-
HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein diagnostische Bildgebung
und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung
von auch als radiale Rippel oder radiale Welligkeiten bezeichneten
Phasenaliasingartefakten bei der Magnetresonanz (MR)-Bildgebung.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf einen Prozess zur Befüllung eines teilweise
gefüllten
streifenartigen Gebiets (Blade) eines k-Raums gerichtet.
-
Wenn
eine Substanz, beispielsweise menschliches Gewebe, einem gleichförmigen magnetischen
Feld (Polarisationsfeld B0) ausgesetzt ist, versuchen die einzelnen
magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe, sich mit dem Polarisationsfeld auszurichten,
präzedieren
jedoch um dieses herum mit ihrer charakteristischen Larmorfrequenz.
Wenn die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld
B1) ausgesetzt ist, das in der x-y-Ebene verläuft und eine Frequenz in der
Nähe der
Larmorfrequenz aufweist, kann das ausgerichtete Nettomoment oder
die „Längsmagnetisierung" MZ in die x-y-Ebene
verdreht oder „gekippt" werden, um ein transversales
magnetisches Nettomoment Mt zu erzeugen. Ein Signal, das durch die
angeregten Spins nach dem Anregungssignal B1 ausgesandt wird, endet,
und dieses Signal kann empfangen und zur Erzeugung eines Bildes
verarbeitet werden.
-
Bei
der Verwendung dieser Signale zur Erzeugung von Bildern werden magnetische
Feldgradienten (Gx, Gy und Gz) eingesetzt. Typischerweise wird die
abzubildende Region in einer Folge von Messzyklen gescannt, in denen
diese Gradienten entsprechend der speziellen verwendeten Ortsbestimmungs-(Lokalisierungs-)methode
verschieden sind. Der resultierende Satz empfangener NMR-Signale
wird digitalisiert und verarbeitet, um das Bild unter Verwendung
einer von vielen allgemein bekannten Rekonstruktionstechniken zu
rekonstruieren.
-
FSE-Bildgebung
(Fast Spin Echo, schnelle Spinecho) ist eine MR-Bildgebungstechnik,
die gewöhnlich
als ein effizientes Verfahren zur Gewinnung von MR-Bildgebungsdaten
bei minimalen Artefakten eingesetzt wird. Jedoch leiden selbst FSE-Bilder
an „Geistartefakten", die von einer absichtlichen
oder unabsichtlichen Patientenbewegung herrühren, da die Bildakquisition
gewöhnlich
ein paar Minuten andauert.
-
Es
sind mehrere Bildgebungstechniken entwickelt worden, um Bewegungsartefakte
von FSE-Bildern zu verringern. Eine derartige FSE-Technik, die als
PROPELLER-Bildgebung (Periodically Rotated Overlapping Parallel
Lines with Enhanced Reconstruction, periodisch gedrehte überlappende parallele
Linien mit verbesserter Rekonstruktion) bezeichnet wird, codiert
ein MR-Signal durch Gewinnung von Daten während einer Echoimpulsfolge,
so dass ein auch als „Blatt" („Blade") oder allgemein
als „Gebiet" oder „Ausschnitt" bezeichneter rechteckiger Streifen
gemessen wird, der durch das Zentrum eines k-Raums verläuft. Dieser
Streifen wird bei den nachfolgenden Echoimpulsfolgen zunehmend in
dem k-Raum um den Ursprung gedreht, wodurch eine für eine gewünschte Auflösung geeignete
Messung der erforderlichen Bereiche eines k-Raums ermöglicht wird.
-
Die
PROPELLER-Bildgebungstechnik hat sich als sehr effektiv erwiesen,
um Artefakte zu verringern, die mit unbeabsichtigten Translations-
und Rotationsbewegungen eines Objektes in annähernd axialen Kopfscanns verbunden
sind. Die PROPELLER-Bildgebung ist hinsichtlich einer Bewegung verhältnismäßig unempfindlich,
da das Zentrum eines k-Raums während
einer Datenakquisition mehrere Male abgetastet wird. Außerdem wird
eine explizite Korrektur für
die Verdrehung und Verschiebung vorgenommen, um Bewegungsartefakte
weiter zu reduzieren. Trotz der Vorteile der PROPELLER-Bildgebung ist ihre
Anwendbarkeit bisher auf axiale Kopfscanns begrenzt, was hauptsächlich von
den radialen Welligkeitsartefakten (Rippelartefakten) herrührt, die
bei sagittalen, koronalen und schrägen (bei einer von der Axialrichtung
deutlich verschiedenen Ausrichtung) Scanns beobachtet worden sind.
Diese Artefakte sind auch bei der PROPELLER-Bildgebung von der Leber und der Wirbelsäule beobachtet
worden. Um die Anwendbarkeit der PROPELLER-Bildgebung auf andere
Schichtorientierungen und andere Anatomien zu erweitern, müssen diese
radialen Welligkeitsartefakte reduziert werden.
