DE102015204955B4

DE102015204955B4 - Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung

Info

Publication number: DE102015204955B4
Application number: DE102015204955.8A
Authority: DE
Inventors: Alto Stemmer
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2035-03-20
Also published as: US20160274205A1; US10031201B2; DE102015204955A1

Abstract

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts in einem Untersuchungsbereich mittels eines Magnetresonanzgeräts, welches eine Shimeinheit mit zumindest einem Shimkanal umfasst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte:- Einteilen des Untersuchungsbereiches in mehrere Teilbereiche,- Messen einer BO-Feldkarte des Untersuchungsbereichs, wobei eine erste BO-Feldkarte generiert wird,- Ermitteln von mehreren Shimparametersätzen für den zumindest einen Shimkanal unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte, wobei ein erster Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen ersten Teilbereich der mehreren Teilbereiche und ein zweiter Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen zweiten Teilbereich der mehreren Teilbereiche ermittelt werden,- Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts, wobei vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des ersten Shimparametersatzes eingestellt wird und vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des zweiten Shimparametersatzes eingestellt wird,- Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze, wobei eine zweite BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnet wird und die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze über die Verwendung der zweiten BO-Feldkarte erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung, ein Magnetresonanzgerät und ein Computerprogrammprodukt.
In einem Magnetresonanzgerät, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper einer Untersuchungsperson, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Hauptmagneten einem relativ hohen Hauptmagnetfeld (B0-Feld), beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse, beispielsweise Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Für eine bestimmte Messung ist daher eine bestimmte Magnetresonanz-Sequenz, auch Pulssequenz genannt, auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenz-Pulsen, beispielsweise Anregungspulsen und Refokussierungspulsen, sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Gradientenachsen entlang verschiedener Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu werden Auslesefenster gesetzt, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanz-Signale erfasst werden.
Bei der Magnetresonanz-Bildgebung mittels eines Magnetresonanzgeräts ist die Homogenität eines Hauptmagnetfelds in einem Untersuchungsvolumen von großer Bedeutung. Bereits bei kleinen Abweichungen der Homogenität kann es zu großen Abweichungen in einer Frequenzverteilung der Kernspins kommen, so dass qualitativ minderwertige Magnetresonanz-Bilddaten aufgenommen werden. Beispielsweise stellen Magnetresonanz-Aufnahmemethoden wie eine echoplanare Bildgebung hohe Anforderungen an die Homogenität des Hauptmagnetfelds.
Eine Inhomogenitätsquelle stellt das aufzunehmende Untersuchungsobjekt an sich dar. Wird beispielsweise eine zu untersuchende Person in das Magnetresonanzgerät eingebracht, so stört die Materie des Körpers die Homogenität des Hauptmagnetfelds.
Um diesem Problem zu begegnen, ist es bekannt, eine justierbare Shimeinheit zu verwenden. Mittels dieser Shimeinheit kann individuell für verschiedene Untersuchungsobjekte ein Shimvorgang, ein sogenanntes „in vivo shimming“, durchgeführt werden. Bei diesem Shimvorgang wird üblicherweise zunächst ein lokales B0-Feld in einem Untersuchungsbereich gemessen, wobei eine BO-Feldkarte, auch BO-Feldkarte oder B0-map genannt, erstellt wird. Anhand der BO-Feldkarte können konstante Shimströme (DC-Offset Ströme), welche durch Gradientenspulen des Magnetresonanzgeräts fließen, ermittelt werden. Weiterhin können anhand der BO-Feldkarte Ströme für spezielle Shimkanäle höherer Ordnung berechnet werden, die lokale Feldverzerrungen besonders vorteilhaft kompensieren können. Nach Einstellung dieser Ströme wird in der Regel in einer Frequenzjustage eine Resonanzfrequenz für gewünschte spektrale Komponente eines untersuchten Gewebes, insbesondere von an Wasser gebundenen Protonen, ermittelt werden. Die DC-Offset Shimströme durch die Gradientenspulen und/oder die Ströme für die Shimkanäle höherer Ordnung und/oder die Resonanzfrequenz können dann einen Shimparametersatz bilden, welcher für das Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten eingesetzt wird.
Es ist bekannt, dass eine Kompensation von lokalen Feldverzerrungen umso vollständiger funktioniert, je kleiner ein Volumen ist, in dem das Hauptmagnetfeld homogenisiert werden soll. Es kann deshalb Sinn machen, verschiedene Shimparametersätze für mehrere Teilbereiche des Untersuchungsbereichs separat zu ermitteln und die Shimeinheit anhand der verschiedenen Shimparametersätze für das Erfassen von Magnetresonanz-Bilddaten aus den mehreren Teilbereichen unterschiedlich einzustellen. Dabei kann ein rasches Umschalten der Shimströme und der Resonanzfrequenz während einer Laufzeit der Magnetresonanz-Sequenz zum Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten auf einer sequenzabhängigen Zeitskala von wenigen Millisekunden bis einigen Sekunden nötig sein. Deshalb spricht man üblicherweise bei dieser Art eines Shimvorgangs auch von einem dynamischen Shimmen (dynamic shimming). Das herkömmliche Shimmen mit einem einzigen Parametersatz für den gesamten Untersuchungsbereich wird im Folgenden als globales Shimmen bezeichnet.
Dynamisches Shimmen wird beispielsweise in der Schrift Blamire et al., „Dynamic Shim Updating: A New Approach Towards Optimized Whole Brain Shimming", Magnetic Resonance in Medicine (1996), Vol. 36, Seiten 159-165 und in der Schrift Morrell et al., „Dynamic Shimming for Multi-Slice Magnetic Resonance Imaging", Magnetic Resonance in Medicine (1997), Vol. 38, Seiten 477-483 beschrieben. Die Schriften US 2005 / 0 154 291 A1 und US 2012 / 0 249 137 A1 offenbaren weitere Methoden zum dynamischen Shimmen.
Die Schrift US 2007 / 0 279 060 A1 offenbart eine Methode zum selektiven Shimmen des Hauptmagnetfeldes. In den Schriften Jezzard et al., „Correction for Geometric Distortion in Echo Planar Images from B0 Field Variations", Magnetic Resonance in Medicine (1995), Vol. 34, Seiten 65-73 und Hutton et al., „Image Distortion Correction in fMRI: A Quantitative Evaluation", NeuroImage (2002), Vol. 16, Seiten 217-240 werden Methoden zur Korrektur geometrischer Verzerrungen in echoplanaren Bildern offenbart.
Die Genauigkeit, mit der lokale Inhomogenitäten des Hauptmagnetfelds kompensiert werden, hängt insbesondere von der Zahl und Ordnung von vorhandenen und nutzbaren Shimkanälen ab. Bei modernen MR Anlagen werden lineare Shimterme, beispielsweise in den drei Raumrichtungen, in der Regel über die DC-Offsetströme durch die drei Gradientenspulen erzeugt. Wegen des linearen Feldverlaufs entlang der Gradientenrichtungen kann man die mit den statischen Shimströmen belegten Gradientenspulen dann Shimkanäle erster Ordnung nennen. Weiterhin können Magnetresonanzgeräte über dedizierte Shimspulen verfügen. Diese dedizierten Shimspulen können dann Shimkanäle höherer Ordnung, beispielsweise zweiter Ordnung, bilden. Solche Shimkanäle sind häufig so konstruiert, dass die von ihnen erzeugten Kompensationsfelder durch Kugelflächenfunktionen beschrieben werden können. Da die Ordnung der entsprechenden Kugelflächenfunktionen aber begrenzt ist, gelingt es in der Regel nicht, schnell variierende Felder in der Nähe von Suszeptibilitäts-Grenzflächen komplett zu korrigieren. So können diese Shimkanäle Kompensationsfelder höherer Ordnung erzeugen. Beispielsweise umfassen typische Shimkanäle 2. Ordnung fünf Shimspulen.
Die Gradientenspulen und zugehörige Gradientenverstärker sind typischerweise so ausgelegt, dass die Gradientenfelder auf einer Zeitskala von wenigen Mikrosekunden, beispielsweise von ungefähr zehn Mikrosekunden, variiert werden können. Dies ist für das dynamische Shimmen üblicherweise ausreichend. Das Feld von Shimkanälen höherer Ordnung stellt sich dagegen typischerweise erst nach einer Einschwingzeit (settle time) in einer Größenordnung einer Sekunde oder weniger Sekunden ein. Dies ist für das dynamische Shimmen häufig nicht hinreichend. Die Ursache dafür kann bauartbedingt sein, da ein schnelleres Einstellen dieser Shimkanäle stärkere Verstärker und/oder eventuell Drähte mit geringem Widerstand erfordert. Dies kann die Kosten eines Magnetresonanzgeräts erhöhen. Eventuell kann auch der Platz, der für die Shimspulen der Shimkanäle höherer Ordnung zur Verfügung steht, limitierend sein, bzw. der Einbau von entsprechend modifizierten Shimkanälen höherer Ordnung eine neues Design bzw. eine nachteilige Auslegung anderer Komponenten der Anlage erfordern.
