig verstanden. In addition, in current practice, an observed BOLD response is correlated with HRF, which was originally "averaged" from the visual cortex of a small group under study. It is accepted in common practice that a high correlation between HRF and the observed BOLD response corresponds to a brain activation or a negative correlation of a brain deactivation, whereas a non-correlation indicates that there is no systematic brain activity or noise. Brain activity at individual level is then expressed not as a correlation but only as a statistical t-value, i. as the deviation from an expected value from its nominal value in relation to its standard deviation. However, the inventors find the definition of the type of HRF both with regard to a group and to a specific neuroanatomical localization (visual cortex) disadvantageous.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dagegen Einzelsubjektbezogen und stützt sich somit auf die spezifischen Eigenheiten des untersuchten Individuums, sodass dessen tatsächliche physiologischen Eigenschaften zum Tragen und dadurch bisher häufig beobachtete fMRI-Artefakte nicht mehr zum Tragen kommen. By contrast, the method according to the invention is based on individual subjects and thus relies on the specific characteristics of the examined individual, so that its actual physiological properties are no longer relevant for wearing and thus far frequently observed fMRI artifacts.

Weiterhin kann durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Verringerung von Rauschen in den Bildern erreicht werden, insbesondere durch Interpolation von zwei oder mehr Sequenzen mit unterschiedlicher räumlicher und/oder zeitlicher Auflösung in einen gemeinsamen Bildraum, wobei der Bildraum zumindest die höchste Auflösung der zu Grunde liegenden Einzelsequenzen aufweist. Furthermore, a reduction of noise in the images can be achieved by the inventive method, in particular by interpolation of two or more sequences with different spatial and / or temporal resolution in a common image space, wherein the image space at least the highest resolution of the underlying individual sequences having.

Bisherige Systeme sind auf die zeitliche Filterung der Bilddaten angewiesen. Dabei sind unterschiedliche Filterungen im Einsatz. Sowohl Tiefpassfilter als auch Hochpassfilter werden verwendet. So werden z.B. mit Tiefpassfiltern störende Effekte, wie sie durch höherfrequente Ereignisse wie Atmung oder Herzschlag entstehen können, entfernt, zudem können auch Effekte des Aliasing vermindert werden. Werden hingegen Hochpassfilter verwendet, tritt der Effekt auf, dass eine Unterabtastung (engl. under-sampling) unterdrückt wird. Allerdings wird dadurch auch der für den sogenannten Ruhezustand (engl. resting state) interessante Frequenzbereich ausgeblendet. Insgesamt ist Filterung problematisch, da in aller Regel nicht nur uninteressante Information sondern auch relevante Information entfernt oder geändert wird. Previous systems rely on the temporal filtering of the image data. Different filters are used. Both low-pass and high-pass filters are used. Thus, e.g. With low-pass filters disturbing effects, such as those caused by higher-frequency events such as respiration or heartbeat, removed, also effects of aliasing can be reduced. On the other hand, if high-pass filters are used, the effect of suppressing undersampling occurs. However, this also hides the frequency range of interest for the so-called resting state. Overall, filtering is problematic because usually not only uninteresting information but also relevant information is removed or changed.

Weiterhin zeigen bisherige Systeme in aller Regel auch eine Form der räumlichen Filterung bzw. Glättung. In gleicher Weise zeigen bisherige Systeme auch in aller Regel eine Form der zeitlichen Filterung bzw. Glättung. Furthermore, previous systems usually also show a form of spatial filtering or smoothing. In the same way, previous systems usually also show a form of temporal filtering or smoothing.

Hierbei werden im zeitlichen Verlauf räumlich eng benachbarte Voxel gemäß eines vorbestimmten Gewichtungsschemas gemittelt, wobei in der Regel räumlich näher gelegene Voxel ein höheres Gewicht aufweisen als räumlich entferntere Voxel. Beispielsweise wird eine Gauss’sche Gewichtung vorgenommen. Erreicht werden kann hiermit zu Lasten der räumlichen/zeitlichen Auflösung eine verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis und damit eine verbesserte Test-Nachtest-Sicherheit. In this case spatially closely adjacent voxels are averaged according to a predetermined weighting scheme over time, wherein spatially closer voxels usually have a higher weight than spatially distant voxels. For example, a Gaussian weighting is made. This can be achieved at the expense of spatial / temporal resolution an improved signal-to-noise ratio and thus improved test post-test security.

Zudem können räumliche Interpolationstechniken, wie z.B. nearest neighbor, trilineare und sinc Interpolation verwendet werden. Dabei ist immer zu bedenken, dass einige der Techniken die kubische Erscheinung der Daten ändern (z.B. trilinear Interpolation, sinc- Interpolation). Allerdings ist mit der Interpolation auch eine Zunahme von Artfakten zu registrieren. In addition, spatial interpolation techniques, such as e.g. nearest neighbor, trilinear and sinc interpolation are used. It should always be kept in mind that some of the techniques change the cubic appearance of the data (e.g., trilinear interpolation, sinc interpolation). However, with the interpolation also an increase of artifacts has to be registered.

Es bleibt anzumerken, dass Glättungstechniken für medizinische Anwendungen in aller Regel nachteilig sind. Zum einen führt z.B. eine räumliche Glättung unter Umständen zu einer Ortsverschiebung von Aktivitätsmaxima. Weiterhin kann z.B. eine räumliche Glättung die tatsächliche räumliche Auflösung eines Bildes verschlechtern. Zudem führt eine räumliche Glättung zu einer Informationsübertragung von Orten nicht relevanter Information, z.B. Dura mater, Knochen, Blutgefäße oder Liquor cerebrospinalis auf Orte relevanter Information, z.B. Cortex cerebri oder Cortex cerebelli. It should be noted that smoothing techniques for medical applications are generally disadvantageous. On the one hand, for example, a spatial smoothing may lead to a shift of activity maxima. Furthermore, e.g. Spatial smoothing degrades the actual spatial resolution of an image. In addition, spatial smoothing results in information transfer from locations of irrelevant information, e.g. Dura mater, bones, blood vessels or cerebrospinal fluid to locations of relevant information, e.g. Cortex cerebri or cortex cerebelli.

Die Erfindung kann unter anderem auch eine einzelsubjektbezogene HRF in Bezug auf einzelne Voxel verwenden, um so die real vorhandene Eigenschaften des Individuums zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses und/oder der Test-Nachtest-Sicherheit nutzen zu können. Among other things, the invention can also use a single subject HRF with respect to individual voxels so as to be able to use the real characteristics of the individual to improve the signal-to-noise ratio and / or the test post-test security.

Die Erfindung schlägt nun in einer allgemeinen Form vor, in Bezug auf einen bestimmten Reiz auf der Ebene eines Einzelsubjektes (d.h. eines Individuums) mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Protokollen, die jeweils unterschiedliche zeitliche und/oder räumliche Auflösungen aufweisen, Bilddaten aufzunehmen (100). The invention now proposes in a general form, with regard to a specific stimulus on the level of a single subject (ie an individual) with a plurality of different protocols, each having different temporal and / or spatial resolutions, to record image data ( 100 ).

Anschließend werden die so aus unterschiedlichen Protokollen gewonnen Bilddaten in einen gemeinsamen Datenraum transformiert (200) bzw. soweit notwendig auch interpoliert, z.B. mit einer nearest neighbor oder einer anderen Interpolationstechnik. Zudem können die Bilddaten des gemeinsamen Datenraums, welche aus unterschiedlichen Protokollen stammen, gemittelt werden (ebenfalls Schritt 200). Subsequently, the image data thus obtained from different protocols are transformed into a common data space ( 200 ) or, if necessary, also interpolated, eg with a nearest neighbor or another interpolation technique. In addition, the image data of the common data space, which originate from different protocols, can be averaged (also step 200 ).

Anschließend können die so erhaltenen Daten nach Bedarf weiter verarbeitet werden. Beispielsweise ist es möglich, die so erhaltenen Daten mittels (schneller) Fourier- Transformation (engl. Fast Fourier Transform, abgekürzt FFT) in Bezug auf die so erhaltene gemeinsame zeitliche Auflösung zu verarbeiten (300a). Subsequently, the data thus obtained can be further processed as needed. For example, it is possible to process the data thus obtained by means of (fast) Fourier transformation (abbreviated to FFT) with respect to the thus obtained common temporal resolution ( 300A ).