-
Es
ist deshalb erwünscht,
ein System und Verfahren zur MR-Bildgebung unter Implementierung eines
PROPELLER- oder ähnlichen
Bildgebungsprotokolls mit einer Reduktion der radialen Welligkeitsartefakte
zu erhalten.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung überwindet
die vorerwähnten
Nachteile mit einem System und Verfahren zur Rekonstruktion von
MR-Bildern aus MR-Daten, die unter Verwendung einer modifizierten PROPELLER-Datenakquisition
akquiriert werden, so dass die MR-Bilder im Wesentlichen frei von
radialen Welligkeitsartefakten sind.
-
Es
ist ein Verfahren und System zur MR-Bildgebung offenbart, das es
ermöglicht,
die PROPELLER-Bildgebung unabhängig
von der Schichtorientierung oder der interessierenden Anatomie zufriedenstellend
auszuführen.
Die Erfindung ist auf die Akquisition von streifenartigen Gebieten
oder Ausschnitten (Blades) von MR-Daten, die um einen zentralen
Bereich eines k-Raums gedreht werden, und die Rekonstruktion eines
Bildes einer willkürlichen Schichtorientierung
aus den MR-Daten-Gebieten gerichtet, wobei das Bild im Wesentlichen
keine Phasenaliasingartefakte aufweist, die bisher bei koronalen oder
sagittalen PROPELLER-Aufnahmen eines Objektes festgestellt worden
sind, das eine Anatomie außerhalb
eines gegebenen Gesichtsfelds (FOV, Field of View) aufweist.
-
Deshalb
enthält
gemäß einem
Aspekt der Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung mehrere Gradientenspulen,
die um eine Bohrung eines Magnetes angeordnet sind, um ein polarisierendes
Magnetfeld anzulegen. Ein HF-Transceiversystem und ein HF-Schalter
werden durch ein Impulsmodul gesteuert, um HF-Signale zu einer HF-Spulenanordnung
zu senden und von dieser zu empfangen, um MR-Bilder zu akquirieren.
Die MR-Bildgebungsvorrichtung
enthält
ferner einen Computer, der programmiert ist, um streifenartige Gebiete
(Blades) von MR-Daten von einem FOV entlang einer willkürlichen Schichtorientierung
zu akquirieren und einen k-Raum mit den MR-Datenstreifen derart zu füllen, dass
benachbarte Streifen in der Schichtebene zueinander verdreht sind.
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist der Computer ferner dazu programmiert, jeden
Streifen von k-Raumdaten in einen Bildraum zu transformieren, einige
Korrekturen durchzuführen
und den Bildraum zurück
in den k-Raum zu transformieren, woraufhin ein Bild rekonstruiert
wird, das im Wesentlichen frei von radialen Welligkeitsartefakten
ist.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt enthält
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur MR-Datenakquisition,
das eine Anregung einer Echoimpulsfolge zur Abtastung für eine MR-Datenakquisition
aus einem FOV und eine Abtastung der Echoimpulsfolge enthält, um ein
streifenartiges Gebiet (Blade) eines k-Raums zu füllen, das
mehrere k-Raum-Datenlinien aufweist, die durch einen zentralen Bereich
eines k-Raums verlaufen.
Das Verfahren enthält
ferner die Füllung
eines Rests des teilweise gefüllten k-Raum-Streifens
mit Daten, die von denjenigen bestimmt werden, die von der Echoimpulsfolge
abgetastet werden. Die Anregung, die Abtastung und die Füllschritte
werden wiederholt, bis mehrere k-Raum-Streifen in einem k-Raum derart
gefüllt
worden sind, dass jeder k-Raum-Streifen sich durch den zentralen
Bereich eines k-Raums hindurch erstreckt und benachbarte k-Raum-Streifen über den
zentralen Bereich des k-Raums hinweg zueinander verdreht sind.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt liegt die Erfindung in Form eines Computerprogramms
vor, das auf einem computerlesbaren Speichermedium abgespeichert
ist und Instruktionen aufweist, die bei einer Ausführung durch
einen Computer den Computer dazu veranlassen, mehrere streifenartige
Gebiete (Blades) eines k-Raums von einem Objekt, das einen Abschnitt
aufweist, der sich über
ein codiertes FOV hinaus erstreckt, zu akquirieren und die Streifen
des k-Raums abzubilden. Der Computer wird ferner dazu veranlasst,
ein Blatt- oder Gebietsbild (Blade image), das einen zentralen Abschnitt
des FOV in einer Phasencodierrichtung beschreibt, zu isolieren und
das Gebietsbild zuzuschneiden, um Daten von Phasencodierstellen
außerhalb
des zentralen Bereichs des FOV in der Phasencodierrichtung zu entfernen.
Die Instruktionen veranlassen ferner den Computer, das zugeschnittene
Gebietsbild in einen zugeschnittenen Streifen eines k-Raums zu transformieren
und den Streifen eines k-Raums, der dem isolierten Gebietsbild entspricht,
durch den zugeschnittenen Streifen des k-Raums zu ersetzen.
-
Zahlreiche
weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich
aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Zeichnungen.
-
KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Die
Zeichnungen veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform,
wie sie momentan zur Ausführung
der Erfindung vorgesehen ist.