Aus diesen Gründen schaltet man bei einem dynamischen Shimvorgang häufig nur die Shimkanäle erster Ordnung, nämlich üblicherweise die Gradientenspulen, und/oder eine RF-Mittenfrequenz (RF center frequency) dynamisch. So variieren während der Laufzeit der Magnetresonanz-Sequenz typischerweise nur die Ströme in den Shimkanälen erster Ordnung. In den Shimkanälen höherer Ordnung stellt man üblicherweise einmalig vor der Messung einen Strom ein. Dieser Strom soll dann konstant über die Messung gehalten werden. Der konstante Strom kann einem gerätespezifischen Tuneup-Wert entsprechen oder, wie oben beschrieben, in einer vorab durchgeführten, für das Untersuchungsobjekt spezifischen „In Vivo“-Justage ermittelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus Magnetresonanz-Messdaten, welche unter Einsatz von dynamischen Shimming erfasst werden, zu ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts in einem Untersuchungsbereich mittels eines Magnetresonanzgeräts, welches eine Shimeinheit mit zumindest einem Shimkanal umfasst, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

- Einteilen des Untersuchungsbereiches in mehrere Teilbereiche,
- Messen einer BO-Feldkarte des Untersuchungsbereichs, wobei eine erste BO-Feldkarte generiert wird,
- Ermitteln von mehreren Shimparametersätzen für den zumindest einen Shimkanal unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte, wobei ein erster Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen ersten Teilbereich der mehreren Teilbereiche und ein zweiter Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen zweiten Teilbereich der mehreren Teilbereiche ermittelt werden,
- Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts, wobei vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des ersten Shimparametersatzes eingestellt wird und vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des zweiten Shimparametersatzes eingestellt wird,
- Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze.

Der Untersuchungsbereich, auch Aufnahmevolumen (field of view, FOV) genannt, stellt insbesondere ein Volumen dar, welches in den aus den Magnetresonanz-Messdaten rekonstruierten Magnetresonanz-Bilddaten abgebildet wird. Der Untersuchungsbereich wird typischerweise durch einen Benutzer, beispielsweise auf einer Übersichtsaufnahme (Localizer) festgelegt. Selbstverständlich kann der Untersuchungsbereich alternativ oder zusätzlich auch automatisch, beispielsweise auf Grundlage eines ausgewählten Protokolls, festgelegt werden. Das Untersuchungsobjekt kann ein Patient, ein Proband, ein Tier oder ein Phantom sein. Die rekonstruierten Magnetresonanz-Bilddaten werden insbesondere bereitgestellt, also einem Benutzer auf einer Anzeigeeinheit angezeigt und/oder in einer Datenbank abgespeichert.
Der Untersuchungsbereich weist gemäß dem vorgeschlagenen Vorgehen mehrere Teilbereiche, nämlich mindestens einen ersten und einen zweiten Teilbereich, auf. Der Untersuchungsbereich kann selbstverständlich auch noch weitere Teilbereiche, welche von dem ersten und dem zweiten Teilbereich verschieden sind, aufweisen. Insbesondere kann eine einzelne Anregungsschicht der Magnetresonanz-Sequenz einen Teilbereich des Untersuchungsbereichs darstellen. Die Anzahl der Teilbereiche des Untersuchungsbereichs kann somit gleich der Anzahl der Anregungsschichten des Untersuchungsbereichs sein. Es sind selbstverständlich auch größere, beispielsweise mehrere benachbarte Schichten umfassende, oder kleinere Teilbereiche des Untersuchungsbereichs denkbar. Das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus den mehreren Teilbereichen des Untersuchungsbereichs erfolgt insbesondere separat für die mehreren Teilbereiche. Typischerweise werden nach dem Erfassen von Magnetresonanzdaten aus einem ersten Teilbereich Magnetresonanzdaten aus anderen Teilbereichen erfasst, bevor es zu einem erneuten Erfassen von Magnetresonanzdaten aus dem ersten Teilbereich kommt. Es gibt aber auch Anwendungen, bei denen zunächst alle Daten aus einem ersten Teilbereich erfasst werden, bevor Daten aus einem zweiten Teilbereich erfasst werden.
Der zumindest eine Shimkanal kann einen Shimkanal oder mehrere Shimkanäle umfassen. Ein Shimkanal wird dabei insbesondere von einer Gradientenspule des Magnetresonanzgeräts gebildet. Es ist möglicherweise auch denkbar, dass ein Shimkanal von einer dedizierten Shimspule der Shimeinheit gebildet wird. Der zumindest eine Shimkanal kann insbesondere Shimfelder erster Ordnung, insbesondere lineare Shimfelder, erzeugen. Theoretisch ist es auch denkbar, dass ein Shimkanal Shimfelder höherer Ordnung, beispielsweise zweiter Ordnung, erzeugt.
Wie bereits beschrieben kann der zumindest eine Shimkanal während des Erfassens der Magnetresonanz-Messdaten mittels unterschiedlicher Shimströme belegt werden. So können die Shimströme in dem zumindest einen Shimkanal für ein Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten aus unterschiedlichen Teilbereichen des Untersuchungsbereichs umgeschaltet werden. Beispielsweise kann für ein Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten aus verschiedenen Schichten des Untersuchungsbereichs der zumindest eine Shimkanal mit unterschiedlichen Shimströmen belegt werden. Derart kann ein Feldbeitrag für eine Homogenisierung des Hauptmagnetfelds aufgrund der durch den zumindest einen Shimkanal fließenden Shimströme während des Erfassens der Magnetresonanz-Messdaten variiert werden. Der zumindest eine Shimkanal ist somit vorteilhafterweise zum dynamischen Shimmen ausgebildet.
Das Verfahren umfasst die Messung einer BO-Feldkarte, insbesondere mittels eines dem Fachmann geläufigen Verfahrens. Eine BO-Feldkarte stellt insbesondere eine Feldverteilung eines Hauptmagnetfelds des Magnetresonanzgeräts dar. In der Regel gibt die gemessene BO-Feldkarte zumindest näherungsweise die Abweichung des physikalischen B0-Feldes von einem idealen konstanten Hauptmagnetfeld des Magnetresonanzgeräts wieder. Die BO-Feldkarte kann damit zum Identifizieren von Inhomogenitäten im Hauptmagnetfeld dienen, die insbesondere dann entstehen, wenn das Untersuchungsobjekt im Magnetresonanzgerät positioniert ist. Die gemessene B0-Feldkarte wird im Folgenden als erste B0-Feldkarte bezeichnet.
Ein Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze kann Einstellungen für eine Ansteuerung einer Shimeinheit des Magnetresonanzgeräts, insbesondere von dem zumindest einen Shimkanal der Shimeinheit, umfassen. Beispielsweise kann der Shimparametersatz einen Strom dem zumindest einen Shimkanal festlegen. Eine Shim-Steuereinheit, insbesondere eine Einstellungseinheit, kann dann den zumindest einen Shimkanal bei der Aufnahme der Magnetresonanz-Messdaten mit den durch den Shimparametersatz festgelegten Strömen beaufschlagen. Insbesondere kann der Shimparametersatz einen geeigneten Wert für die RF-Mittenfrequenz und/oder Resonanzfrequenz umfassen. Die RF-Mittenfrequenz wird im Folgenden formal wie ein Shimkanal (Shimkanal 0-ter Ordnung) behandelt. Die mehreren Shimparametersätze sind insbesondere unterschiedlich zueinander ausgebildet. Sie weisen beispielsweise unterschiedliche Stromwerte für den zumindest einen Shimkanal auf und/oder verschiedene Frequenzwerte für die RF-Mittenfrequenz.
Das Ermitteln eines ersten Shimparametersatzes für einen ersten Teilbereich des Untersuchungsbereiches kann dann derart anhand der ersten BO-Feldkarte erfolgen, dass die Inhomogenitäten des Hauptmagnetfelds mittels des auf den zumindest einen Shimkanal angewendeten Shimparametersatzes während des Erfassens der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich zumindest teilweise ausgeglichen werden. Entsprechend kann das Ermitteln eines zweiten Shimparametersatzes für einen zweiten Teilbereich des Untersuchungsbereiches derart anhand der ersten BO-Feldkarte erfolgen, dass die Inhomogenitäten des Hauptmagnetfelds mittels des auf den zumindest einen Shimkanal angewendeten zweiten Shimparametersatzes während des Erfassens der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich zumindest teilweise ausgeglichen werden. Die erste BO-Feldkarte stellt derart einen vorteilhaften Ausgangspunkt zum Ermitteln der mehreren Shimparametersätze dar.
Magnetresonanz-Messdaten können beispielsweise mittels Einstrahlen von RF-Pulsen und dem Anlegen von Schichtselektionsgardienten, Phasenkodiergradienten und Frequenzkodiergradienten und Aufnehmen der resultierenden Magnetresonanz-Signale mittels einer Hochfrequenz-Spule erfasst werden. Dabei sind die Magnetresonanz-Messdaten typischerweise nur die Rohdaten, welche die erfassten Magnetresonanz-Signale nach Demodulation enthalten. Somit stehen die Magnetresonanz-Messdaten typischerweise nicht direkt für eine fachkundige Person zur Diagnose zur Verfügung. Vielmehr werden unter Verwendung der Magnetresonanz-Messdaten Magnetresonanz-Bilddaten, welche typischerweise zumindest einen Magnetresonanz-Bilddatensatz umfassen, rekonstruiert. Die Magnetresonanz-Bilddaten können dann auf einer Anzeigeeinheit dargestellt werden und einer fachkundigen Person, z.B. einem Radiologen, zur Erstellung einer Diagnose zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß dem vorgeschlagenen Vorgehen soll während des Erfassens der Magnetresonanz-Messdaten ein dynamisches Shimmen mittels des zumindest einen Shimkanals durchgeführt werden. So wird der zumindest eine Shimkanal insbesondere für ein Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten aus verschiedenen Teilbereichen des Untersuchungsbereichs anhand von verschiedenen Shimparametersätzen der mehreren Shimparametersätze eingestellt. Derart kann für das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus einem bestimmten Teilbereich des Untersuchungsbereichs das Hauptmagnetfeld des Magnetresonanzgeräts in dem bestimmten Teilbereich anhand des zugehörigen bestimmten Shimparametersatzes besonders vorteilhaft homogenisiert werden.