Alternativ ist es möglich die so erhaltenen Daten in einer an das bekannte BOLD-Verfahren angelehnten Weise zu verarbeiten (300b), sodass beispielsweise Aktivierungsphasen und Basislinienphasen (Ruhephasen) zyklisch gemittelt werden. Alternatively, it is possible to process the data thus obtained in a manner similar to the known BOLD method ( 300b ), so that, for example, activation phases and baseline phases (rest phases) are cyclically averaged.

Üblicherweise bestehen blockartig organisierte Untersuchungen aus N Aktivierungsphasen, die typischerweise durch N Basislinienphasen (Ruhephasen) getrennt werden, sodass mit beiden zusammen ein Zyklus von N Wiederholungen einer Aktivierungs- und einer nachfolgenden Basislinienphase (Ruhephase) oder umgekehrt auftreten. Innerhalb jeder dieser Phasen werden dann die Daten aufgenommen (100) Typically, block-organized assays consist of N activation phases, typically separated by N baseline phases (quiescent phases), so that with both together a cycle of N repeats of an activation and a subsequent baseline phase (quiescent phase) or vice versa occur. Within each of these phases, the data is then recorded ( 100 )

Innerhalb dieser N Wiederholungen des Zyklus können (selektiv) die jeweiligen Daten, die einen Signalanstieg während Aktivierung zeigen, als auch jene Daten, die einen Signalabfall während der Ruhephasen zeigen, gemittelt werden (200). Within these N repetitions of the cycle, (selective) the respective data showing a signal rise during activation as well as those data showing a signal drop during the rest phases can be averaged ( 200 ).

Anschießend kann eine einzelsubjektbezogene BOLD-Antwort (z.B. als Kurve) aus einem ersten Testlauf gewonnen werden, ebenso kann eine einzelsubjektbezogene BOLD-Antwort (z.B. als Kurve) aus einem zweiten Testlauf (Nachtest) gewonnen werden. Subsequently, a single subject BOLD response (e.g., as a curve) may be obtained from a first test run, as well as a single subject BOLD response (e.g., as a curve) may be obtained from a second test run (post test).

Ein Testlauf kann als Daten entsprechend einer Phase verstanden werden. Mit beiden Antworten kann nun die Test-Nachtest-Sicherheit z.B. mittels ICC oder jeder anderen geeigneten Technik ermittelt werden. A test run can be understood as data corresponding to a phase. With both answers, the test posttest security can now be checked e.g. be determined by ICC or any other suitable technique.

Wird eine FFT Nachverarbeitung verwendet (300a), so wird die FFT getrennt auf den ersten Testlauf und den zweiten Testlauf angewendet. If an FFT postprocessing is used ( 300A ), the FFT is applied separately to the first test run and the second test run.

Hieraus kann z.B. je ein Leistungsspektrum ermittelt werden. Mit den Leistungsspektren kann nun wiederum die Test-Nachtest-Sicherheit z.B. mittels ICC oder jeder anderen geeigneten Technik ermittelt (400a) werden. Es ist anzumerken, dass die FFT Nachverarbeitung eine breite Anwendung findet, da hier kein Bedarf an einem handlungsbezogenen fMRI Signal besteht, sondern auch auf die Daten der Basislinienphase(n) angewendet werden können. Somit steht in der klinischen Anwendung ein weiterer Raum offen, da es hier nicht mehr auf die aktive Mitarbeit des Einzelsubjektes (Individuum) ankommt. From this, for example, a power spectrum can be determined. The power spectra can now be used to determine the test post-test safety, eg by means of ICC or any other suitable technique ( 400a ) become. It should be noted that FFT post-processing is widely used because there is no need for an action-related fMRI signal, but it can also be applied to baseline phase (s) data. Thus, in the clinical application, a further space is open, since it no longer depends on the active cooperation of the individual subject (individual).

Zur Bestimmung von Gehirnaktivierungen und Gehirndeaktivierungen können je nach verwendeter Nachverarbeitung unterschiedliche Ansätze verfolgt werden. To determine brain activations and brain deactivations, different approaches can be followed, depending on the post-processing used.

Im Fall der BOLD Nachverarbeitung (300b) kann auf Basis des Einzelsubjektes Phasen der Aktivierung gegen Ruhephasen gegenüber gestellt (400b) werden und aus deren Vergleich entsprechen zeitlich und/oder räumlich lokale Zentren der Aktivierung / Deaktivierung erkannt werden. In the case of BOLD post-processing ( 300b ) can be compared with phases of activation against resting phases on the basis of the individual subject ( 400b ) and from their comparison correspond temporally and / or spatially local centers of activation / deactivation are detected.

Wird hingegen eine FFT Nachverarbeitung (300a) verwendet kann auf Basis des Einzelsubjektes Phaseninformation aus den Leistungsspektren erhalten (400a) werden, um so Phasen der Gehirnaktivierung und Phasen der Gehirndeaktivierung zu erkennen. If, however, an FFT postprocessing ( 300A ) can be obtained on the basis of the individual subject phase information from the power spectra ( 400a ) to detect phases of brain activation and phases of brain deactivation.

Um die häufig bei hoch aufgelösten Bildern (kleine Voxel-Größe) festzustellende schlechte Test-Nachtest-Sicherheit zu umgehen, könnte man eine (erheblich) höhere Anzahl von Untersuchungen mit einer größeren Voxel-Größe durchführen. Jedoch ist dies (erheblich) zeitaufwändiger und nicht immer praktikabel. In order to avoid the poor test-post test security that is often found in high-resolution images (small voxel size), one could perform a (considerably) higher number of examinations with a larger voxel size. However, this is (considerably) time consuming and not always practical.

Daher schlägt die Erfindung vor, Bilder mit niedriger Auflösung mit zu berücksichtigen, d.h. ein sogenanntes mixed scanning Protokoll (200) zu verwenden. Therefore, the invention proposes to take into account images with low resolution, ie a so-called mixed scanning protocol (US Pat. 200 ) to use.

Um dennoch eine erfindungsgemäß gewünschte hohe Auflösung der Bilder zu erhalten, können unterschiedliche Prinzipien angewendet werden. Zum einen ist es möglich, Bilder einer niedrigeren Auflösung mit Bildern einer höheren Auflösung zu mischen. Zum anderen können durch Interpolationstechniken Bilder einer niedrigeren Auflösung in eine höhere Auflösung übertragen werden. Beispielsweise kann das Erfassungsgitter einer niedrigen Auflösung (virtuell) um eine halbe Auflösungsdistanz verschoben werden und anschließend werden Werte des ursprünglichen Erfassungsgitters und Werte des verschobenen Erfassungsgitters in ein Erfassungsgitter mit doppelter Auflösung übertragen (200). Die Werte des so erhaltenen Bildes mit doppelter Auflösung können zudem interpoliert und gemittelt werden. Allerdings sollte für ein derartiges Verfahren das Einzelsubjekt im Wesentlichen lageinvariant zum Aufnahmesystem sein, sodass die aufgenommenen Strukturen und damit das jeweilige Erfassungsgitter im vorbestimmten Abstand bleiben. In order nevertheless to obtain a high resolution of the images desired according to the invention, different principles can be used. On the one hand, it is possible to mix lower resolution images with higher resolution images. On the other hand, interpolation techniques can be used to transfer images of a lower resolution to a higher resolution. For example, the low resolution (virtual) detection grid may be shifted half a resolution distance, and then values of the original detection grid and shifted detection grid values are transferred to a double resolution detection grid (FIG. 200 ). The values of the thus obtained image with double resolution can also be interpolated and averaged. However, for such a method, the individual subject should be substantially positional invariant to the recording system, so that the recorded structures and thus the respective detection grid remain at a predetermined distance.

Alternativ kann hier jedoch vorgesehen sein, dass die tatsächliche (räumliche) Lage des Einzelsubjektes erkannt wird und erst nachfolgend eine Zuordnung in ein gemeinsames Koordinatensystem (200) stattfindet. In einem solchen System können Lageänderungen des Einzelsubjektes erkannt werden und zugleich für eine Verbesserung der Auflösung genutzt werden. Alternatively, however, it can be provided here that the actual (spatial) position of the individual subject is recognized and only subsequently an assignment into a common coordinate system ( 200 ) takes place. In such a system, changes in the position of the individual subject can be detected and used at the same time for an improvement of the resolution.

D.h. bei dem von der Erfindung vorgeschlagenen Weg ist es nunmehr möglich, mit relativ wenig Rechenaufwand WS Ergebnisse zu erhalten, die auch im klinischen Alltag Verwendung finden können. Insbesondere fallen die rechenintensiven und fehlerträchtigen Glättungs- und Filterungsschritte weg. That in the way proposed by the invention, it is now possible to obtain results with relatively little computation time WS, which can also be used in everyday clinical practice. In particular, the computation-intensive and error-prone smoothing and filtering steps are eliminated.