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein
schematisiertes Blockschaltbild eines MR-Bildgebungssystems zur
Verwendung im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung;
-
2 einen
Teil einer beispielhaften PROPELLER-Impulssequenz, die mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden kann;
-
3 eine
schematische Darstellung eines k-Raums, der mit MR-Daten gefüllt ist,
die unter Verwendung der beispielhaften PROPELLER-Impulssequenz
nach 2 akquiriert werden;
-
4 eine
schematische Darstellung eines einzelnen streifenartigen Gebiets
(Blade) eines k-Raums, das unter Verwendung einer Homodynverarbeitung
entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung gefüllt wird;
-
5 ein
Flussdiagramm, das die Schritte einer PROPELLER-Rekonstruktion entsprechend
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung angibt;
-
6 ein
Bild, das ein teilweise gefülltes streifenartiges
Gebiet eines k-Raums veranschaulicht;
-
7 ein
Bild, das ein streifenartiges Gebiet eines k-Raums veranschaulicht,
das ursprünglich teilweise
gefüllt
und nachfolgend unter Verwendung der Homodynverarbeitung gefüllt worden
ist;
-
8 ein
Einzelstreifenbild, das von einem sphärischen Modell mit einem Abschnitt,
der sich außerhalb
eines Phasen-FOV erstreckt, unter Verwendung einer herkömmlichen
PROPELLER-Akquisition rekonstruiert worden ist;
-
9 ein
Einzelstreifenbild, das von dem in 8 abgebildeten
sphärischen
Modell mit vermindertem Phasenaliasing entsprechend einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung rekonstruiert worden ist;
-
10 ein
Bild eines Modells, das von Datenstreifen rekonstruiert worden ist,
die bei unterschiedlichen Orientierungen unter Verwendung einer herkömmlichen
PROPELLER-Rekonstruktionstechnik
rekonstruiert worden ist;
-
11 ein
Bild des in 10 abgebildeten Modells, jedoch
von Datenstreifen, die bei unterschiedlichen Orientierungen mit
einer modifizierten PROPELLER-Rekonstruktionstechnik entsprechend einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung akquiriert worden sind;
-
12 ein
Wirbelsäulenbild,
aufgenommen entlang der Sagittalebene unter Verwendung einer herkömmlichen
PROPELLER-Akquisition;
-
13 ein
Wirbelsäulenbild,
das ebenfalls entlang der Sagittalebene jedoch unter Verwendung einer
modifizierten PROPELLER-Akquisition entsprechend einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung aufgenommen worden ist, wobei die radialen
Welligkeits-(Phasenaliasing-)Artefakte, die in dem Bild nach 12 feststellbar
sind, hier nicht erscheinen.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Bezugnehmend
auf 1 sind die Hauptkomponenten eines bevorzugten
MR-Bildgebungssystems 10, das die vorliegende Erfindung
verkörpert,
veranschaulicht. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12 gesteuert,
die eine Tastatur oder eine sonstige Eingabevorrichtung 13, ein
Steuerpult 14 und einen Anzeigeschirm 16 enthält. Die
Konsole 12 kommuniziert über einen Link 18 mit
einem gesonderten Computersystem 20, das einem Bediener
ermöglicht,
die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Anzeigeschirm 16 zu
steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen,
die über
eine Bus-Leiterplatte 20a miteinander Daten austauschen.
Zu diesen Modulen gehören
ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und
ein Speichermodul 26, das in der Technik als ein Bildspeicher
(Frame Buffer) zur Speicherung von Bilddatenarrays allgemein bekannt
ist. Das Computersystem 20 ist mit einem Plattenspeicher 28 und
einem Magnetbandlaufwerk 30 zur Speicherung von Bilddaten
und Programmen verbunden und kommuniziert mit einer gesonderten
Systemsteuerungseinrichtung 32 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34.
Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick,
eine Tastatur, einen Trackball, einen Touchscreen, einen Lichtlesestift,
eine Sprachsteuerung oder eine beliebige ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung
enthalten und kann zum interaktiven Vorschreiben der Geometrie verwendet
werden.
-
Die
Systemsteuerungseinrichtung 32 enthält einen Satz von Modulen,
die über
eine Bus-Leiterplatte oder Rückwandplatine 32a miteinander
verbunden sind. Diese umfassen ein CPU-Modul 36 und ein
Pulsgeneratormodul 38, das mit der Bedienerkonsole 12 über eine
serielle Verbindung 40 verbunden ist. Gerade durch diese
Verbindung 40 empfängt die
Sys temsteuerungseinrichtung 32 Befehle von dem Bediener,
die die Scannsequenz, die durchgeführt werden soll, angeben. Das
Pulsgeneratormodul 38 wirkt auf die Systemkomponenten ein,
um die gewünschte
Scannsequenz auszuführen,
und erzeugt Daten, die die Zeitpunkte, Stärke und Gestalt der erzeugten
HF-Impulse sowie den Zeitpunkt und die Länge des Datenakquisitionsfensters
kennzeichnen. Das Pulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz
Gradientenverstärker 42 verbunden,
um die Zeitvorgabe und Gestalt der Gradientenimpulse, die während des Scanns
erzeugt werden, anzugeben. Das Pulsgeneratormodul 38 kann
ferner Patientendaten von einer physiologischen Akquisitionssteuerungseinrichtung 44 empfangen,
die Signale von einer Anzahl unterschiedlicher, an den Patienten
angeschlossener Messfühler,
beispielsweise EKG-Signale
von an dem Patienten angebrachten Elektroden, entgegennimmt. Schließlich ist
das Pulsgeneratormodul 38 mit einer Scannraum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, die
Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die dem Zustand des Patienten
und des Magnetsystems zugeordnet sind. Gerade durch diese Scannraum-Schnittstellenschaltung 46 empfängt ein
Patientenpositionierungssystem 48 Befehle zur Überführung des
Patienten in die für
den Scann gewünschte Position.