Der Einsatz des dynamischen Shimmens kann einen Signalverlust bei dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten vermindern und/oder verhindern. Zu einem solchen Signalverlust kann es kommen, wenn beispielsweise ein lokaler Feldgradient am Ort eines Pixels so groß ist, dass ein Phasenverlauf innerhalb des Pixels in der Größenordnung von 2n oder darüber liegt, so dass das Signal stark dephasiert. Des Weiteren treten Signalverluste auf, wenn spezielle B0-sensitive Techniken, wie beispielsweise die Gradienten-Umkehrungstechnik (gradient reversal), zur Fettunterdrückung eingesetzt werden. Das dynamische Shimmen verhindert oder reduziert vorteilhafterweise Signalverluste, die während der späteren Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten irreversibel wären. Dabei ist das dynamische Shimmen in der Regel besser geeignet als das globale Shimmen mit nur einer Mittenfrequenz und einem Shimparametersatz für den gesamten Untersuchungsbereich.
Gemäß dem vorgeschlagenen Vorgehen gehen nun die mehreren Shimparametersätze und die erste BO-Feldkarte in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten ein. So können die mehreren Shimparametersätze und die erste BO-Feldkarte Eingangsparameter für einen Algorithmus, welcher zur Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten verwendet wird, darstellen. In den folgenden Abschnitten sind verschiedene Möglichkeiten beschrieben, wie die mehreren Shimparametersätze und die erste BO-Feldkarte in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingehen können. Ein bevorzugtes Verfahren ist hierbei eine Feldkartierungstechnik („field mapping technique“) unter Verwendung einer zweiten BO-Feldkarte, welche unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnet wird. Dieses Vorgehen ist in den folgenden Abschnitten noch genauer beschrieben. Selbstverständlich können die mehreren Shimparametersätze auch mittels eines anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Verfahrens in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingehen.
Insbesondere bei Verwendung einer echoplanaren Bildgebungstechnik (EPI) zum Erfassen der Rohdaten führen lokale B0-Abweichungen zu Verzerrungen in Phasenkodierrichtung in den aus den Rohdaten rekonstruierten Bildern. Die Verwendung der mehreren Shimparametersätze bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten kann von besonderem Vorteil sein, da das spezifische Einstellen der Shimströme und/oder der Mittenfrequenz für die verschiedenen Teilbereiche des Untersuchungsbereichs, insbesondere das schichtspezifische Einstellen, dazu führen kann, dass angrenzende Pixel verschiedener Schichten unterschiedliche Verzerrungen zeigen können. Dies kann eine Befundung der Magnetresonanz-Bilddaten, insbesondere eine Befundung eines Bilddatenverlaufs, beispielsweise einer Läsion, in einer Richtung senkrecht zu einer Bildebene einer Einzelschicht erschweren.
Hierfür ist ein entscheidender Grund, dass typischerweise nur Shimkanäle mit einer niedrigen Ordnung, beispielsweise bis zur ersten Ordnung, für das dynamische Shimmen verwendet werden können. Der entsprechende lineare Feldverlauf der Kompensationsfelder kann nicht alle B0-Inhomogenitäten und damit nicht alle Verzerrungen korrigieren. Dies gelingt zwar beim dynamischen Shimmen in der Regel besser als beim globalen Shimmen des gesamten Untersuchungsbereiches mit einem einzigen Parametersatz, da das Hauptmagnetfeld jeweils nur in einem kleineren Teilbereich des Untersuchungsbereichs homogenisiert werden muss. Jedoch können beim dynamischen Shimmen in der Regel nicht alle Shimkanäle genutzt werden, insbesondere wegen der häufig langen Einschwingzeiten der Shimkanäle der zweiten Ordnung oder höher.
Man beachte, dass die Änderung der Mittenfrequenz einer Verschiebung aller Pixel der Schicht um einen konstanten Wert entspricht. Ein Gradient erzeugt eine Pixelverschiebung die linear mit der Entfernung vom Isozentrum in Gradientenrichtung ansteigt. Die tatsächlich auftretenden B0-Inhomogenitäten und damit Verzerrungen sind wesentlich komplexer. Beim dynamischen Shimmen werden zusätzlich benachbarte Pixel, die verschiedenen Teilbereichen zugeordnet sind, wegen der verschiedenen Shim-Einstellungen unterschiedlich verzerrt. Dies führt zu einem unnatürlichen Verlauf der Anatomie in der entsprechenden Richtung.
Die mehreren Shimparametersätze können so derart in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingehen, dass solche Verzerrungen in den Magnetresonanz-Bilddaten vermieden und/oder reduziert werden. So kann gleichzeitig durch die Verwendung des dynamischen Shimmens ein Signalverlust in den erfassten Magnetresonanz-Messdaten bzw. in den rekonstruierten Magnetresonanz-Bilddaten vermieden werden und eine Verzerrung der Magnetresonanz-Bilddaten reduziert und/oder vermieden werden. Insbesondere können derart Variationen in den Magnetresonanz-Bilddaten zwischen verschiedenen Teilbereichen, insbesondere verschiedenen Schichten, die durch das dynamische Shimmen häufig gegenüber dem globalen Shimmen erhöht sind, reduziert werden. Insbesondere der durch die unterschiedlichen Shimparametersätze innerhalb der Teilbereiche des Untersuchungsbereichs möglicherweise hervorgerufene unnatürliche Verlauf der dargestellten Anatomie des Untersuchungsobjekts zwischen verschiedenen Teilbereichen wird dadurch vermindert oder verhindert.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zudem vor, dass eine zweite BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnet wird und die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze über die Verwendung der zweiten BO-Feldkarte erfolgt. Die mehreren Shimparametersätze und die erste BO-Feldkarte werden so insbesondere über einen Umweg, nämlich über die anhand der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnete zweite BO-Feldkarte, bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten verwendet. Das Berechnen der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze kann beispielsweise wie in den folgenden Abschnitten beschrieben erfolgen, allerdings auch mittels eines anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden, Vorgehens. Über die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte können die erste B0-Feldkarte und die mehreren Shimparametersätze besonders vorteilhaft bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten verwendet werden. Es sei hierbei erwähnt, dass dieses Vorgehen vorteilhafterweise keine zusätzliche Akquisitionszeit erfordert. Die nach dem Shimmen verbleibenden B0-Inhomogenitäten werden für die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten nämlich nicht erneut gemessen, sondern aus der ersten BO-Feldkarte, die ohnehin für das Shimmen bzw. für eine Feldkartierungstechnik benötigt wird, berechnet.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass ein erster räumlicher Teilbereich der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung eines ersten räumlichen Teilbereichs der ersten BO-Feldkarte und des ersten Shimparametersatzes berechnet wird und ein zweiter räumlicher Teilbereich der zweiten B0-Feldkarte unter Verwendung eines zweiten räumlichen Teilbereichs der ersten BO-Feldkarte und des zweiten Shimparametersatzes berechnet wird. Der erste räumliche Teilbereich kann insbesondere in seinen Abmessungen und/oder seiner Position zu dem ersten Teilbereich des Untersuchungsbereichs korrespondieren. Der zweite räumliche Teilbereich kann insbesondere in seinen Abmessungen und/oder seiner Position zu dem zweiten Teilbereich des Untersuchungsbereichs korrespondieren. Die bereichsweise Berechnung der zweiten BO-Feldkarte kann sicherstellen, dass die mehreren Shimparametersätze mit der jeweils passenden räumlichen Bereichsinformation bei dem Berechnen der zweiten BO-Feldkarte berücksichtigt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten umfasst, dass ein erster Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des ersten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird und ein zweiter Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des zweiten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird. Die Magnetresonanz-Bilddaten werden demnach insbesondere für die verschiedenen Teilbereiche des Untersuchungsbereichs unter Verwendung von anderen räumlichen Teilbereichen der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert. So kann sichergestellt werden, dass eine räumlich spezifische Homogenitätsinformation des Hauptmagnetfelds geeignet in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingeht.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass B0-Feldbeiträge, welche sich aus den mehreren Shimparametersätzen ergeben, mit der ersten BO-Feldkarte verrechnet werden. Vorteilhafterweise werden dabei die BO-Feldbeiträge separat für verschiedene Shimparametersätze der mehreren Shimparametersätze mit der ersten BO-Feldkarte verrechnet. Die zweite BO-Feldkarte kann nach dem rechnerischen Entfernen der BO-Feldbeiträge der mehreren Shimparametersätze aus der ersten BO-Feldkarte besonders vorteilhaft in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingehen.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts mittels einer echoplanaren Bildgebungsmethode erfolgt. Echoplanare Bildgebung (echo planar imaging, EPI) erlaubt es typischerweise Bilder mit moderater Auflösung in Zeitintervallen in einer Größenordnung von 100 ms zu akquirieren. Die kurze Akquisitionsdauer nutzt man in der Regel klinisch zu der Akquisition von Zeitserien mit hoher zeitlicher Auflösung, beispielsweise in der funktionellen Magnetresonanztomographie. Ferner resultiert aus der kurzen Akquisitionszeit eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Bewegungen. Daher wird die echoplanare Bildgebung häufig in der diffusionsgewichteten Bildgebung eingesetzt. Bei mittels echoplanarer Bildgebung aufgenommenen Magnetresonanz-Messdaten führen lokale B0-Inhomogenitäten typischerweise zu geometrischen Verzerrungen und/oder einem Signalverlust. Das vorgeschlagene Vorgehen, was vorteilhafterweise sowohl die geometrischen Verzerrungen als auch den Signalverlust kompensieren kann, ist demnach besonders vorteilhaft bei der echoplanaren Bildgebung einsetzbar. Des Weiteren sollen diffusionsgewichtete Bilder häufig mit morphologischen MR-Bildern, die nicht mittels echoplanarer Bildgebung oder mit anderen bildgebenden Modalitäten aufgenommen werden, fusioniert werden, damit beispielsweise eine vereinfachte Beurteilung der Bilder möglich ist. Dafür ist eine weitgehend vollständige Entzerrung der mittels der echoplanaren Bildgebung aufgenommenen Magnetresonanz-Bilddaten besonders vorteilhaft.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zweite BO-Feldkarte in eine Pixelverschiebungskarte umgerechnet wird, wobei die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der Pixelverschiebungskarte erfolgt. Dieses Vorgehen wird auch Feldkartierungstechnik (field mapping technique) genannt. Dabei handelt es sich um eine kombinierte Akquisitions- und Nachverarbeitungstechnik. Die Feldkartierungstechnik wird beispielsweise in der Schrift Jezzard und Balaban, „Correction for Geometric Distortion in Echo Planar Images from B0 Field Variations", Magnetic Resonance in Medicine (1995), Vol. 34, Seiten 65-73 beschrieben. Die Pixelverschiebungskarte kann ein Deformationsfeld beschreiben, mittels welchem bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten Verzerrungen rückgängig gemacht werden können. Die Feldkartierungstechnik kann Verzerrungen bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten pixelweise korrigieren. Die Entzerrung mit Hilfe der Pixelverschiebungskarte, welche auf Grundlage der zweiten BO-Feldkarte berechnet wird, kann es erlauben, verbleibende Verschiebungen von Pixeln pixelweise zu kompensieren. Gerade die Kombination der Feldkartierungstechnik mit dem dynamischen Shimmen ist besonders vorteilhaft, da die Feldkartierungstechnik in der Regel lediglich Verzerrungen korrigieren kann und keine verlorenen Signale wiederherstellen kann. Die Vermeidung von Signalverlusten kann jedoch besonders vorteilhaft mittels des Einsatzes des dynamischen Shimmens erzielt werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten einen ersten Rekonstruktionsschritt und einen zweiten Rekonstruktionsschritt umfasst, wobei im ersten Rekonstruktionsschritt vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert werden und im zweiten Rekonstruktionsschritt die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Pixelverschiebungskarte entzerrt werden. Die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten ist derart in einem zweistufigen Verfahren aufgebaut. Die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten werden insbesondere ohne Berücksichtigung der BO-Feldkarte und/oder der mehreren Shimparametersätze rekonstruiert. Die BO-Feldkarte und die mehreren Shimparametersätze gehen dann insbesondere erst in den zweiten Rekonstruktionsschritt ein. Derart ist eine besonders einfache und schnelle Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten möglich. Die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten werden in der Regel nicht einem Benutzer angezeigt.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zweite BO-Feldkarte direkt in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten eingeht. Insbesondere kann die zweite BO-Feldkarte direkt bei einer Transformation zwischen den Magnetresonanz-Messdaten und den Magnetresonanz-Bilddaten berücksichtigt werden. Die zweite BO-Feldkarte muss derart insbesondere nicht zunächst umgerechnet werden, damit sie bei der Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten berücksichtigt werden kann. Vorteilhafterweise geht die zweite B0-Feldkarte derart als Eingangsparameter in ein algebraisches Verfahren ein, mittels welchem die Magnetresonanz-Messdaten zu den Magnetresonanz-Bilddaten transformiert werden.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Messen der B0-Feldkarte unter Verwendung von Rohdaten erfolgt, welche aus mindestens drei Echosignalen bestehen, die jeweils nach einer Anregung des Untersuchungsbereichs akquiriert werden. Durch eine spezielle Wahl der Echozeitdifferenz zwischen ersten und letzten Echosignal kann erreicht werden, dass B0-Feldkarten, die aus Phasen-Differenzbildern des ersten und letzten Echosignals berechnet werden, nur von der lokalen B0-Abweichung abhängen, und nicht von der spektralen Zusammensetzung des Gewebes. Die aus der Phasendifferenz des ersten und letzten Echosignals berechnete B0-Feldkarte kann anschließend entpackt („unwrapped“) werden, d.h. Phasenumschläge in Folge der 2π-Periodizität der Phase können rechnerisch entfernt werden. Die Signale der Zwischenechos können unter anderem zu einer absoluten Kalibrierung der entpackten BO-Feldkarte eingesetzt werden. Dadurch gelingt es, eine B0-Feldkarte zu berechnen, in der ein Pixel-Wert proportional ist zur lokalen absoluten Abweichung von der Resonanzfrequenz. Dies hat den Vorteil, dass auch die RF-Mittenfrequenz (Shimkanal 0-ter Ordnung) direkt aus der B0-Feldkarte bestimmt werden kann. Auf eine separate Frequenzjustage innerhalb der jeweiligen Teilbereiche kann damit verzichtet werden.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät umfasst eine Shimeinheit mit zumindest einem Shimkanal, eine Feldkartenmesseinheit, eine Messdatenerfassungseinheit, eine Einstellungseinheit und eine Recheneinheit, welche eine Einteilungseinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Rekonstruktionseinheit umfasst, wobei das Magnetresonanzgerät zum Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
So ist das Magnetresonanzgerät zum Ausführen eines Verfahrens zur Magnetresonanz-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts in einem Untersuchungsbereich ausgebildet. Die Einteilungseinheit ist zum Einteilen des Untersuchungsbereiches in mehrere Teilbereiche ausgebildet. Die Feldkartenmesseinheit ist zum Messen einer BO-Feldkarte des Untersuchungsbereichs ausgebildet, wobei eine erste BO-Feldkarte generiert wird. Die Ermittlungseinheit ist zum Ermitteln von mehreren Shimparametersätzen für den zumindest einen Shimkanal unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte ausgebildet, wobei ein erster Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen ersten Teilbereich der mehreren Teilbereiche und ein zweiter Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen zweiten Teilbereich der mehreren Teilbereiche ermittelt werden. Die Messdatenerfassungseinheit ist zum Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts ausgebildet, wobei vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des ersten Shimparametersatzes mittels der Einstellungseinheit eingestellt wird und vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des zweiten Shimparametersatzes mittels der Einstellungseinheit eingestellt wird. Die Rekonstruktionseinheit ist zur Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze ausgebildet. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit und die Rekonstruktionseinheit derart ausgebildet sind, dass eine zweite BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnet wird und die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze über die Verwendung der zweiten BO-Feldkarte erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass ein erster räumlicher Teilbereich der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung eines ersten räumlichen Teilbereichs der ersten BO-Feldkarte und des ersten Shimparametersatzes berechnet wird und ein zweiter räumlicher Teilbereich der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung eines zweiten räumlichen Teilbereichs der ersten B0-Feldkarte und des zweiten Shimparametersatzes berechnet wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit und die Rekonstruktionseinheit derart ausgebildet sind, dass die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten umfasst, dass ein erster Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des ersten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird und ein zweiter Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des zweiten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass BO-Feldbeiträge, welche sich aus den mehreren Shimparametersätzen ergeben, mit der ersten BO-Feldkarte verrechnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts ist die Messdatenerfassungseinheit derart ausgebildet, dass das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts mittels einer echoplanaren Bildgebungsmethode erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit derart ausgebildet ist, dass die zweite BO-Feldkarte in eine Pixelverschiebungskarte umgerechnet wird, wobei die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der Pixelverschiebungskarte erfolgt.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit und die Rekonstruktionseinheit derart ausgebildet sind, dass die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten einen ersten Rekonstruktionsschritt und einen zweiten Rekonstruktionsschritt umfasst, wobei im ersten Rekonstruktionsschritt vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert werden und im zweiten Rekonstruktionsschritt die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Pixelverschiebungskarte entzerrt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts umfasst das Magnetresonanzgerät eine Feldkartenberechnungseinheit, wobei die Feldkartenberechnungseinheit und die Rekonstruktionseinheit derart ausgebildet sind, dass die zweite B0-Feldkarte direkt in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten eingeht.