Die Erfinder haben die Erfindung auch bereits in ersten Untersuchungen getestet und finden die Erwartungen bestätigt. The inventors have already tested the invention in first investigations and find the expectations confirmed.

Dabei wurde der Stroop-Effekt zugrunde gelegt. Die Stroop-Aufgabe bestand aus einer Richtungs- und einer Farbbedingung. Es wurde jeweils ein gelber oder eine blauer Pfeil gezeigt, der nach links oder nach rechts zeigte. Während der Richtungsbedingung mussten die Teilnehmer entsprechend der Richtung des Pfeiles den rechten bzw. linken Zeigefinger drücken („Normalbedingung“). Während der Farbbedingung mussten die Teilnehmer für einen gelben Pfeil den linken Zeigefinger und für einen blauen Pfeil den rechten Zeigefinger drücken und zwar unabhängig von der Richtung des Pfeiles („Stroop-Bedingung“). Kongruente Stimuli waren dabei gelbe Pfeile, die nach links zeigten, und blaue Pfeile, die nach rechts zeigten. Inkongruente Stimuli waren hingegen gelbe Pfeile, die nach rechts zeigten, bzw. blaue Pfeile, die nach links zeigten. Sowohl in Bezug auf die Anzahl kongruenter und inkongruenter Stimuli als auch auf die Richtung waren die Stimuli ausgewogen. Jeder Teilnehmer (Einzelsubjekt) wurde in zwei Scanning-Sessions untersucht, die nachfolgend als Test und Nachtest bezeichnet werden, wobei das Mess-Protokoll für beide Sessions identisch war. Zwischen den jeweiligen Sessions eines Teilnehmers vergingen 81,0 +/– 46,6 (Standardabweichung) min, wobei die Teilnehmer in dieser Zeit außerhalb des Scanners sich entspannen konnten. Jeder der Sessions bestand aus sechs fMRI Scans. Am Ende jeder Testsession wurde zudem ein Anatomischer Scan vorgenommen. Die Aufgabe für jeden Scan war gleich und die Scans variierten lediglich in Bezug auf das fMRI Mess-Protokoll (siehe auch nachfolgend). Jeder fMRI Scan bestand aus vier Blöcken, wobei die Farbbedingungen und Richtungsbedingungen abwechselten, und wobei mit der Richtungsbedingung begonnen wurde. Jeder Block bestand aus 36 Einzeltests und jeder Block dauerte 32.4 Sekunden. Jeder Einzeltest bestand aus einer Stimulus-Anzeige für 0,5 Sekunden bei einen Zwischen-Stimulus-Intervall von 0,4 Sekunden, in dem nur ein Fixierkreuz gezeigt wurde. Die Einzeltests mit den gelben/blauen Pfeilen, die nach links/rechts zeigten, waren innerhalb der Blöcke randomisiert. Vor jedem Block wurden in einem Instruktionsintervall Anweisungen für 3.5 Sekunden gezeigt, die den Teilnehmer über die nachfolgende Bedingung informierten 8, gefolgt von einem Leerintervall von 2,5 Sekunden. Nach jedem Block wurde ein Basislinienintervall von 12 Sekunden eingefügt. This was based on the Stroop effect. The Stroop task consisted of a directional and a color condition. In each case a yellow or a blue arrow was shown pointing to the left or to the right. During the directional condition, the participants had to press the right or left index finger according to the direction of the arrow ("normal condition"). During the color condition, participants had to press their left index finger for a yellow arrow and their right index finger for a blue arrow, regardless of the direction of the arrow ("Stroop condition"). Congruent stimuli were yellow arrows pointing to the left and blue arrows pointing to the right. However, incongruent stimuli were yellow arrows pointing to the right, and blue arrows pointing to the left. Both in terms of the number of congruent and incongruent stimuli as well as the direction, the stimuli were balanced. Each participant (single subject) was examined in two scanning sessions, referred to below as test and post-test, with the measurement protocol identical for both sessions. Between each participant's session, 81.0 +/- 46.6 (standard deviation) minutes passed, allowing participants to relax outside the scanner during this time. Each of the sessions consisted of six fMRI scans. At the end of each test session, an anatomical scan was also performed. The task for every scan was the same and the scans varied only in relation to the fMRI measurement protocol (see also below). Each fMRI scan consisted of four blocks, alternating color conditions and directional conditions, starting with the directional condition. Each block consisted of 36 individual tests and each block lasted 32.4 seconds. Each individual test consisted of a stimulus indication for 0.5 seconds at an intermediate stimulus interval of 0.4 seconds, in which only one fixation cross was shown. The individual tests with the yellow / blue arrows pointing left / right were randomized within the blocks. Before each block, instructions were presented for 3.5 seconds in an instruction interval, informing the participant of the following condition 8, followed by a blanking interval of 2.5 seconds. After each block, a baseline interval of 12 seconds was inserted.

Während dieses Basislinienintervalls wurde nur ein Fixierkreuz gezeigt. Am Ende eines Scans wurde zudem ein weiteres Basislinienintervall von 20 Sekunden eingefügt. Somit ergab sich die Gesamtdauer eines Scans mit Instruktionsintervall und Basislinienintervallen von 221,6 Sekunden. During this baseline interval, only one fixation cross was shown. At the end of a scan, another baseline interval of 20 seconds was added. Thus, the total duration of a scan with instruction interval and baseline intervals was 221.6 seconds.

Funktionale Bilder als auch Strukturbilder (anatomischer Scan) wurden im Versuchsaufbau mit einem 3-Tesla Scanner (Tim Trio, Siemens Medical Systems, Erlangen) SC aufgenommen (100), der mit einer 12-Kannal Kopf-Spule ausgerüstet war. Sechs unterschiedliche single-shot echo planar imaging (EPI) Protokolle wurden verwendet, die sowohl in zeitlicher als auch räumlicher Auflösung variierten (z.B. TR = 1250 ms oder 1600 ms oder 2400 ms und Voxel Größe = 2.5 mm³ oder 3.5 mm³ oder 4.5 mm³), siehe hierzu auch Tabelle 1, in der die unterschiedlichen single-shot EPI Protokolle mit drei räumlichen und drei zeitlich unterschiedlichen Auslösungen, den hierzu zugehörigen Voxel-Größen (engl. voxel size) und der jeweiligen Anzahl von Schnitten (engl. Slices), und dem jeweiligen Sichtfeld (engl. field of view, abgekürzt FOV) sowie der sich ergebenden Matrixgröße (engl. matrix size) gezeigt sind. TR bezeichnet dabei die Repetition Time und TE die Echo Time. Voxel size (mm³) TR (ms) TE (ms) Flip Angle (deg) Slices FOV (mm²) Matrix size 4,5·4,5·4,5 2400 30 80 23 288·288 320·320 4,5·4,5·4,5 1600 30 72 23 288·288 320·320 4,5·4,5·4,5 1250 30 68 23 288·288 320·320 3,5·3,5·3,5 2400 30 80 30 224·224 384·384 3,5·3,5·3,5 1600 30 72 30 224·224 384·384 2,5·2,5·2,5 2400 30 80 42 220·220 612·612 Tabelle 1 Unterschiedliche Einzelaufnahmen eines EPI-Protokolls Functional images as well as structural images (anatomical scan) were recorded in the experimental setup with a 3-Tesla scanner (Tim Trio, Siemens Medical Systems, Erlangen) SC ( 100 ) equipped with a 12-cannal head coil. Six different single-shot echo planar imaging (EPI) protocols were used which varied in both temporal and spatial resolution (eg TR = 1250 ms or 1600 ms or 2400 ms and voxel size = 2.5 mm ³ or 3.5 mm ³ or 4.5 mm ³ ), see also Table 1, in which the different single-shot EPI protocols with three spatial and three temporally different triggers, the associated voxel sizes and the respective number of slices , and the respective field of view (abbreviated FOV) and the resulting matrix size (English: matrix size) are shown. TR denotes the repetition time and TE the echo time. Voxel size (mm ³ ) TR (ms) TE (ms) Flip Angle (deg) Slices FOV (mm ² ) Matrix size 4.5 x 4.5 x 4.5 2400 30 80 23 288 × 288 320 x 320 4.5 x 4.5 x 4.5 1600 30 72 23 288 × 288 320 x 320 4.5 x 4.5 x 4.5 1250 30 68 23 288 × 288 320 x 320 3.5 x 3.5 x 3.5 2400 30 80 30 224 · 224 384 x 384 3.5 x 3.5 x 3.5 1600 30 72 30 224 · 224 384 x 384 2.5 x 2.5 x 2.5 2400 30 80 42 220 x 220 612 · 612 Table 1 Different individual images of an EPI protocol