-
Die
Gradientenwellenformen, die durch das Pulsgeneratormodul 38 erzeugt
werden, werden dem Gradientenverstärkersystem 42 zugeführt, das
Gx-, Gy- und Gz-Verstärker
aufweist. Jeder Gradientenverstärker
regt eine zugehörige
physikalische Gradientspule in einer Gradientenspulenanordnung,
die allgemein mit 50 bezeichnet ist, an, um die Magnetfeldgradienten
zu erzeugen, die für
durch Ortscodierung akquirierte Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet
Teil einer Magnetanordnung 52, die einen polarisierenden
Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spu le 56 aufweist.
Ein Transceivermodul 58 in der Systemsteuerungseinrichtung 32 erzeugt
Impulse, die durch einen HF-Verstärker 60 verstärkt und
an die HF-Spule 56 durch einen Sende-/Empfangsschalter 62 angekoppelt
werden. Die resultierenden Signale, die durch die angeregten Kerne
in dem Patienten emittiert werden, können durch die gleiche HF-Spule 56 erfasst
und durch den Sende-/Empfangsschalter 62 an einen Vorverstärker 64 angekoppelt
werden. Die verstärkten MR-Signale
werden in der Empfangsgruppe des Transceivers 58 demoduliert,
gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 62 wird
durch ein Signal von dem Pulsgeneratormodul 68 gesteuert,
um den HF-Verstärker 60 mit
der Spule 56 während
des Sendemodus elektrisch zu verbinden und um den Vorverstärker 64 mit
der Spule 56 während des
Empfangsmodus zu verbinden. Der Sende-/Empfangsschalter 62 kann
ferner ermöglichen, eine
gesonderte HF-Spule (beispielsweise eine Oberflächenspule) entweder in dem
Sendemodus oder in dem Empfangsmodus zu verwenden.
-
Die
durch die HF-Spule 56 erfassten MR-Signale werden durch
das Transceivermodul 58 digitalisiert und zu einem Speichermodul 66 in
der Systemsteuerungseinrichtung 32 übertragen. Ein Scann ist vollständig beendet,
wenn ein Array roher, unverarbeiteter k-Raum-Daten in dem Speichermodul 66 akquiriert
worden ist. Diese rohen k-Raum-Daten werden für jedes zu rekonstruierende
Bild in gesonderte k-Raum-Datenarrays umgruppiert, und jedes von diesen
Arrays wird einem Arrayprozessor 68 zugeführt, der
im Betrieb dazu dient, die Daten durch Fouriertransformation in
ein Array von Bilddaten zu wandeln. Diese Bilddaten werden über die
serielle Verbindung 34 dem Computersystem 20 zugeführt, wo sie
in einem Speicher, beispielsweise dem Plattenspeicher 28,
abgespeichert werden. In Abhängigkeit von
von der Bedienerkonsole empfangenen Befehlen können diese Bilddaten in Langzeitspeichern,
beispielsweise auf dem Magnetbandlaufwerk 30, archiviert
werden, oder sie können
durch den Bildprozessor 22 weiter verarbeitet und an die
Bedienerkonsole 12 übersandt
sowie auf der Anzeige 16 dargestellt werden.
-
Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine PROPELLER-basierte
Akquisition beschrieben ist, wird auch in Erwägung gezogen, dass die vorliegende
Erfindung gleichfalls auf andere Bildgebungstechniken angewendet
werden kann. In dieser Hinsicht kann die vorliegende Erfindung,
die vorteilhafterweise die Scannzeit reduziert, das Signal-Rausch-Verhältnis und
die räumliche
Auflösung verbessert
und Phasenaliasing verringert, zusätzlich zu der PROPELLER-Technik auch auf
zahlreiche andere Bildgebungstechniken anwendbar sein. Ferner ist
zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung auch auf Varianten der
PROPELLER-Technik, wie beispielsweise Split-Blade-PROPELLER und
TURBOPROB, angewendet werden kann.
-
Indem
nun auf 2 Bezug genommen wird, ist dort
ein Abschnitt einer PROPELLER-Impulssequenz 70 veranschaulicht.
Die Pulssequenz 70 ist in dem veranschaulichten Beispiel
dazu gestaltet, zwölf Spinechos 72 von
einem interessierenden Bereich zu akquirieren. Die Spinechos werden
alle in Bezug auf eine einzelne Achse, z. B. Gx, gewonnen. Jedes
Spinecho wird nach einem HF-Refokussierungsimpuls 74 und
während
eines Frequenzcodierimpulses 76 gewonnen, von denen während stationärer Bedingungen
eine Reihe angewandt werden. Die Spinechodaten werden dazu verwendet,
einen k-Raum zu füllen,
der in 3 in schematisierter Weise veranschaulicht ist.