Gemäß einer Ausführungsform des Magnetresonanzgeräts ist die Feldkartenmesseinheit derart ausgebildet, dass das Messen der BO-Feldkarte unter Verwendung von Rohdaten erfolgt, welche aus mindestens drei Echosignalen bestehen, die jeweils nach einer Anregung des Untersuchungsbereichs akquiriert werden.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt ist 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 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 des 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 des Magnetresonanzgeräts gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. So kann die Erfindung auch von dem besagten computerlesbaren Medium und/oder dem besagten elektronisch lesbaren Datenträger ausgehen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts und des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, 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.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer schematischen Darstellung,
2 ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 stellt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 schematisch dar. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildete Detektoreinheit mit einem Hauptmagneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Untersuchungsobjekts 15, im vorliegenden Fall eines Patienten, 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 nach außen abgeschirmt.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 zu einer 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 10 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer 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.
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 Magnetresonanz-Bilder können auf einer Bereitstellungseinheit 25, im vorliegenden Fall einer Anzeigeeinheit 25, des Magnetresonanzgeräts 11 für einen Benutzer bereitgestellt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Parameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Recheneinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen. Die Recheneinheit 24 umfasst im dargestellten Fall eine Einteilungseinheit 27, eine Ermittlungseinheit 33 und eine Rekonstruktionseinheit 34.
Das Magnetresonanzgerät umfasst weiterhin eine Shimeinheit 35, welche zumindest einen Shimkanal 36 umfasst. Zum Einstellen der Shimeinheit 35 umfasst das Magnetresonanzgerät eine Einstellungseinheit 38, welche mit der Recheneinheit 24 hinsichtlich eines Datenaustauschs verbunden ist.
Die Shimeinheit 35 umfasst beispielsweise drei Shimkanäle 36. Die drei Shimkanäle 36 werden im in 1 gezeigten Fall von den drei Gradientenspulen der Gradientenspuleneinheit 19 gebildet. Diese drei Shimkanäle 36 können Shimfelder in x-Richtung, y-Richtung und in z-Richtung erzeugen. Dabei verläuft exemplarisch die x-Richtung entlang einer horizontalen Körperachse eines auf dem Rücken liegenden Untersuchungsobjekts 15, die y-Richtung entlang der vertikalen Körperachse des Untersuchungsobjekts 15 und die z-Richtung entlang einer Sagittalachse des Untersuchungsobjekts 15. Die Gradientenspulen und der Gradientenverstärker sind aus anderen Gründen so ausgelegt, dass die Gradientenfelder auf einer Zeitskala von wenigen Mikrosekunden variiert werden können. Diese Zeit ist also klein gegenüber der Zeit, die zwischen Akquisition von Daten aus verschiedenen Teilbereichen und/oder Schichten eines Untersuchungsbereichs vergeht. Die drei Shimkanäle 37 erster Ordnung kann man also typischerweise für dynamisches Shimmen verwenden. Die Shimeinheit 35 kann auch dedizierte Shimkanäle 36, insbesondere dedizierte Shimspulen, umfassen.
Des Weiteren umfasst die Shimeinheit 35 eine RF-Mittenfrequenz. Für einen bestimmten Shimparametersatz gibt die RF-Mittenfrequenz die mittlere Abweichung der Resonanzfrequenz innerhalb des Teilbereiches, dem der jeweilige Shimparametersatz zugeordnet ist, von der RF-Mittenfrequenz an, die bei der Akquisition der ersten BO-Feldkarte eingestellt war, wieder. Die RF-Mittenfrequenz kann formal wie ein Shimkanal, nämlich ein Shimkanal 0-ter Ordnung, behandelt werden.
Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst weiterhin eine Messdatenerfassungseinheit 32. Die Messdatenerfassungseinheit 32 wird im vorliegenden Fall von der Magneteinheit 13 zusammen mit der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und der Gradientensteuereinheit 28 gebildet. Die Messdatenerfassungseinheit 32 kann gleichzeitig die Feldkartenerfassungseinheit 37 umfassen.
Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Messdatenerfassungseinheit 32, der Einstellungseinheit 35, der Feldkartenmesseinheit 37, der Recheneinheit 24 und der Shimeinheit 35 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Magnetresonanz-Bildgebung ausgelegt.
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.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Magnetresonanz-Bildgebung in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjekts 15 mittels eines Magnetresonanzgeräts 11.
In einem ersten Verfahrensschritt 39 erfolgt ein Einteilen des Untersuchungsbereiches in mehrere Teilbereiche mittels der Einteilungseinheit 27. Beispielsweise bildet jede Anregungsschicht eines Schichtstapels einen Teilbereich der mehreren Teilbereiche.
In einem weiteren Verfahrensschritt 40 erfolgt ein Messen einer BO-Feldkarte des Untersuchungsbereichs mittels der Feldkartenmesseinheit 37, wobei eine erste BO-Feldkarte generiert wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt ein Ermitteln von mehreren Shimparametersätzen für den zumindest einen Shimkanal 36 unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte mittels der Ermittlungseinheit 33, wobei ein erster Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen ersten Teilbereich der mehreren Teilbereiche und ein zweiter Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen zweiten Teilbereich der mehreren Teilbereiche ermittelt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt ein Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts 15 mittels der Messdatenerfassungseinheit 32, wobei vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal 36 anhand des ersten Shimparametersatzes mittels der Einstellungseinheit 38 eingestellt wird und vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal 36 anhand des zweiten Shimparametersatzes mittels der Einstellungseinheit 38 eingestellt wird.
In einem weiteren Verfahrensschritt 43 erfolgt eine Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze mittels der Rekonstruktionseinheit 34.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Magnetresonanz-Bildgebung in einem Untersuchungsbereich eines Untersuchungsobjekts 15 mittels eines Magnetresonanzgeräts 11.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zu dem Ausführungsbeispiel in 2, wobei bezüglich gleich bleibender Verfahrensschritte auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels in 2 verwiesen wird. Im Wesentlichen gleich bleibende Verfahrensschritte sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert.
Die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst im Wesentlichen die Verfahrensschritte 40, 41, 42, 43 der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß 2. Zusätzlich umfasst die in 3 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzliche Verfahrensschritte und Unterschritte. Denkbar ist auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf, welcher nur einen Teil der in 2 dargestellten zusätzlichen Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweist. Selbstverständlich kann auch ein zu 3 alternativer Verfahrensablauf zusätzliche Verfahrensschritte und/oder Unterschritte aufweisen.
Im Beispiel der 3 wird für eine bessere Übersicht angenommen, dass im ersten Verfahrensschritt 39 der Untersuchungsbereich in zwei Teilbereiche eingeteilt wird, also beispielsweise aus zwei Einzelschichten besteht. Das Konzept lässt sich natürlich auf eine Einteilung in mehr Teilbereiche beliebig erweitern.
Im weiteren Verfahrensschritt 40 wird vor dem Ermitteln der mehreren Shimparametersätze eine erste BO-Feldkarte erfasst. Das Messen der ersten BO-Feldkarte kann unter Verwendung von Rohdaten erfolgen, welche aus mindestens drei Echosignalen bestehen, die jeweils nach einer Anregung des Untersuchungsbereichs akquiriert werden. Die erste BO-Feldkarte gibt insbesondere lokale Abweichungen von einem idealen konstanten Hauptmagnetfeld 18 innerhalb der mehreren Teilbereiche des Untersuchungsbereichs wieder. Die erste B0-Feldkarte kann auch in eine erste Frequenzkarte umgerechnet werden, welche eine lokale Abweichung einer lokalen Resonanzfrequenz von einer Systemfrequenz wiedergibt. Eine Frequenzkarte Δf(x,y,z) und eine BO-Feldkarte ΔB₀(x,y,z) lassen sich typischerweise derart umrechnen: $Δ f (x, y, z) = (γ / (2 π)) \times Δ B_{0} (x, y, z)$
Dabei ist γ/(2π) das gyromagnetische Verhältnis (gyromagnetic ratio), welches für Protonen 42.576 MHz/T beträgt.
Selbstverständlich kann auch zunächst eine Frequenzkarte ermittelt werden, die anschließend in eine B0-Karte umgerechnet werden kann. Entsprechendes gilt für Phasenkarten, die primär eine Phasenänderung zwischen den einzelnen Echosignalen wiedergeben.
Das Ermitteln der mehreren ersten Shimparametersätze im weiteren Verfahrensschritt 41 erfolgt unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte. Es werden hierbei in einem ersten Teilschritt 41-1 des weiteren Verfahrensschritts 41 ein erster Shimparametersatz anhand der ersten BO-Feldkarte ermittelt und in einem zweiten Teilschritt 41-2 des weiteren Verfahrensschritts 41 ein zweiter Shimparametersatz anhand der ersten BO-Feldkarte ermittelt. Selbstverständlich können auch noch weitere Teilbereich-Shimdatensätze ermittelt werden. Insbesondere kann für jede Schicht des Untersuchungsbereichs ein Shimparametersatz ermittelt werden.
Der erste Shimparametersatz Δf₀ ⁽¹⁾, ΔG_x ⁽¹⁾, ΔG_y ⁽¹⁾, ΔG_z ⁽¹⁾ umfasst insbesondere eine erste RF-Mittenfrequenz Δf₀ ⁽¹⁾, einen ersten x-Gradientenoffsetstrom ΔG_x ⁽¹⁾ für die Gradientenspule in x-Richtung, einen ersten y-Gradientenoffsetstrom ΔG_y ⁽¹⁾ für die Gradientenspule in y-Richtung und einen ersten z-Gradientenoffsetstrom ΔG_z ⁽¹⁾ für die Gradientenspule in z-Richtung. Der erste Shimparametersatz Δf₀ ⁽¹⁾, ΔG_x ⁽¹⁾, ΔG_y ⁽¹⁾, ΔG_z ⁽¹⁾ wird dabei vorteilhafterweise derart gewählt, dass lokale Feldabweichungen ΔB₀(x,y,z) im ersten Teilbereich optimal kompensiert werden.