Eine Aufnahmebeschleunigung wurde in allen Protokollen unter Verwendung von Parallel- Imaging mit einem Beschleunigungsfaktor von 2 und 24 Referenzlinien sowie einem generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA) reconstruction algorithm ( Griswold et al., 2002 ) angewendet. Bilder wurden in verschachtelter Schnittfolge mittels einer product EPI Sequenz (TE: 30 ms, distance factor: 10 %, receiver bandwidth: 2298 Hz/Px, echo spacing: 0.52 ms) erhalten. Der optimale flip-Winkel wurde entsprechend dem Ernst-Winkel gewählt ( Ernst and Anderson, 1966; Helms et al, 2008; Ye et al., 2010 ). Phasenkodierung wurde in Richtung von anterior nach posterior verwendet. Für Zwecke der Nachverarbeitung wurde eine Schnitt-Scan-Zeitkorrektur (engl. slice scan time correction), eine Entfernung linearer Trends (engl. linear trend removal) und 3D-Bewegungskorrektur (engl. 3D-motion correction) verwendet. Die Ergebnisse der 3D-Bewegungskorrektur wurden zudem visuel kontrolliert. Nachfolgend wird die Analyse auf Voxel der grauen Substanz beschränkt sein. Accumulation acceleration was reported in all protocols using parallel imaging with an acceleration factor of 2 and 24 reference lines and a generalized autocalibrating partially parallel acquisitions (GRAPPA) reconstruction algorithm (FIG. Griswold et al., 2002 ) applied. Images were obtained in a nested sequence using a product EPI sequence (TE: 30 ms, distance factor: 10%, receiver bandwidth: 2298 Hz / Px, echo spacing: 0.52 ms). The optimal flip angle was chosen according to the Ernst angle ( Ernst and Anderson, 1966; Helms et al, 2008; Ye et al., 2010 ). Phase encoding was used in the anterior to posterior direction. For post processing purposes, slice scan time correction, linear trend removal, and 3D motion correction were used. The results of the 3D motion correction were visually inspected. In the following, the analysis will be limited to gray matter voxels.

Hierzu kann beispielsweise Cortex Based Alignment ( CBA; Fischl et al., 1999 ) verwendet werden. Die CBA führt zu einer Maske, die lediglich Aktivität innerhalb der grauen Substanz (engl. grey matter) berücksichtigt. Dies ist besonders vorteilhaft, da fMRI Frequenzspektren der grauen Substanz aussagekräftiger als solche der weißen Substanz (engl. white matter) sind ( Zuo et al., 2010a ). Dabei ist wiederum von Vorteil, eine einzelsubjektbezogene Maske zu verwenden. Weiterhin stellt CBA auch keine Glättung dar, sodass auch die durch Glättung hervorgerufenen Probleme außen vor bleiben. For example, Cortex Based Alignment ( CBA; Fischl et al., 1999 ) be used. The CBA results in a mask that only takes into account gray matter activity. This is particularly advantageous since fMRI gray matter frequency spectra are more meaningful than white matter (white matter) spectra ( Zuo et al., 2010a ). Again, it is advantageous to use a single-subject mask. Furthermore, CBA also does not smooth, so even the problems caused by smoothing are left out.

Mit den so ermittelten Bildern wurde entsprechend der Erfindung verfahren, d.h. die Daten wurden in einen gemeinsamen Datenraum transformiert, wobei Glättungs-, Interpolations-, Gewichtungs- und Lageerkennungs-Schritte weiterhin vorhanden sein konnten (200). The thus determined images were processed according to the invention, ie the data were transformed into a common data space, whereby smoothing, interpolation, weighting and position detection steps could still be present ( 200 ).

Beispielsweise wurde eine Knoten-bezogene schnelle Fourier Transformation (FFT) über den zeitlichen Verlauf für die Testsession als auch die Nachttestsession unter Verwendung von Matlab 2012B (MathWorks, Natick, Massachusetts, USA) 300a auf einer Workstation (WS) durchgeführt. Die höchste erkennbare Frequenz des Leistungsspektrums ist dabei durch die Nyquist-Frequenz (Abtasttheorem) gegeben, die eine unmittelbare Funktion von der zeitlichen Auflösung (TR – Tabelle 1) ist. Vorliegend war das fMRI-(Leistungs-)Spektrum des schnellsten Protokolls ungefähr zweimal breiter als das (Leistungs-) Spektrum des langsamsten Protokolls. Daher wurden für die Berechnung von ICC für die Auflösungen mit TR = 1250 ms und 1600 ms (schnellere Protokolle) mehr Fourier-Koeffizienten (breiteres Spektrum) – in diesen beiden Fällen jeweils 129 Fourier-Koeffizienten – verwendet, als für die Auflösung mit TR = 2400 ms (langsameres Protokoll) – in diesem Fall nur 65 Fourier-Koeffizienten. For example, a node-related Fast Fourier Transform (FFT) over the time course was used for the test session as well as the night test session using Matlab 2012B (MathWorks, Natick, Massachusetts, USA). 300A performed on a workstation (WS). The highest detectable frequency of the power spectrum is given by the Nyquist frequency (sampling theorem), which is an immediate function of the temporal resolution (TR - Table 1). In the present case, the fMRI (power) spectrum of the fastest protocol was about twice as wide as the (power) spectrum of the slowest protocol. Therefore, for the calculation of ICC for the resolutions with TR = 1250 ms and 1600 ms (faster protocols), more Fourier coefficients (wider spectrum) - in each case 129 Fourier coefficients - were used, as for the resolution with TR = 2400 ms (slower protocol) - in this case only 65 Fourier coefficients.

Die Fourier-Koeffizienten, welche so erhalten wurden, wurden verwendet, um die Test- Nachtest-Sicherheit mittels ICC ( Shrout and Fleiss, 1979; Specht et al., 2003 ) zu bestimmen (400a). Dabei wurden ICCs für alle Knoten separat für jeden Teilnehmer entsprechend der nachfolgenden Gleichung (siehe Caceres et al. 2009 ):

bestimmt. The Fourier coefficients thus obtained were used to test the test post-test safety using ICC ( Shrout and Fleiss, 1979; Specht et al., 2003 ) ( 400a ). In this case, ICCs for all nodes were calculated separately for each participant according to the following equation (see Caceres et al. 2009 ):

certainly.

Für jeden Knoten wurde eine Datenmatrix erstellt mit Fourier-Koeffizienten als “Ziel” und k = 2 Sessions als “Beobachter” („judges“). Dabei ist das EMS, das within-target mean square (EMS), als der Mittelwert der Summen der Quadrate, welche für den Sessionfaktor geteilt durch die entsprechenden Freiheitsgrade erhalten werden, definiert. Das BMS, das betweentargets mean square (BMS), ist als der Mittelwert der Summen der Quadrate, welche für den Zielfaktor dividiert durch die Freiheitsgrade erhalten werden, definiert. Schließlich werden eine Gesamtzahl von 40962 ICCs pro Teilnehmer erhalten, welchen der Anzahl von Knoten pro Teilnehmer entspricht. Für jeden Teilnehmer wurden somit sechs ICC Karten erstellt, d.h. eine für jedes scanning Protokoll. For each node, a data matrix was created with Fourier coefficients as the "target" and k = 2 sessions as the "judges". Here, the EMS, within-target mean square (EMS), is defined as the mean of the squares of the squares obtained for the session factor divided by the corresponding degrees of freedom. The BMS, the betweentargets mean square (BMS), is defined as the mean of the sums of squares obtained for the target factor divided by the degrees of freedom. Finally, a total of 40962 ICCs per subscriber is obtained, which corresponds to the number of nodes per subscriber. For each participant, six ICC maps were thus created, i. one for each scanning protocol.

Für weitere statistische Auswertungen können die ICC Schätzungen z.B. mittels Fisher- Transformation verarbeitet werden. For further statistical evaluations, the ICC estimates may e.g. be processed by means of Fisher transformation.