Die Pulssequenz wird wiederholt, bis der k-Raum gefüllt ist,
was eine Überabtastung des
zentralen Bereichs des k-Raums zur Folge hat.
-
3 veranschaulicht
in schematisierter Weise einen k-Raum 78, der mit MR-Daten
gefüllt
ist, die infolge wiederholter Anwendungen der PROPELLER-Impulssequenz,
wie sie mit Bezug auf 2 beschrieben ist, akquiriert
werden. Bei der PROPELLER-Technik entspricht jedes akquirierte Echo
einer einzelnen Linie 80 des k-Raums 78. Für eine 12-Spinecho-Datenakquisition
enthält
jedes streifenartige Gebiet oder Blatt (Blade) 82 (nachfolgend
als Streifen bezeichnet) des k-Raums an sich 12 Datenlinien. Eine
PROPELLER-basierte Bildgebung implementiert eine Drehung der Streifen
der k-Raum-Daten bei jeder Echoimpulsfolge. In dieser Hinsicht wird
der Streifen des k-Raums mit jeder Echoimpulsfolgenakquisition um
das Zentrum 88 eines k-Raums zunehmend verdreht, bis der
k-Raum gefüllt
ist.
-
Wie
mit Bezug auf 3 beschrieben, wird der k-Raum 78 unter
Verwendung einer PROPELLER-Akquisition gefüllt. Über diese Akquisition hinweg
werden alle Phasencodierstellen eines gegebenen Streifens, der sich
durch einen zentralen Bereich eines k-Raums erstreckt, einzeln abgetastet.
Dies bedeutet, dass jede Spalte eines k-Raums einer Phasencodierstelle
entspricht, während
jede Zeile einer Frequenzcodierstelle entspricht. Demgemäß kann jeder
Punkt in einem k-Raum durch seine Phasencodier- und Frequenzcodierposition
identifiziert werden. Die Anzahl von Phasencodierstellen (oder Spalten
in einem k-Raum) hängt
von der Anzahl der Phasencodiergradienten ab, die bei der Abtastung
eines Echosignals angewandt werden. Wenn die Anzahl von Phasencodierstellen
steigt, steigt auch die Anzahl erforderlicher Phasencodierschritte.
An sich wird durch eine Erhöhung
der Anzahl der Phasencodierstellen notwendigerweise auch die Scannzeitdauer
vergrößert. Eine
Reduktion der Anzahl der Phasencodierstellen verringert die Scannzeitdauer,
jedoch auf Kosten des Signals und der Auflösung. Demgemäß umfasst die
vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform eine Homodynverarbeitung
eines Streifens eines k-Raums. Dies ist in 4 veranschaulicht.
Für die
Zwecke der Veranschaulichung ist lediglich ein einzelner Streifen
eines k-Raums beschrieben, wobei jedoch ein Fachmann ohne weiteres
erkennt, dass die Homodynverarbeitungstechnik, wie sie hier beschrieben
ist, auf jeden akquirierten Streifen eines k-Raums anwendbar ist.
-
Der
k-Raum-Streifen 90 verläuft
durch einen zentralen Bereich 91 oder Ursprung eines k-Raums, so
dass während
einer nachfolgenden Verdrehung des Streifens 90 der zentrale
Bereich 91 überabgetastet
wird. Der k-Raum-Streifen 90 ist vorzugsweise durch eine
Anzahl von k-Raum-Datenlinien 92 definiert, wobei jede
Linie 92 entweder als abgetastet (durchgezogene Linie)
oder als nichtabgetastet (gestrichelte Linie) gekennzeichnet ist.
Ferner ist in 4 veranschaulicht, dass weniger
als alle Phasencodierstellen (Ansichten) des k-Raum-Streifens 90 mit
abgetasteten MR-Daten
gefüllt
sind. Da nicht alle Phasencodierstellen abgetastet worden sind, kann
die Anzahl von Phasencodierschritten verringert werden. Alternativ
kann die Anzahl von Phasencodierstellen (und somit Phasencodierschritten)
derart erhöht
werden, dass nach einer teilweisen Füllung jeder k-Raum-Datenlinie
die Gesamtzahl der Phasencodierschritte derjenigen einer Akquisition
entspricht, die keine Homodynverarbeitung durchführt. Wie nachstehend beschrieben
ist, werden die nichtabgetasteten Phasencodierstellen mit auf abgetasteten
Phasencodierstellen basierenden Daten gefüllt.
-
Während eine
Anzahl von partiellen Fourier-Rekonstruktionstechniken verwendet
werden kann, um Daten für
nicht abgetastete Phasencodierstellen zu bestimmen, stellt die Homodynverarbeitung
eine bevorzugte Technik dar. Eine Homo dynverarbeitung verwendet
ein Paar Filter für
die hermetisch konjungierte Symmetrie, um Daten für nicht
abgetastate Phasencodierstellen auf der Grundlage der Daten von
abgetasteten Phasencodierstellen zu bestimmen. Zusätzlich zur
Gewinnung von Daten für nicht
abgetastete Phasencodierstellen korrigiert eine Homodynverarbeitung
ferner Phasenfehler oder Schwankungen in den abgetasteten Daten,
die häufig
Schwankungen der Resonanzfrequenz, des Flusses und der Bewegung
zugeordnet werden können. Mit
der homodynen Verarbeitung oder einer anderen Partial-Fourier-Rekonstruktionstechnik
können
nicht abgetastete Phasencodierstellen (in 4 mit einem „U" gekennzeichnet) „effektiv" abgetastet werden, ohne
die Phasencodierschritte zu benötigen,
die ansonsten erforderlich sein würden. Außerdem kann die zur Abtastung
eines Echos erforderliche Zeit (TE) in effektiver Weise verringert
werden, was ferner die Scannzeitdauer reduziert und den Objektendurchsatz
erhöht.