Der zweite Shimparametersatz Δf₀ ⁽²⁾, ΔG_x ⁽²⁾, ΔG_y ⁽²⁾, ΔG_z ⁽²⁾ umfasst insbesondere eine zweite RF-Mittenfrequenz Δf₀ ⁽²⁾, einen zweiten x-Gradientenoffsetstrom ΔG_x ⁽²⁾ für die Gradientenspule in x-Richtung, einen zweiten y-Gradientenoffsetstrom ΔG_y ⁽²⁾ für die Gradientenspule in y-Richtung und einen zweiten z-Gradientenoffsetstrom ΔG_z ⁽²⁾ für die Gradientenspule in z-Richtung. Der zweite Shimparametersatz Δf₀ ⁽²⁾, ΔG_x ⁽²⁾, ΔG_y ⁽²⁾, ΔG_z ⁽²⁾ wird dabei vorteilhafterweise derart gewählt, dass lokale Feldabweichungen ΔB₀(x,y,z) im zweiten Teilbereich optimal kompensiert werden.
Zum Ermitteln des ersten Shimparametersatzes und/oder des zweiten Shimparametersatzes kann für jeden Pixel der ersten BO-Feldkarte innerhalb des ersten Teilbereiches und/oder des zweiten Teilbereiches eine Gleichung der folgenden Form aufgestellt werden: $- Δ B_{o} (x, y, z) = \frac{2 π}{γ} Δ f_{0} + Δ G_{x} (x - x_{0}) + Δ G_{y} (y - y_{0}) +Δ G_{z} (z - z_{0})$
Darin ist (x0,y0,z0) die Koordinate eines Iso-Zentrums (isocentre) der Gradientenspuleneinheit 19 innerhalb der ersten BO-Feldkarte. Das Isozentrum ist der Ort, an dem der Feldbeitrag der Gradientenspuleneinheit 19 Null ist. ΔG_x gibt eine Änderung des Gradientenfeldes entlang der x-Richtung der ersten BO-Feldkarte gegenüber der Einstellung während der Akquisition der ersten BO-Feldkarte an. Entsprechend geben ΔG_y und ΔG_z eine Änderung des Gradientenfeldes entlang der y- bzw. z-Richtung der ersten BO-Feldkarte gegenüber der entsprechenden Einstellung während der Akquisition der ersten BO-Feldkarte an. Δf₀ gibt eine Änderung einer RF-Mittenfrequenz gegenüber der Einstellung während der Akquisition der ersten B0-Feldkarte an.
In Ihrer Gesamtheit bilden die erwähnten Gleichungen für jeden Teilbereich des Untersuchungsbereichs ein überbestimmtes lineares Gleichungssystem, das mit Standardmethoden gelöst werden kann. So können die jeweils vier unbekannten Δf₀ ⁽¹⁾, ΔG_x ⁽¹⁾, ΔG_y ⁽¹⁾, ΔG_z ⁽¹⁾ des ersten Shimparametersatzes bzw. Δf₀ ⁽²⁾ ΔG_x ⁽²⁾, ΔG_y ⁽²⁾, ΔG_z ⁽²⁾ des zweiten Shimparametersatzes ermittelt werden. Beruht die Erstellung der ersten BO-Feldkarte auf der Messung der Phasendifferenz zwischen akquirierten MR-Bildern mit unterschiedlicher Echozeit, so kann aus Pixeln, die im Wesentlichen nur Rauschen enthalten, keine Information über die lokale B0-Feldabweichung gewonnen werden. Solche Pixel sind also bei der Lösung der Gleichungssysteme auszuschließen. Dies kann durch eine Hintergrundsegmentierung und/oder eine Gewichtung der einzelnen Gleichungen proportional zum Pixelwert eines Betragsbildes am Ort (x,y,z) erfolgen. Das Betragsbild kann dabei ebenfalls aus den Magnetresonanz-Messdaten, die zur Erstellung der ersten BO-Feldkarte akquiriert werden, extrahiert werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt 44 erfolgt eine Berechnung einer zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und unter Verwendung der mehreren Shimparametersätze. Die zweite BO-Feldkarte wird unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und unter Verwendung der mehreren Shimparametersätze derart berechnet, dass BO-Feldbeiträge, welche sich aus den mehreren Shimparametersätzen ergeben, mit der ersten BO-Feldkarte verrechnet werden. Hierbei wird insbesondere ein räumlicher Abschnitt der ersten BO-Feldkarte mit den B0-Feldbeiträgen, welche sich aus einem geeigneten ersten Shimparametersatz der mehreren ersten Shimparametersätze ergeben, verrechnet, wobei der geeignete erste Shimparametersatz spezifisch für den Teilbereich der mehreren Teilbereiche, welcher zu dem räumlichen Abschnitt korrespondiert, ermittelt wurde.
Im gezeigten Fall wird in einem ersten Teilschritt 44-1 des weiteren Verfahrensschritts 44 ein erster räumlicher Teilbereich der zweiten B0-Feldkarte anhand des ersten räumlichen Teilbereichs der ersten B0-Feldkarte und des für den ersten Teilbereich ermittelten ersten Shimparametersatzes berechnet. In einem zweiten Teilschritt 44-2 des weiteren Verfahrensschritts 44 wird ein zweiter räumlicher Teilbereich der zweiten B0-Feldkarte anhand des zweiten räumlichen Teilbereichs der ersten B0-Feldkarte und des für den zweiten Teilbereich ermittelten zweiten Shimparametersatzes berechnet. Die zweite B0-Feldkarte umfasst damit den ersten räumlichen Teilbereich und den zweiten räumlichen Teilbereich.
Zur Berechnung der zweiten BO-Feldkarte werden beispielweise für jeden Teilbereich die BO-Feldbeiträge des für den jeweiligen Teilbereich ermittelten Shimparametersatzes für den zumindest einen ersten Shimkanal 36 zu der ersten BO-Feldkarte pixelweise addiert. Das heißt, dass die zweite BO-Feldkarte eine neue virtuelle BO-Feldkarte ΔB₀'(x,y,z) darstellt, für die gilt: $Δ B_{0}^{'} (x, y, z) = Δ B_{o} (x, y, z) + {\begin{matrix} \frac{2 π}{γ} Δ f_{0}^{(1)} + Δ G_{x}^{(1)} (x - x_{0}) + Δ G_{y}^{(1)} (y - y_{0}) + Δ G_{z}^{(1)} (z - z_{0}), i f (x, y, z) \in V 1 \\ \frac{2 π}{γ} Δ f_{0}^{(2)} + Δ G_{x}^{(2)} (x - x_{0}) + Δ G_{y}^{(2)} (y - y_{0}) + Δ G_{z}^{(2)} (z - z_{0}), i f (x, y, z) \in V 2 \end{matrix}$
Darin bezeichnet V1 den ersten Teilbereich, V2 den zweiten Teilbereich und das Elementzeichen aus der Mengenlehre steht hier für „der betrachtete Pixel mit Koordinaten (x,y,z) gehört zum ersten Teilbereich V1 bzw. zum zweiten Teilbereich V2“. Die zweite, insbesondere virtuelle, B0-Feldkarte ΔB₀'(x,y,z) wird im allgemeinen geringere B0-Feldabweichungen als die ursprüngliche gemessene erste B0-Feldkarte ΔB₀(x,y,z) aufweisen. Lokal innerhalb eines Teilbereichs kann die zweite B0-Feldkarte den B0-Feldverlauf nach Einstellung des zumindest einen Shimkanals 36 anhand des jeweiligen Shimparametersätze näherungsweise wiedergeben.
In einem weiteren Verfahrensschritt 45 kann die zweite B0-Feldkarte in eine Pixelverschiebungskarte umgerechnet werden. Die Pixelverschiebungskarte umfasst dabei einen ersten räumlichen Teilbereich und einen zweiten räumlichen Teilbereich. Der erste räumliche Teilbereich der Pixelverschiebungskarte wird in einem ersten Unterschritt 45-1 des weiteren Verfahrensschritts 45 anhand des ersten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte berechnet. Der zweite räumliche Teilbereich der Pixelverschiebungskarte wird in einem zweiten Unterschritt 45-2 des weiteren Verfahrensschritts 45 anhand des zweiten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte berechnet.