Somit kann ein erfindungsgemäßes Verfahren zur zeitlichen und räumlichen Interpolation von fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt wie folgt beschrieben werden. Dabei ist zunächst nochmals anzumerken, dass die Art der Bilderfassung zunächst nicht entscheidend ist. Im Folgenden wird angenommen, dass ein Bild zumindest zwei räumliche und zumindest eine zeitliche Dimension aufweist. Nachfolgend kann aber auch ein Bild z.B. drei räumliche und zumindest eine zeitliche Dimension aufweisen. Als solches sind solche Bilder jeweils mit umfasst. Thus, an inventive method for temporal and spatial interpolation of fMRI time series with respect to a single subject can be described as follows. It should first be noted again that the type of image capture is initially not critical. In the following, it is assumed that an image has at least two spatial and at least one temporal dimension. Subsequently, however, an image may also be included e.g. have three spatial and at least one temporal dimension. As such, such images are each included.

In allgemeinster Form werden dabei in einer ersten Zeitreihe nunmehr Bilder in Bezug auf ein Einzelsubjekt aufgenommen. Dabei werden eine Vielzahl N von funktionellen Bildern in einem Schritt 100 aufgenommen, wobei zumindest zwei Bilder aus der Vielzahl N von funktionellen Bildern keine identische räumliche und/oder zeitliche Auflösung aufweisen. Anschließend werden diese Vielzahl N von Bildern in einem Schritt 200 einen gemeinsamen Raum transformiert und soweit nötig interpoliert. Gemeinsamer Raum bezieht sich auf einen zeitlichen und räumlichen Datenraum. Die Auflösung des gemeinsamen „räumlichen“ und „zeitlichen“ Raumes ist dabei mindestens so hoch wie das höchste „zeitliche“ und „räumliche“ Auflösungsniveau der Vielzahl N von funktionellen Bildern. In the most general form, images are now taken in relation to a single subject in a first time series. Thereby, a plurality N of functional images are formed in one step 100 recorded, wherein at least two images of the plurality N of functional images do not have identical spatial and / or temporal resolution. Subsequently, these plural number N of images in one step 200 transformed a common space and interpolated as necessary. Shared space refers to a temporal and spatial data space. The resolution of the common "spatial" and "temporal" space is at least as high as the highest "temporal" and "spatial" resolution level of the plurality N of functional images.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann nun zur Ermittlung von reliablen Hirnaktivierungen die Vielzahl N identischer Experimente zur Gewinnung der fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt durchgeführt werden, wobei zunächst für jedes der Vielzahl N Experimente ein Frequenz- und ein Phasen-Spektrum auf Bildpunkt-Niveau in Bezug auf jedes der Vielzahl N Experimente erzeugt wird, und sodann die Reproduzierbarkeit der Frequenz- und Phasen- Spektren der Vielzahl N Experimente pro Bildpunkt mittels eines Korrelationsverfahrens, insbesondere einer Intraklassen-Korrelation, erfasst wird. In a development of the invention, the number N of identical experiments for obtaining the fMRI time series with respect to an individual subject can now be carried out to determine reliable brain activations, wherein first of all a frequency spectrum and a phase spectrum are applied to each of the plurality N of experiments. Level with respect to each of the plurality of N experiments, and then the reproducibility of the frequency and phase spectra of the plurality of N experiments per pixel is detected by means of a correlation method, in particular an intraclass correlation.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann nun zur Erfassung und Unterscheidung der Hirnaktivierung von der Hirndeaktivierung in Bezug auf das Einzelsubjekt in einem weiteren Schritt zunächst Bildpunkten als Bildpunktkandidaten ausgewählt werden, die über eine vorbestimmte Reliabilität verfügen, sodann können die Bildpunktkandidaten als Unterscheidungspunkte ausgewählt werden, deren Hauptfrequenz im Wesentlichen mit der Frequenz des dargebotenen Reizes in Bezug auf das Einzelsubjekt übereinstimmt, und sodann kann man unterscheiden, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt. According to a development of the invention, for the detection and differentiation of the brain activation from the brain deactivation with respect to the individual subject, in a further step pixels can now be selected as pixel candidates having a predetermined reliability, then the pixel candidates can be selected as distinguishing points whose main frequency in the Essentially, it can be distinguished with the frequency of the stimulus presented in relation to the single subject, and then it can be distinguished whether the distinguishing point is brain activation, brain deactivation or noise.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann nun zur Unterscheidung, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt, die Phasenlage verwendet werden. In a development of the invention, the phase position can now be used to distinguish whether the distinguishing point is a brain activation, a brain deactivation or noise.

Insbesondere kann zur Unterscheidung, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt, eine Clusteranalyse über die reliablen Zeitreihen zur Kategorisierung verwendet werden. In particular, to distinguish whether the distinguishing point is brain activation, brain deactivation or noise, cluster analysis over the relative time series may be used for categorization.

Gemäß einer Ausgestaltung von Weiterbildungen der Erfindung können die Start- und Endzeitpunkte der dargebotenen Reize durch Addition der reliablen Zeitreihen in Bezug auf Hirnaktivierung bzw. Hirndeaktivierung ermittelt werden. According to one embodiment of developments of the invention, the start and end times of the presented stimuli can be determined by adding the relative time series with respect to brain activation or brain deactivation.

Andererseits kann ein Verfahren zur Einzelsubjekt-bezogenen funktionalen MRI Bildgebung wie folgt auch charakterisiert werden. Dabei werden Messwerte in im Wesentlichen einer Vielzahl von zueinander parallelen Ebenen in „einem“ Schritt 100 erfasst, z.B. mittels eines MRI-Scanners SC. Zunächst werden dabei erste Messwerte aufgenommen, wobei die Messwerte eine erste räumliche Auflösung (in einer oder zwei Dimensionen) aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der ersten Messwerte einen ersten Abstand zueinander aufweisen, anschließend werden zweite Messwerten in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die zweiten Messwerte eine zweite räumliche Auflösung (in einer oder zwei Dimensionen) aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der zweiten Messwerte einen zweiten Abstand zueinander aufweisen, wobei der zweite Abstand und der erste Abstand ungleich zueinander sind. Nun kann auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes erste Werte mit einer dritten räumlichen Auflösung in einem Schritt 200 berechnet werden, wobei die dritte räumliche Auflösung ein Oversampling zumindest der ersten Messwerte oder der zweiten Messwerte ermöglicht, und wobei die räumliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten räumlichen Auflösung. Somit kann im Sinne der vorherigen Beschreibung beispielsweise eine Ruhephase / Baseline bestimmt werden. Nun wird ein Reiz an das Einzelsubjekt zugeführt. Der Reiz kann dabei jegliche Form annehmen und ist nicht auf einen visuellen Reiz beschränkt. Beispielsweise kann auch ein akustischer Reiz oder ein sensorischer Reiz oder ein thermischer Reiz verwendet werden. Nunmehr werden dritte Messwerten in Bezug auf den Reiz in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die Messwerte wiederum eine erste räumliche Auflösung (in einer oder zwei Dimensionen) aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der dritten Messwerte den ersten Abstand zueinander aufweisen, und es werden vierte Messwerten in Bezug auf den Reiz in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die Messwerte die zweite räumliche Auflösung (in einer oder zwei Dimensionen) aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der vierten Messwerte den zweiten Abstand zueinander aufweisen. Nunmehr können auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes zweite Werten mit der dritten räumlichen Auflösung in einem Schritt 200 berechnet werden, wobei die dritte räumliche Auflösung ein Oversampling zumindest der dritten Messwerte oder der vierten Messwerte ermöglicht, und wobei die räumlichen Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten räumlichen Auflösung. Nachfolgend kann dann unter Verwendung der ersten berechneten Werte und der zweiten berechneten Werte bestimmt werden, ob der Reiz zu einer (Gehirn-)Aktivität geführt hat oder nicht. On the other hand, a method for single-subject-related functional MRI imaging may also be characterized as follows. In this case, measured values in substantially a plurality of mutually parallel planes become "one" step 100 detected, for example by means of an MRI scanner SC. First, first measured values are recorded, wherein the measured values have a first spatial resolution (in one or two dimensions), wherein the parallel planes of the first measured values have a first distance from one another, then second measured values are in "one" step 100 wherein the second measurement values have a second spatial resolution (in one or two dimensions), wherein the parallel planes of the second measurement values have a second distance from each other, wherein the second distance and the first distance are not equal to each other. Now, based on the first distance and the second distance, first values can be obtained with a third spatial resolution in one step 200 wherein the third spatial resolution enables oversampling of at least one of the first measurements and the second measurements, and wherein the spatial resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second spatial resolutions. Thus, in the sense of the previous description, for example, a resting phase / baseline can be determined. Now a stimulus is supplied to the single subject. The stimulus can take any form and is not limited to a visual stimulus. For example, an acoustic stimulus or a sensory stimulus or a thermal stimulus may also be used. Now, third measures regarding the stimulus become "one" step 100 The measured values again have a first spatial resolution (in one or two dimensions), the parallel planes of the third measured values being at the first distance from each other, and fourth measured values relating to the stimulus in "one" step 100 The measured values have the second spatial resolution (in one or two dimensions), wherein the parallel planes of the fourth measured values have the second distance from one another. Now, based on the first distance and the second distance, second values with the third spatial resolution can be determined in one step 200 wherein the third spatial resolution enables oversampling of at least the third or fourth readings, and wherein the spatial resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second spatial resolutions. Subsequently, using the first calculated values and the second calculated values, it can then be determined whether the stimulus has led to (brain) activity or not.