-
Es
wird bevorzugt, dass die abgetasteten Phasencodierstellen etwas
mehr als die Hälfte
einer Zeile eines k-Raums umfassen. In dieser Hinsicht werden Ortsfrequenzdaten
für Phasencodierstellen über dem
Zentrum der k-Raum-Datenlinie akquiriert. Somit ist vorgesehen,
dass die Anzahl der Phasencodierschritte um etwas weniger als die
Hälfte
reduziert werden kann. Andererseits wird die Anzahl der angewandten
Phasencodiergradienten nicht verringert, sondern derart neu festgelegt,
dass fast alle abgetasteten Phasencodierstellen in etwas mehr als
der Hälfte
der k-Raum-Datenlinie angeordnet sind. Infolgedessen wird die Scannzeit
nicht verringert, sondern das Signal-Rausch-Verhältnis vergrößert und die räumliche
Auflösung
verbessert. Tatsächlich
kann die Anzahl der Phasencodierstellen verdoppelt werden, ohne
eine Verdoppelung der Anzahl der Phasencodierschritte zu erfordern.
In der Tat wird in Erwägung gezogen,
dass mehr als eine Verdoppelung der Anzahl von Phasencodierstellen
(Phasen-FOV) mit der vorliegenden Erfindung möglich ist.
-
Bezugnehmend
nun auf 6 sind dort die Schritte einer
Methode zur Akquisition von MR-Daten mit einer PROPELLER-Akquisition
und zur Rekonstruktion von Bildern, die im Wesentlichen frei von
radialen Rippel- oder Welligkeitsartefakten sind, angegeben. Der
Prozess 94, der in einer durch einen Computer ausführbaren
Sprache realisiert und durch einen oder mehrere Computer ausgeführt werden kann,
beginnt bei 96 mit der Vorschrift einer PROPELLER-Akquisition. Bei 96 werden
Parameter der PROPELLER-Akquisition aus einer Anzahl von Benutzereingaben
eingelesen oder automatisch bestimmt. Diese Parameter enthalten
derartige Einstellungen wie Repetionszeit (TR), Größe des Gesichtsfeldes
(FOV, Field of View) und Schichtorientierung, z. B. axial, Kopf-,
koronal oder schräg.
Wie vorstehend beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere
eine Reduktion von radialen Welligkeis-(Phasenaliasing-)Artefakten
in Bildern, die von MR-Daten rekonstruiert werden, die in einem
koronalen, sagittalen oder schrägen
PROPELLER-Scann akquiriert
werden.
-
Nachdem
die Parameter des PROPELLER-Scanns eingegeben, festgesetzt oder
in sonstiger Weise bestimmt worden sind, werden die MR-Daten bei 98 akquiriert.
Codierte und angeregte Echos werden abgetastet und dazu verwendet,
Streifen eines k-Raums teilweise zu füllen, die zueinander verdreht
liegen oder werden und durch den zentralen Bereich eines k-Raums verlaufen.
Anschließend
wird ein Streifen-Homodynverarbeitungsschritt 100 ausgeführt, um
Daten für
nicht abgetastete Phasencodierstellen aus den abgetasteten Phasencodierstellen
zu bestimmen, wie dies mit Bezug auf 4 beschrieben
ist. Nach der Streifen-Homodynverarbeitung 100 wird eine
Bildraumphasenkorrektur bei 102 durchgeführt, um
Phasenfehler in den Bildraumdaten zu korrigieren. Nach der Phasenfehlerkorrektur 102 wird
der phasenkorrigierte Bildraum bei 104 unter Verwendung
einer inversen schnellen Fouriertransformation (FFT, Fast Fourier
Transform) unterabgetastet. Eine Unterabtastung wird bei 104 durchgeführt, um
den Streifen des k-Raums zu bestimmen, der lediglich den zentralen
Bereich des FOV in der Phasencodierrichtung beschreibt. Dies wird
durch Zuschneidung des Streifens des k-Raums erreicht, der dem zentralen Bereich
des FOV in der Phasencodierrichtung entspricht, so dass Daten aus
dem Bereich außerhalb
des zentralen Bereichs bei der Bildrekonstruktion ausgenommen werden.
Somit wird das resultierende Streifenbild, nachdem der Streifenbildraum
zugeschnitten worden ist, der inversen FFT unterworfen, um den k-Raum-Streifen wiederzugewinnen.
Dieser k-Raum-Streifen wird anschließend dem Rest des PROPELLER-Rekonstruktionsprozesses übergeben,
der ausgeführt
wird, um ein Bild aus sämtlichen
k-Raum-Streifen zu rekonstruieren.
-
Insbesondere
werden nach der Unterabtastung 104 mehrere PROPELLER-Rekonstruktionsschritte
durchgeführt,
um eine Bewegung zu korrigieren oder auszugleichen. Diese Bewegungskorrekturschritte
enthalten eine Rotationskorrektur 106, eine Translationskorrektur 108,
eine Korrelationsgewichtung 110 und schließlich eine
Bildrekonstruktion 112. Nach der Bildrekonstruktion 112 endet
der Prozess bei 114. Infolge der vorerwähnten Schritte ist das resultierende
rekonstruierte Bild im Wesentlichen frei von radialen Welligkeitsartefakten
oder Phasenaliasingartefakten.
-
Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Homodynstreifenverarbeitungs-
und Unterabtastungsschritte sich naht- oder problemlos in herkömmliche PROPELLER-Rekonstruktionstechniken
einfügen
lassen, dabei sogar das SNR und die räumliche Auflösung steigern
und Phasenaliasing entlang jedes radialen PROPELLER-Streifens beseitigen.
Somit sind die radialen Welligkeitsartefakte verringert, die gewöhnlich in
Bildern von einer Anatomie erscheinen, die sich über die Grenzen des Phasen-FOV
hinaus erstreckt. Dies bedeutet, dass die vorliegende Erfindung
Phasenaliasingartefakte reduziert, die infolge der Kombination von
Phasenwraps (Hineinfaltung der anatomischen Strukturen außerhalb
des FOV ins Bild) zwischen PROPELLER-Streifen auftreten können.
-
Bezugnehmend
nun auf 6 und 7 veranschaulichen
zwei Streifenbilder die Streifen-Homodynverarbeitungsschritte, wie
sie vorstehend im Zusammenhang mit 4 beschrieben
sind. 6 zeigt ein Streifenbild mit zehn Ansichten unter
Veranschaulichung von acht Ansichten in einer Hälfte eines k-Raums und zweier
Ansichten in der anderen Hälfte des
k-Raums. Nach der Homodynverarbeitung sind die zehn Ansichten in
einen Streifen mit sechzehn Ansichten umgewandelt, der acht Ansichten
in einer Hälfte
eines k-Raums und
acht Ansichten in der anderen Hälfte
des k-Raums aufweist. Als Ergebnis der homodynen Streifenverarbeitung
werden bei der Bildrekonstruktion sechs zusätzliche Datenansichten verwendet,
wodurch das SNR und die räumliche
Auflösung
verbessert sind, ohne dass sechs zusätzliche und zeitaufwendige
Phasencodierschritte während der
Datenakquisition erforderlich sind.
-
In 8 ist
ein Bild veranschaulicht, das aus einem sphärischen anatomischen Modell,
dessen ein Abschnitt sich über
ein FOV hinaus erstreckt, unter Verwendung einer herkömmlichen
PROPELLER-Akquisitionstechnik rekonstruiert worden ist. Wie veranschaulicht,
ergibt sich entlang der Pha sencodierrichtung ein Aliasing. Auf der
anderen Seite und bezugnehmend auf 9 sind die
in 8 vorherrschenden Phasenaliasing- oder radialen
Welligkeitsartefakte beseitigt, wenn das gleiche sphärische Modell gemäß der vorliegenden
Erfindung abgebildet wird. In dieser Hinsicht kommt es zu keinem
Phasewrapping in der Phasencodierrichtung, obwohl sich das Objekt
in der Phasencodierrichtung über
die Grenzen des FOV hinaus erstreckt. Es ist zu bemerken, dass das
Bild nach 8 unter Verwendung einer PROPELLER-basierten
Akquisition mit einer Echoimpulsfolgenlänge (ETL, Echo Train Length)
von 24, voller NEX (Number of Excitations, Anzahl der Messungen des
Signals einer bestimmten Schicht pro Phasencodierung) und einem
Phasen-FOV von 20 cm aufgenommen worden ist. Das Bild nach 9 wurde
unter Verwendung der PROPELLER-Technik mit ETL = 24, halber NEX
und einem Phasen-FOV von 40 cm akquiriert. Somit ist die im Zusammenhang
mit 5 vorstehend beschriebene Homodynverarbeitung
verwendet worden, um das FOV in der Phasencodierrichtung effektiv
zu verdoppeln.
-
10 und 11 veranschaulichen
ferner die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile. Wie
in 10 veranschaulicht, ergibt eine herkömmliche
PROPELLER-Rekonstruktion sämtlicher
Streifen, die von einem Objekt akquiriert werden, das sich in der
Phasencodierrichtung über
ein FOV hinaus erstreckt, in dem Bild Welligkeiten (Rippel). Diese
Welligkeiten sind die Folge von Phasenwrapaliasing. Auf der anderen
Seite fehlen die Phasenaliasingwelligkeiten in 11,
die eine Abbildung desselben, in 10 abgebildeten
Objektes jedoch unter Verwendung der hier beschriebenen modifizierten
PROPELLER-Akquisitionstechnik zeigt. Das Bild nach 11 ist
wesentlich mehr gleichmäßig als
das nach 10 und somit von größerem diagnostischen
wert.