Eine Grundlage für die Berechnung der Pixelverschiebungskarte ist, dass eine lokale Feldabweichung ΔB₀'(x,y,z), insbesondere bei der echoplanaren Bildgebung, die folgende lokale Verschiebung des Objekts in Phasenkodierrichtung Δd_pe verursacht: $\begin{matrix} Δ d_{pe} (x, y, z) = (γ / (2 π)) Δ B_{0}' (x, y, z) {ES}_{pe} {FoV}_{pe} = \\ = Δ f' (x, y, z) {ES}_{pe} {FoV}^{phys}_{pe} \end{matrix}$
Dabei ist ES_pe der Echoabstand (echo spacing) in Phasenkodierrichtung, also die Zeit zwischen der Akquisition zweier aufeinanderfolgender Phasenkodierzeilen, und FoV^phys _pe ist die Größe des physikalischen Gesichtfeldes (field of view) in Phasenkodierrichtung. Der hochgestellte Index „phys“ steht für physikalisch und soll daran erinnern, dass dabei das physikalische Gesichtsfeld zu nehmen ist, welches im Falle von Überabtastung (oversampling) in Phasenkodierrichtung um einen Faktor (1+OS_pe) gegenüber den vom Benutzer eingestellten FOV_pe in Phasenkodierrichtung vergrößert ist. Der Faktor OS_pe gibt dabei an, um welchen Faktor der Zeilenabstand im k-Raum gegenüber dem nach dem Nyquist-Kriterium für das eingestellte FOV_pe berechneten Zeilenabstand verkürzt ist. Die Parameter Echoabstand ES_pe und FOV_pe sind als Messparameter bekannt. Die Größe eines Pixels in Phasenkodierrichtung beträgt $Δ y_{PE} = {FoV}_{pe} / {NIma}_{pe} = {FoV}^{phys}_{pe} / {FTLen}_{pe}$
Darin ist NIma_pe die Zahl der Bildzeilen in Phasenkodierrichtung. Und FTLen_pe die Fourier-Transformationslänge in Phasenkodierrichtung. Daraus ergibt sich die Verschiebung Δd' in Einheiten von Pixeln zu $\begin{array}{l} Δ d'_{pe} (x, y, z) = (γ / (2 π)) Δ B_{0}' (x, y, z) {ES}_{pe} {FTLen}_{pe} \\ \to Δ d'_{pe} (x, y, z) = Δ f' (x, y, z) {ES}_{pe} {FTLen}_{p} \end{array}$
Diese voranstehende Formel ist die gesuchte Umrechnung der zweiten B0-Feldkarte ∆B₀‘(x,y,z) bzw. einer aus der zweiten BO-Feldkarte berechneten zweiten Feldkarte Δf'(x,y,z) = (γ/(2π)) ΔB₀'(x,y,z) in eine Pixelverschiebungskarte.
Demnach ist ein Pixel, der in einem nicht verzerrten Bild an der Position (x, y^undistor, z) lokalisiert ist, im verzerrten Bild an den Ort (x, y^undistor+Δd'_pe(x, y^undistor, z), z) verschoben. Dabei wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass die Phasenkodierrichtung mit der y-Richtung zusammenfällt.
In erster Näherung erhält man also ein nicht verzerrtes Bild, indem man den Intensitätswert an der Position (x, y^undistor, z) durch den gemessenen Wert an der Position (x, y^undistor+Δd'_pe(x, y^undistor, z), z) ersetzt: $I^{undist} (x, y^{undistor}, z) = I^{dist} (x, y^{undistor} + Δ d'_{pe} (x, y^{undistor}, z), z)$
Da Δd'_pe(x, y^undistor, z) im Allgemeinen nicht ganzzahlig ist, ist bei dieser Operation typischerweise eine Interpolation nötig. Ferner kann der Intensitätswert des Pixels mit Hilfe des Gradienten der Verschiebungskarte Δd'_pe(x,y,z) in Phasenkodierrichtung korrigiert werden.
Alternativ zu dem in 3 gezeigten Vorgehen kann der weitere Verfahrensschritt 45 entfallen, eine Umrechnung der zweiten BO-Feldkarte ist nicht zwingend erforderlich. Ein solches Vorgehen ist unten beschrieben.
Das Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten im weiteren Verfahrensschritt 42 erfolgt typischerweise in einer verschachtelten 2D-Mehrschichtmessung. Die Zahl der Schichten kann typischerweise zwischen 5 und 50 liegen. Jede dieser Schichten kann eine Dicke von typischerweise 2 mm bis 10 mm aufweisen. Das Gesichtsfeld (field of view) einer Schicht liegt typischerweise zwischen 200 × 200 mm² (beispielsweise bei einer axialen Kopfuntersuchung) und 400 × 400 mm² (beispielsweise bei einer abdominellen Untersuchung). Die Schichten sind in der Regel parallel zueinander orientiert mit einer Lücke von 0 bis 50 Prozent der Schichtdicke zwischen benachbarten Schichten. Jede dieser Schichten und/oder ein Teilbereich jeder Schicht kann einen Teilbereich des Untersuchungsbereichs darstellen. Im gezeigten Fall liegen der Übersichtlichkeit halber jedoch nur zwei Teilbereiche des Untersuchungsbereichs vor. Die Zeit zwischen der Akquisition von Daten verschiedener Schichten beträgt TR/N, wobei TR die Repetitionszeit ist und N die Zahl der Schichten von denen Daten in einem Repetitionsintervall akquiriert werden. Diese Zeit liegt typischerweise in einer Größenordnung von 5 ms bis einigen 100 ms. Die hier beschriebenen Parameter sind selbstverständlich nur Beispiele. Das Erfassen der Magnetresonanz-Bilddaten kann im weiteren Verfahrensschritt 42 auch mit anderen Messparametern als den beschriebenen Messparametern erfolgen. Das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts 15 erfolgt hierbei insbesondere mittels einer echoplanaren Bildgebungsmethode.
In einem ersten Teilschritt 42-1 des weiteren Verfahrensschritts 42 wird der zumindest eine Shimkanal 36 anhand des ersten Shimparametersatzes der mehreren Shimparametersätze eingestellt. Die Gradientenoffsetströme ΔG_x ⁽¹⁾, ΔG_y ⁽¹⁾, ΔG_z ⁽¹⁾ werden zu den Gradientenoffsetströmen, die während der Akquisition der ersten BO-Feldkarte eingestellt waren, addiert. Die Einstellung der Mittenfrequenz kann gegenüber der Einstellung während der Akquisition der ersten BO-Feldkarte um Δf₀ ⁽¹⁾ geändert werden.
In einem zweiten Teilschritt 42-2 des weiteren Verfahrensschritts 42 werden anschließend Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich erfasst. Der zumindest eine Shimkanal 36 bleibt für das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich anhand des ersten Shimparametersatzes eingestellt.
In einem dritten Teilschritt 42-3 des weiteren Verfahrensschritts 42 wird anschließend der zumindest eine Shimkanal 36 anhand des zweiten Shimparametersatzes der mehreren Shimparametersätze eingestellt. Die Gradientenoffsetströme ΔG_x ⁽²⁾, ΔG_y ⁽²⁾, ΔG_z ⁽²⁾ werden zu den Gradientenoffsetströmen, die während der Akquisition der ersten BO-Feldkarte eingestellt waren, addiert. Die Einstellung der Mittenfrequenz kann gegenüber der Einstellung während der Akquisition der ersten B0-Feldkarte um Δf₀ ⁽²⁾ geändert werden.
Es sei dabei angemerkt, dass bei der Einstellung des zumindest einen Shimkanals 36 für einen bestimmten Teilbereich nur zwischen Sende- und Empfangspfad der Magnetresonanz-Sequenz aktiv sein müssen. Ob beispielsweise die Gradientenoffsetströme zeitlich vor einem ersten Hochfrequenz-Anregungspuls innerhalb eines Teilbereichs eingeschaltet werden oder beispielsweise erst mit einem Schichtselektionsgradienten des ersten Hochfrequenz-Anregungspulses, ist typischerweise also in erster Näherung irrelevant. Wegen unvermeidlichen Wirbelströmen (eddy currents) in Folge der Gradientenschaltung kann es trotzdem sinnvoll sein, den zumindest einen Shimkanal 36 anhand der Shimparametersätze etwas früher als unbedingt nötig einzustellen.
In einem vierten Teilschritt 42-4 des weiteren Verfahrensschritts 42 werden anschließend Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich erfasst. Der zumindest eine Shimkanal 36 bleibt für das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich anhand des zweiten Shimparametersatzes eingestellt.
Die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten im weiteren Verfahrensschritt 43 umfasst einen ersten Rekonstruktionsschritt 43-1a, 43-2a und einen zweiten Rekonstruktionsschritt 43-1b, 43-2b, wobei im ersten Rekonstruktionsschritt 43-1a, 43-2a vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert werden. In einem ersten Teilschritt 43-1a des ersten Rekonstruktionsschritts 43-1a, 43-2a werden vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den im zweiten Teilschritt 42-2 des weiteren Verfahrensschritts 42 aus dem ersten Teilbereich erfassten Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert. In einem zweiten Teilschritt 43-2a des ersten Rekonstruktionsschritts 43-1a, 43-2a werden vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den im vierten Teilschritt 42-4 des weiteren Verfahrensschritts 42 aus dem zweiten Teilbereich erfassten Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert.
Im zweiten Rekonstruktionsschritt 43-1b, 43-2b werden die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Pixelverschiebungskarte entzerrt. Derart erfolgt die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der Pixelverschiebungskarte.
In einem ersten Teilschritt 43-1b des zweiten Rekonstruktionsschritts 43-1b, 43-2b erfolgt die Rekonstruktion eines ersten Bildbereichs der Magnetresonanz-Bilddaten aus den vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des im ersten Teilschritt 45-1 des weiteren Verfahrensschritts 45 berechneten ersten Raumbereichs der Pixelverschiebungskarte. Der erste Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten bildet nun entzerrte Magnetresonanz-Bilddaten, welche den ersten Teilbereich des Untersuchungsbereichs abbilden.