Offensichtlich können die Aufnahmeteilschritte des Schrittes 100 zunächst ausgeführt werden und die dabei erhaltenen Bilddaten einer Speicherung in einer geeigneten Datenbank und/oder unmittelbar zu einer weiteren Verarbeitung seitens einer geeigneten Workstation WS zugeführt werden. Die Workstation WS kann zugleich auch der Steuerung des Aufnahmegerätes, z.B. eines Scanners SC, dienen. Obviously, the recording steps of the step 100 be executed first and the resulting image data of storage in a suitable database and / or directly supplied to a further processing by a suitable workstation WS. The workstation WS can also serve to control the recording device, for example a scanner SC.

Alternativ oder zusätzlich kann dieses Verfahren auch auf die zeitliche Dimension angepasst werden. Alternatively or additionally, this method can also be adapted to the time dimension.

Nunmehr werden erste Messwerten in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die ersten Messwerte eine erste zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der ersten Messwerte einen ersten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen. Sodann werden zweite Messwerte in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die Messwerte eine zweite zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der zweiten Messwerte einen zweiten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, wobei der zweite zeitliche Abstand und der erste zeitliche Abstand ungleich zueinander sind. Anschließend wird auf Basis des ersten zeitlichen Abstandes und des zweiten zeitlichen Abstandes erste Werte mit einer dritten zeitlichen Auflösung in einem Schritt 200 berechnet, wobei die dritte zeitliche Auflösung ein Oversampling zumindest der ersten zeitlichen Messwerte oder der zweiten zeitlichen Messwerte ermöglicht, und wobei die zeitliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten zeitlichen Auflösung. Nachfolgend wird ein Reiz dem Einzelsubjekt zugeführt. Der Reiz kann dabei jegliche Form annehmen und ist nicht auf einen visuellen Reiz beschränkt. Beispielsweise kann auch ein akustischer Reiz oder ein sensorischer Reiz oder ein thermischer Reiz verwendet werden. Nun werden dritte Messwerten in Bezug auf den Reiz in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die Messwerte wiederum eine erste zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der dritten Messwerte den ersten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, und anschließend werden vierte Messwerte in Bezug auf den Reiz in „einem“ Schritt 100 aufgenommen, wobei die Messwerte die zweite zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der vierten Messwerte den zweiten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen. Nunmehr kann auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes zweite Werte mit der dritten räumlichen und zeitlichen Auflösung in einem Schritt 200 berechnet werden, wobei die dritte zeitliche Auflösung ein Oversampling zumindest der dritten Messwerte oder der vierten Messwerte ermöglicht, und wobei die zeitliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten zeitlichen Auflösung. Daraufhin kann unter Verwendung der ersten berechneten Werte und der zweiten berechneten Werte bestimmt werden, ob der Reiz zu einer Aktivität geführt hat. Now, first measured values are in "one" step 100 recorded, wherein the first measured values have a first temporal resolution, wherein the parallel planes of the first measured values have a first temporal distance from each other. Then second measured values are in "one" step 100 wherein the measured values have a second temporal resolution, wherein the parallel planes of the second measured values have a second temporal distance from each other, wherein the second time interval and the first time interval are unequal to each other. Subsequently, on the basis of the first time interval and the second time interval, first values with a third temporal resolution in one step 200 wherein the third temporal resolution enables an oversampling of at least the first temporal measured values or the second temporal measured values, and wherein the temporal resolution of the calculated values equal to or better than the better of the first and second temporal resolution. Subsequently, a stimulus is supplied to the individual subject. The stimulus can take any form and is not limited to a visual stimulus. For example, an acoustic stimulus or a sensory stimulus or a thermal stimulus may also be used. Now, third measures of stimulus become "one" step 100 The measured values again have a first temporal resolution, with the parallel planes of the third measured values being at the first temporal distance from one another, and subsequently fourth measured values with respect to the stimulus in "one" step 100 wherein the measured values have the second temporal resolution, wherein the parallel planes of the fourth measured values have the second time interval from one another. Now, based on the first distance and the second distance, second values with the third spatial and temporal resolution in one step 200 wherein the third temporal resolution enables oversampling of at least the third or fourth measurements, and wherein the temporal resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second temporal resolutions. Then, using the first calculated values and the second calculated values, it can be determined whether the stimulus has led to an activity.

Offensichtlich können die Teilschritte 100 bzw. 200 in Bezug auf räumliche und zeitliche Information auch kombiniert sein und z.B. in einen gemeinsamen räumlich-zeitlichen Datenraum münden. Obviously, the substeps 100 respectively. 200 be combined in terms of spatial and temporal information and, for example, lead to a common spatial-temporal data space.

In Ausgestaltungen der Erfindung kann zudem vorgesehen sein, dass bei der Berechnung von Werten für eine höhere Auflösung erste Messwerten und/oder den zweite Messwerte in Schritt 200 gewichtet werden. In embodiments of the invention, it may also be provided that in the calculation of values for a higher resolution first measured values and / or the second measured values in step 200 be weighted.

Zudem kann in Ausgestaltungen der Erfindung zur Erkennung einer (Gehirn-)Aktivierung eine Einzelsubjektbezogene Bestimmung einer BOLD Kurve unter Verwendung der ersten berechneten Werte in Schritten 300b, 400b vorgenommen werden. Diese BOLD-Kurve kann dabei nicht nur in Bezug auf Einzelsubjekt sondern auch in Bezug auf die Art des Reizes bestimmt werden. In addition, in embodiments of the invention for detecting (brain) activation, a single-subject related determination of a BOLD curve can be made using the first calculated values in steps 300b . 400b be made. This BOLD curve can be determined not only with respect to the individual subject but also with respect to the type of stimulus.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit können die gemessenen als auch die berechneten Werte für nachfolgende Untersuchungen in einen geeigneten Raum in Schritt 300a transformiert werden, z.B. mittels einer Transformation in einen anderen Raum, insbesondere einer (schnellen) Fourier-Transformation, einer Laplace-Transformation, einer Z-Transformation. Without limitation of generality, the measured as well as the calculated values for subsequent examinations in a suitable space in step 300A be transformed, for example by means of a transformation into another space, in particular a (fast) Fourier transform, a Laplace transform, a Z-transform.

Insbesondere können die so in einem anderen Raum in Schritt 300a abgebildeten ersten Werte und zweiten Werte zur Bestimmung in einem Schritt 400a verwendet werden, ob der Reiz zu einer (Gehirn-)Aktivität geführt hat. In particular, the so in another room in step 300A mapped first values and second values for determination in one step 400a whether the stimulus has led to (brain) activity.

Von besonderem Vorteil ist, dass bei den zuvor beschriebenen Verfahren auch Kontrastmittel zum Einsatz gebracht werden können. Diese Kontrastmittel können sowohl invasiv als auch nicht-invasiv dem jeweiligen Einzelsubjekt in einem Schritt 50 z.B. vor Beginn der Untersuchung oder aber auch als Bestandteil der Untersuchung zwischen Teilschritten 100 zugeführt werden. It is of particular advantage that contrast agents can also be used in the methods described above. These contrast agents can be both invasive and non-invasive to the individual subject in one step 50 eg before the start of the examination or else as part of the examination between partial steps 100 be supplied.

Wie bereits zuvor dargestellt, können Bewegungen des Einzelsubjektes während der Aufnahme 100 von Messwerten aus den jeweiligen Messwerten ermittelt werden und ein Versatz von Messwerten bei der Berechnung in Schritt 200 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann es sein, dass während einer ersten Mess-Sequenz der Körper eine erste Position einnimmt und z.B. in Folge von Atmung oder Bewegung der Körper bei einer weiteren Mess-Sequenz eine verschobene und/oder verdrehte Position aufweist. In diesen Fällen kann aus markanten Strukturen die translatorische und/oder rotatorische Veränderung zwischen den beiden Postionen erkannt werden. Nun können die so erkannten Postionen bzw. Orientierungen zur Korrektur in Bezug auf das Auflösungsgitter verwendet werden oder aber bei der Berechnung von Werten (dritte und vierte Messwerte) Berücksichtigung finden. Beispielsweise können die aus den Messwerten berechneten Werte in einem Einzelsubjektbezogenen Koordinatensystem vorliegen. As already shown, movements of the individual subject during the recording 100 of measured values from the respective measured values and an offset of measured values in the calculation in step 200 be taken into account. For example, it may be that during a first measurement sequence, the body occupies a first position and, for example as a result of breathing or movement, the body has a shifted and / or rotated position in a further measurement sequence. In these cases, the translatory and / or rotational change between the two positions can be recognized from distinctive structures. The positions or orientations thus recognized can now be used for the correction with respect to the resolution grid or else be taken into account in the calculation of values (third and fourth measured values). For example, the values calculated from the measured values can be present in a single-object-related coordinate system.

Ohne Weiteres ist durch die Erfindung auch eine Vorrichtung WS zur Verwendung eines der vorhergehenden Verfahren umfasst. Diese kann zum einen aus einer von den bildgebenden Einrichtungen entfernten Verarbeitungsvorrichtung, z.B. in Form eines entsprechend programmtechnisch eingerichteten Computers WS, bestehen, oder aber in eine bildgebende Einrichtung SC integriert sein. The invention also readily encompasses a device WS for using one of the preceding methods. This may, on the one hand, consist of a processing device remote from the imaging devices, e.g. in the form of a corresponding program-technically configured computer WS, exist, or be integrated into an imaging device SC.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit der Erfindung wird es ermöglicht, nunmehr eine Einzelsubjekt-bezogene funktionale MRI Bildgebung bereitzustellen, ohne dass es auf a priori Wissen ankommt. Zudem erlaubt die Erfindung eine insgesamt hohe räumliche Auflösung bei zugleich hoher Test-Nachtest-Sicherheit. Without limiting the generality of the invention, it is now possible to provide single-subject-related functional MRI imaging without relying on a priori knowledge. In addition, the invention allows a total of high spatial resolution with high test Nachtest security.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Griswold et al., 2002 [0049] Griswold et al., 2002 [0049]
Ernst and Anderson, 1966; Helms et al, 2008; Ye et al., 2010 [0049] Ernst and Anderson, 1966; Helms et al, 2008; Ye et al., 2010 [0049]
CBA; Fischl et al., 1999 [0050] CBA; Fischl et al., 1999 [0050]
Zuo et al., 2010a [0050] Zuo et al., 2010a [0050]
Shrout and Fleiss, 1979; Specht et al., 2003 [0053] Shrout and Fleiss, 1979; Specht et al., 2003 [0053]
Caceres et al. 2009 [0053] Caceres et al. 2009 [0053]

Claims

Verfahren zur zeitlichen und räumlichen Interpolation von fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt, wobei ein Bild zumindest zwei räumliche und zumindest eine zeitliche Dimension aufweist, wobei zumindest eine erste Zeitreihe in Bezug auf ein Einzelsubjekt aufgenommen wird, aufweisend die Schritte: – Aufnehmen einer Vielzahl N von funktionellen Bildern (100), wobei zumindest zwei Bilder aus der Vielzahl N von funktionellen Bildern keine identische räumliche und/oder zeitliche Auflösung aufweisen, – Interpolieren der Vielzahl N von funktionellen Bildern in einen gemeinsamen „räumlichen“ und/oder „zeitlichen“ Raum (200), wobei die Auflösung des gemeinsamen „räumlichen“ oder „zeitlichen“ Raumes mindestens so hoch ist wie das höchste „zeitliche“ oder „räumliche“ Auflösungsniveau der Vielzahl N von funktionellen Bildern. A method for temporal and spatial interpolation of fMRI time series with respect to a single subject, wherein an image has at least two spatial and at least one temporal dimension, wherein at least a first time series is taken with respect to a single subject, comprising the steps of: - capturing a plurality N of functional images ( 100 ), wherein at least two images of the plurality N of functional images do not have identical spatial and / or temporal resolution, interpolating the plurality N of functional images into a common "spatial" and / or "temporal" space ( 200 ), where the resolution of the common "spatial" or "temporal" space is at least as high as the highest "temporal" or "spatial" resolution level of the plurality N of functional images.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung von reliablen Hirnaktivierungen die Vielzahl N identischer Experimente zur Gewinnung der fMRI-Zeitreihen in Bezug auf ein Einzelsubjekt durchgeführt werden, aufweisend die Schritte – Erzeugen eines Frequenz- und Phasen-Spektrums auf Bildpunkt-Niveau in Bezug auf jedes der Vielzahl N Experimente (300a), – Erfassen der Reproduzierbarkeit der Frequenz- und Phasen-Spektren der Vielzahl N Experimente pro Bildpunkt mittels eines Korrelationsverfahrens, insbesondere einer Intraklassen-Korrelation (400a). A method according to claim 1, characterized in that to determine reliable brain activations, the plurality N identical experiments are performed to obtain the fMRI time series with respect to a single subject, comprising the steps of generating a frequency and phase spectrum at pixel level in Regards each of the plurality N experiments ( 300A ), - recording the reproducibility of the frequency and phase spectra of the plurality of N experiments per pixel by means of a correlation method, in particular an intraclass correlation ( 400a ).

Verfahren nach Anspruch 2, wobei zur Erfassung und Unterscheidung der Hirnaktivierung von der Hirndeaktivierung in Bezug auf das Einzelsubjekt weiterhin aufweisend die folgenden Schritte: – Auswählen von Bildpunkten, die über eine vorbestimmte Reliabilität verfügen, als Bildpunktkandidaten, – Auswählen der Bildpunktkandidaten, deren Hauptfrequenz im Wesentlichen mit der Frequenz des dargebotenen Reizes in Bezug auf das Einzelsubjekt übereinstimmt, als Unterscheidungspunkte, – Unterscheiden, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt. The method of claim 2, wherein for detecting and distinguishing the brain activation from the brain deactivation with respect to the single subject further comprising the following steps: Selecting pixels which have a predetermined reliability as pixel candidates, Selecting the pixel candidates whose principal frequency substantially coincides with the frequency of the presented stimulus with respect to the single subject as distinguishing points, - Distinguishing whether the distinction is brain activation, brain deactivation or noise.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt, die Phasenlage verwendet wird. A method according to claim 3, characterized in that to distinguish whether the distinguishing point is a brain activation, a brain deactivation or noise, the phase position is used.

Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung, ob der Unterscheidungspunkt eine Hirnaktivierung, eine Hirndeaktivierung oder Rauschen darstellt, eine Clusteranalyse über die reliablen Zeitreihen zur Kategorisierung verwendet wird. A method according to claim 3 or 4, characterized in that to distinguish whether the distinguishing point represents a brain activation, a brain deactivation or noise, a cluster analysis on the reliable time series is used for categorization.

Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, wobei zur Erfassung von Reizanfang und Reizende durch Addition der reliablen Zeitreihen in Bezug auf Hirnaktivierung bzw. Hirndeaktivierung die Start- und Endzeitpunkte der dargebotenen Reize ermittelt werden. The method of claim 3, 4 or 5, wherein the start and end times of the presented stimuli are determined for the detection of stimulus start and stimulus end by addition of the reliable time series with respect to brain activation or brain deactivation.

Verfahren zur Einzelsubjekt-bezogenen funktionalen MRI Bildgebung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Messwerte in im Wesentlichen einer Vielzahl von zueinander parallelen Ebenen erfasst werden, aufweisend die Schritte: • Aufnehmen (100) von ersten Messwerten, wobei die Messwerte eine erste räumliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der ersten Messwerte einen ersten Abstand zueinander aufweisen, • Aufnehmen von (100) zweiten Messwerten, wobei die Messwerte eine zweite räumliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der zweiten Messwerte einen zweiten Abstand zueinander aufweisen, wobei der zweite Abstand und der erste Abstand ungleich zueinander sind, • auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes berechnen (200) von ersten Werten mit einer dritten räumlichen Auflösung, wobei die dritte räumliche Auflösung ein Oversampling zumindest der ersten Messwerte oder der zweiten Messwerte ermöglicht, und wobei die räumliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten räumlichen Auflösung, • Zuführen eines Reizes an das Einzelsubjekt und • Aufnehmen (100) von dritten Messwerten in Bezug auf den Reiz, wobei die Messwerte wiederum eine erste räumliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der dritten Messwerte den ersten Abstand zueinander aufweisen, • Aufnehmen (100) von vierten Messwerten in Bezug auf den Reiz, wobei die Messwerte die zweite räumliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der vierten Messwerte den zweiten Abstand zueinander aufweisen, • auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes berechnen (200) von zweiten Werten mit der dritten räumlichen Auflösung, wobei die dritte räumliche Auflösung ein Oversampling zumindest der dritten Messwerte oder der vierten Messwerte ermöglicht, und wobei die räumlichen Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten räumlichen Auflösung, • bestimmen (300a; 400a; 300b, 400b) unter Verwendung der ersten berechneten Werte und der zweiten berechneten Werte, ob der Reiz zu einer Aktivität geführt hat. A method for single-subject-related functional MRI imaging, in particular according to one of claims 1 to 6, wherein measured values are acquired in substantially a plurality of mutually parallel planes, comprising the steps of: • recording ( 100 ) of first measured values, the measured values having a first spatial resolution, wherein the parallel planes of the first measured values are at a first distance from each other, 100 second measured values, wherein the measured values have a second spatial resolution, wherein the parallel planes of the second measured values have a second distance from each other, the second distance and the first distance being unequal to one another, • calculate on the basis of the first distance and the second distance ( 200 ) of first values with a third spatial resolution, wherein the third spatial resolution enables oversampling of at least the first measured values or the second measured values, and wherein the spatial resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second spatial resolution, • applying a stimulus to the single subject and • recording ( 100 ) of third measurements relating to the stimulus, the measured values again having a first spatial resolution, the parallel planes of the third measured values having the first distance from each other, • recording ( 100 ) of fourth measurements relating to the stimulus, the measured values having the second spatial resolution, wherein the parallel planes of the fourth measured values have the second distance from one another, • calculating on the basis of the first distance and the second distance ( 200 ) of second values with the third spatial resolution, wherein the third spatial resolution enables oversampling of at least the third measured values or the fourth measured values, and wherein the spatial resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second spatial resolution, • determine ( 300A ; 400a ; 300b . 400b ) using the first calculated values and the second calculated values, if the stimulus has led to an activity.

Verfahren zur Einzelsubjekt-bezogenen funktionalen MRI Bildgebung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Messwerte in im Wesentlichen einer Vielzahl von zueinander parallelen Ebenen erfasst werden, aufweisend die Schritte: • Aufnehmen (100) von ersten Messwerten, wobei die Messwerte eine erste zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der ersten Messwerte einen ersten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, • Aufnehmen (100) von zweiten Messwerten, wobei die Messwerte eine zweite zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der zweiten Messwerte einen zweiten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, wobei der zweite zeitliche Abstand und der erste zeitliche Abstand ungleich zueinander sind, • auf Basis des ersten zeitlichen Abstandes und des zweiten zeitlichen Abstandes berechnen (200) von ersten Werten mit einer dritten zeitlichen Auflösung, wobei die dritte zeitliche Auflösung ein Oversampling zumindest der ersten zeitlichen Messwerte oder der zweiten zeitlichen Messwerte ermöglicht, und wobei die zeitliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten zeitlichen Auflösung, • Zuführen eines Reizes an das Einzelsubjekt und • Aufnehmen (100) von dritten Messwerten in Bezug auf den Reiz, wobei die Messwerte wiederum eine erste zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die parallelen Ebenen der dritten Messwerte den ersten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, • Aufnehmen (100) von vierten Messwerten in Bezug auf den Reiz, wobei die Messwerte die zweite zeitliche Auflösung aufweisen, wobei die die parallelen Ebenen der vierten Messwerte den zweiten zeitlichen Abstand zueinander aufweisen, • auf Basis des ersten Abstandes und des zweiten Abstandes berechnen (200) von zweiten Werten mit der dritten räumlichen und zeitlichen Auflösung, wobei die dritte zeitliche Auflösung ein Oversampling zumindest der dritten Messwerte oder der vierten Messwerte ermöglicht, und wobei die zeitliche Auflösung der berechneten Werte gleich oder besser ist als die bessere aus der ersten und zweiten zeitlichen Auflösung, • bestimmen (300a, 400a; 300b, 400b) unter Verwendung der ersten berechneten Werte und der zweiten berechneten Werte, ob der Reiz zu einer Aktivität geführt hat. A method for single-subject-related functional MRI imaging, in particular according to one of claims 1 to 6, wherein measured values are acquired in substantially a plurality of mutually parallel planes, comprising the steps of: • recording ( 100 ) of first measured values, wherein the measured values have a first temporal resolution, wherein the parallel planes of the first measured values have a first temporal distance from each other, 100 ) of second measured values, wherein the measured values have a second temporal resolution, wherein the parallel planes of the second measured values have a second time interval with each other, the second time interval and the first time interval being unequal to one another based on the first time interval and the second time interval ( 200 ) of first values having a third temporal resolution, wherein the third temporal resolution enables oversampling of at least the first temporal measurements or the second temporal measurements, and wherein the temporal resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second temporal ones Resolution, • applying a stimulus to the single subject and • recording ( 100 ) of third measured values with respect to the stimulus, wherein the measured values in turn have a first temporal resolution, wherein the parallel planes of the third measured values are at first temporal distance from each other, • recording ( 100 ) of fourth measured values with respect to the stimulus, the measured values having the second temporal resolution, wherein the parallel planes of the fourth measured values have the second time interval from one another, • calculating on the basis of the first distance and the second distance ( 200 ) of second values with the third spatial and temporal resolution, wherein the third temporal resolution enables oversampling of at least the third measured values or the fourth measured values, and wherein the temporal resolution of the calculated values is equal to or better than the better of the first and second temporal ones Resolution, • determine ( 300A . 400a ; 300b . 400b ) using the first calculated values and the second calculated values, if the stimulus has led to an activity.

Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin aufweisend die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 7. The method of claim 8, further comprising the steps of the method of claim 7.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung (200) von Werten eine Gewichtung von den ersten Messwerten und/oder den zweiten Messwerten aufweist. Method according to one of the preceding claims 7 to 9, characterized in that the calculation ( 200 ) of values has a weighting of the first measured values and / or the second measured values.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer Aktivierung eine Einzelsubjektbezogene Bestimmung einer BOLD Kurve unter Verwendung der ersten berechneten Werte vorgenommen wird (300b, 400b). Method according to one of the preceding claims 7 to 10, characterized in that for the detection of an activation, a single subject-related determination of a BOLD curve is made using the first calculated values ( 300b . 400b ).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung einer Aktivierung eine Einzelsubjektbezogene reizabhängige Bestimmung einer BOLD Kurve unter Verwendung der ersten berechneten Werte vorgenommen wird (300b, 400b). Method according to one of the preceding claims 7 to 11, characterized in that for the detection of an activation, a single subject-related irritation-dependent determination of a BOLD curve is performed using the first calculated values ( 300b . 400b ).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Messwerte und die zweiten Messwerte mittels einer Transformation in einen anderen Raum, insbesondere einer Fourier-Transformation, einer Laplace-Transformation, einer Z-Transformation, abgebildet (300a) wird. Method according to one of the preceding claims 7 to 12, characterized in that the first measured values and the second measured values are mapped by means of a transformation into another space, in particular a Fourier transformation, a Laplace transformation, a Z transformation ( 300A ) becomes.

Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem anderen Raum abgebildeten ersten und zweiten Werte zur Bestimmung (400a) verwendet werden, ob der Reiz zu einer Aktivität geführt hat. A method according to claim 13, characterized in that the first and second values mapped in another room for determining ( 400a ), whether the stimulus has led to an activity.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Einzelsubjekt ein Kontrastmittel nichtinvasiv zugeführt (50) wird. Method according to one of the preceding Claims 7 to 15, characterized in that a contrast agent is fed noninvasively to the individual subject ( 50 ) becomes.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 7 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass Bewegungen des Einzelsubjektes während der Aufnahme von Messwerten aus den jeweiligen Messwerten ermittelt werden und ein Versatz von Messwerten bei der Berechnung berücksichtigt werden (200). Method according to one of the preceding claims, characterized in that movements of the individual subject during the recording of measured values from the respective measured values are determined and an offset of measured values is taken into account in the calculation (7 to 15) . 200 ).

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Messwerte in einem Einzelsubjektbezogenen Koordinatensystem vorliegen (200). Method according to one of the preceding claims 7 to 16, characterized in that the calculated measured values are present in a single-object-related coordinate system ( 200 ).

Vorrichtung (WS, SC) zur Verwendung eines der vorhergehenden Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17. Apparatus (WS, SC) for using one of the preceding methods according to one of claims 1 to 17.

Software zur Steuerung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 18. Software for controlling a device according to claim 18.