-
12 und 13 veranschaulichen
ferner die mit der vorliegenden Erfindung erzielten Vorteile. Wie
in 12 veranschaulicht, kann insbesondere eine herkömmliche
T2-PROPELLER-Rekonstruktion eines
Spinalbildes, das entlang der Sagittalebene aufgenommen wird, zu
radialen Welligkeitsartefakten führen,
die sich in der veranschaulichten Figur als schlierartige Streifen
in der Wirbelsäulenregion äußern. Demgegenüber verringert
die modifizierte PROPELLER-Akquisition,
wie sie hier beschrieben ist und der vorliegenden Erfindung entspricht,
diese radialen Welligkeitsartefakte, wie dies in 13 veranschaulicht
ist. Insbesondere sind die in 12 sichtbaren „schlierartigen
Streifen" („Streaking") in 13 nicht
vorhanden.
-
Folglich
enthält
eine MR-Bildgebungsvorrichtung mehrere Gradientenspulen, die um
eine Bohrung eines Magneten herum positioniert sind, um ein polarisierendes
Magnetfeld anzulegen. Ein HF-Transceiversystem und ein HF-Schalter
sind durch ein Impulsmodul gesteuert, um HF-Signale zu einer HF-Spulenanordnung
zu senden und von dieser zu empfangen, um MR-Bilder zu akquirieren.
Die MR-Bildgebungsvorrichtung enthält ferner einen Computer, der
programmiert ist, um Streifen oder Blätter (Blades) von MR-Daten
von einem FOV entlang entweder einer koronalen oder einer sagittalen Schichtorientierung
zu akquirieren und einen k-Raum mit den Streifen oder Blättern der
MR-Daten derart zu füllen,
dass benachbarte Streifen zueinander verdreht sind. Der Computer
ist ferner dazu programmiert, den k-Raum in einen Bildraum zu transformieren
und von dem Bildraum ein im Wesentlichen von radialen Welligkeitsartefakten
freies Bild zu rekonstruieren.
-
Ein
Verfahren zur MR-Datenakquisition ist ebenfalls offenbart und enthält eine
Anregung einer Echoimpulsfolge zur Abtastung für eine MR-Datenakquisition
von einem FOV sowie eine Abtastung der Echoimpulsfolge zur teilweisen
Füllung
eines k-Raum-Streifens (Blade), der mehrere k-Raum-Datenlinien aufweist,
die sich durch einen zentralen Bereich eines k-Raums erstrecken.
Das Verfahren enthält
ferner eine Füllung
eines Rests des teilweise gefüllten
k-Raum-Streifens mit Daten, die aus den von der Echoimpulsfolge
abgetasteten Daten bestimmt werden. Die Anregungs-, die Abtastungs-
und die Füllungsschritte
werden wiederholt, bis mehrere k-Raum-Streifen gefüllt worden
sind, um den k-Raum derart zu füllen,
dass jeder k-Raum-Streifen sich durch den zentralen Bereich des
k-Raums erstreckt und benachbarte k-Raum-Streifen über dem
zentralen Bereich des k-Raums zueinander verdreht sind.
-
Die
Erfindung ist ferner in Form eines Computerprogramms realisiert,
das auf einem computerlesbaren Speichermedium abgespeichert ist
und Anweisungen aufweist, die, wenn sie durch einen Computer ausgeführt werden,
den Computer dazu veranlassen, mehrere Streifen eines k-Raums von
einem Objekt zu akquirieren, das einen sich über ein FOV hinaus erstreckenden
Abschnitt aufweist, und die Streifen des k-Raums abzubilden. Der
Computer wird ferner dazu veranlasst, ein Streifenbild zu isolieren,
das einen zentralen Bereich des FOV in einer Phasencodierrichtung
beschreibt, und das Streifenbild zu beschneiden, um Daten von Phasencodierstellen
außerhalb
des zentralen Bereichs des FOV in der Phasencodierrichtung zu beseitigen.
Die Anweisungen veranlassen ferner den Computer, das beschnittene
Streifenbild in einen beschnittenen Streifen eines k-Raums zu transformieren
und den Streifen des k-Raums, der dem isolierten Streifenbild entspricht,
durch den beschnittenen Streifen des k-Raums zu ersetzen.
-
Die
vorliegende Erfindung ist anhand der bevorzugten Ausführungsform
beschrieben worden, und es ist ohne weiteres zu erkennen, dass weitere Äquivalente,
Alternativen und Modifikationen abgesehen von denjenigen, die hier
ausdrücklich
angegeben sind, innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche möglich sind.
-
Es
ist ein Verfahren und ein System zur MR-Bildgebung beschrieben,
die es ermöglichen, eine
PROPELLER-Bildgebung unabhängig
von einer Schichtorientierung oder einer interessierenden Anatomie
praktikabel und zuverlässig
auszuführen.
Die Erfindung betrifft die Akquisition von streifenartigen Gebieten 82, 90 von
MR-Daten, die um einen zentralen Bereich 88, 91 eines
k-Raums verdreht werden, und die Rekonstruktion 94 eines
Bildes mit willkürlicher
Schichtorientierung aus den streifenartigen Gebieten 82, 90 von
MR-Daten, wobei in dem Bild radiale Welligkeitsartefakte, die durch
Phasenaliasing von einem außerhalb
des Gesichtsfeldes in der Schichtebene befindlichen Gewebe herbeigeführt werden,
im Wesentlichen fehlen.