In einem zweiten Teilschritt 43-2b des zweiten Rekonstruktionsschritts 43-1b, 43-2b erfolgt die Rekonstruktion eines zweiten Bildbereichs der Magnetresonanz-Bilddaten aus den vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des im zweiten Teilschritt 45-2 des weiteren Verfahrensschritts 45 berechneten zweiten Raumbereichs der Pixelverschiebungskarte. Der zweite Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten bildet nun entzerrte Magnetresonanz-Bilddaten, welche den zweiten Teilbereich des Untersuchungsbereichs abbilden.
Alternativ kann die zweite BO-Feldkarte auch auf eine andere Art und Weise in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten eingehen. Beispielsweise können die Magnetresonanz-Bilddaten mittels der zweiten BO-Feldkarte auch direkt aus den Magnetresonanz-Messdaten, ohne Umweg über die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten, rekonstruiert werden. Dann entfallen insbesondere die Unterschritte 43-1a, 43-2a des weiteren Verfahrensschritts 42. Es kann derart eine direkte Berücksichtigung der zweiten BO-Feldkarte bei der Transformation zwischen den erfassten Rohdaten S(k,l) der Magnetresonanz-Messdaten und der daraus berechneten Bilder I(m,n) der Magnetresonanz-Bilddaten erfolgen: $S (k, l) = \sum_{m = 0}^{M - 1} \sum_{N = 0}^{N - 1} I (m, n) e^{- 2 π i [\frac{k m}{M} + \frac{l n}{N} + (\frac{γ}{2 π}) Δ B'_{0} (m, n) t (k, l)]}$
Darin ist S(k,l) der gemessene Rohdatenpunkt mit den k-Raum-Koordinaten k und l. I(m,n) bezeichnet einen Pixel des gesuchte verzerrungsfreie Bildes mit den Bildraum-Koordinaten (m,n), wobei m der Zeilenindex ist und n der Spaltenindex. M ist die Zahl der Bildzeilen und N die Zahl der Bildspalten. ΔB₀'(m,n) ist der Wert des Pixels der zweiten B0-Feldkarte mit diesen Bildraumkoordinaten (m,n). t(k,l) ist die Zeit, die zwischen dem Erfassen des Rohdatenpunktes mit den k-Raum-Koordinaten (k,l) und der jeweiligen RF-Anregung vergeht.
Ist die zweite Feldkarte ΔB₀'(m,n) gleich Null, dann entspricht die Gleichung einer diskreten 2-dimensionalen Fourier-Transformation und k-Raum-Daten können mit dem schnellen Fourier-Transformations-Algorithmus effektiv in Bilddaten umgerechnet werden. Ist die zweite Feldkarte ∆B₀‘(m,n) ungleich Null, so führt die Fourier-Transformation zu verzerrten Bilder. In diesem Fall stellt die Gleichung (1) ein lineares Gleichungssystem dar: $\begin{matrix} S (k, l) = \sum_{m = 0}^{M - 1} \sum_{n = 0}^{N - 1} I (m, n) \\ m i t \\ A (k, l, m, n) = e^{- 2 π i [\frac{k m}{M} + \frac{l n}{N} + (\frac{γ}{2 π}) Δ B'_{0} (m, n) t (k, l)]} \end{matrix}$
Dieses kann mit algebraischen Methoden gelöst werden, um das verzerrungsfreie Bild I(m,n) aus den erfassten Rohdaten S(k,l) zu berechnen. In Fall von großen verbleibenden B0-Inhomogenitäten fällt die Lösung des Gleichungssystems in die Klasse der sog. schlecht gestellten Probleme („ill-posed problems“), so dass man zur Lösung der Gleichung (2) bevorzugt robuste Verfahren wie Singularwertzerlegung („singular value decomposition“) oder das Verfahren der konjungieretn Gradienten („conjugate gradient method“) einsetzt.
Da man sowohl die M×N Bildpixelmatrix I(m,n), wie auch die M×N Rohdaten Matrix S(k,l) als Spaltenvektor der Länge M·N schreiben kann und entsprechend A als M·N×M·N Matrix ist die Dimension der Gleichungssystems im Allgemeinen sehr groß. Zeilen-und Spaltenzahl liegt bei EPI in der Größenordnung M = N = 128, das Gleichungssystem somit in der Größenordnung 16384×16384. Indem man ausnutzt, dass bei EPI die Zeit zur Akquisition einer einzelnen Zeile sehr kurz ist, kann man die Zeit t(k,l) näherungsweise als Funktion des Zeilenindex setzen. $t (k, l) \approx t (k)$
Dies erlaubt es, das große M·N×M·N Gleichungssystem in N Gleichungssysteme der Größe M×M zu zerlegen, also je ein Gleichungssystem der Größe M×M pro Bildspalte. Das reduziert den numerischen Aufwand erheblich. Des Weiteren ist es möglich, die Transformation (1), (2) zwischen unverzerrtem Bild I und Rohdaten S in eine Transformation zwischen unverzerrtem Bild I und verzerrtem Bild I‘, das man mit Hilfe einer schnellen 2-dimensionalen Fourier-Transformation berechnen kann, zu verwandeln. Das hat den Vorteil, dass die zugehörige Matrix dünn („sparse“) besetzt ist. Dies bedeutet wiederum, dass nur wenige Matrixelemente ungleich Null sind. Dünn besetze System lassen sich besonders effektiv mit dem Verfahren der konjungierten Gradienten lösen.
In einem weiteren Verfahrensschritt 46 werden die entzerrten Magnetresonanz-Bilddaten, welche den ersten Teilbereich abbilden, und die entzerrten Magnetresonanz-Bilddaten, welche den zweiten Teilbereich abbilden, zu einem gesamten Magnetresonanz-Bilddatensatz zusammengeführt. Dieser gesamte Magnetresonanz-Bilddatensatz kann dann beispielsweise auf der Anzeigeeinheit 25 ausgegeben und/oder in einer Datenbank abgespeichert werden.
Die in 2-3 dargestellten Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden von der Recheneinheit ausgeführt. Hierzu umfasst die Recheneinheit erforderliche Software und/oder Computerprogramme, die in einer Speichereinheit der Recheneinheit 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 mittels einer Prozessoreinheit der Recheneinheit ausgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung eines Untersuchungsobjekts in einem Untersuchungsbereich mittels eines Magnetresonanzgeräts, welches eine Shimeinheit mit zumindest einem Shimkanal umfasst, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: - Einteilen des Untersuchungsbereiches in mehrere Teilbereiche, - Messen einer BO-Feldkarte des Untersuchungsbereichs, wobei eine erste BO-Feldkarte generiert wird, - Ermitteln von mehreren Shimparametersätzen für den zumindest einen Shimkanal unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte, wobei ein erster Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen ersten Teilbereich der mehreren Teilbereiche und ein zweiter Shimparametersatz der mehreren Shimparametersätze für einen zweiten Teilbereich der mehreren Teilbereiche ermittelt werden, - Erfassen von Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts, wobei vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem ersten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des ersten Shimparametersatzes eingestellt wird und vor dem Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten aus dem zweiten Teilbereich der zumindest eine Shimkanal anhand des zweiten Shimparametersatzes eingestellt wird, - Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten B0-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze, wobei eine zweite BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze berechnet wird und die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze über die Verwendung der zweiten BO-Feldkarte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass ein erster räumlicher Teilbereich der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung eines ersten räumlichen Teilbereichs der ersten BO-Feldkarte und des ersten Shimparametersatzes berechnet wird und ein zweiter räumlicher Teilbereich der zweiten B0-Feldkarte unter Verwendung eines zweiten räumlichen Teilbereichs der ersten BO-Feldkarte und des zweiten Shimparametersatzes berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten umfasst, dass ein erster Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des ersten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird und ein zweiter Bildbereich der Magnetresonanz-Bilddaten unter Verwendung des zweiten räumlichen Teilbereichs der zweiten BO-Feldkarte rekonstruiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnung der zweiten BO-Feldkarte unter Verwendung der ersten BO-Feldkarte und der mehreren Shimparametersätze derart erfolgt, dass BO-Feldbeiträge, welche sich aus den mehreren Shimparametersätzen ergeben, mit der ersten BO-Feldkarte verrechnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Magnetresonanz-Messdaten des Untersuchungsbereichs des Untersuchungsobjekts mittels einer echoplanaren Bildgebungsmethode erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zweite BO-Feldkarte in eine Pixelverschiebungskarte umgerechnet wird, wobei die Rekonstruktion von Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten unter Verwendung der Pixelverschiebungskarte erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten einen ersten Rekonstruktionsschritt und einen zweiten Rekonstruktionsschritt umfasst, wobei im ersten Rekonstruktionsschritt vorläufige Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten rekonstruiert werden und im zweiten Rekonstruktionsschritt die vorläufigen Magnetresonanz-Bilddaten mittels der Pixelverschiebungskarte entzerrt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die zweite BO-Feldkarte direkt in die Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilddaten aus den Magnetresonanz-Messdaten eingeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Messen der BO-Feldkarte unter Verwendung von Rohdaten erfolgt, welche aus mindestens drei Echosignalen bestehen, die jeweils nach einer Anregung des Untersuchungsbereichs akquiriert werden.
Magnetresonanzgerät, umfassend eine Shimeinheit mit zumindest einem Shimkanal, eine Feldkartenmesseinheit, eine Messdatenerfassungseinheit, eine Einstellungseinheit und eine Recheneinheit, welche eine Einteilungseinheit, eine Ermittlungseinheit und eine Rekonstruktionseinheit umfasst, wobei das Magnetresonanzgerät zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgelegt ist.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird.