DE102015203306A1

DE102015203306A1 - Verfahren zur Ermittlung von absoluten Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen in einer Magnetresonanzeinrichtung und Magnetresonanzeinrichtung

Info

Publication number: DE102015203306A1
Application number: DE102015203306.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Popescu
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-08-25
Also published as: US20160245882A1; US10302713B2

Abstract

Verfahren zur Ermittlung von absoluten, dreidimensionalen Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen (4) in einer Magnetresonanzeinrichtung (1), insbesondere einer eine Grundmagnetfeldstärke von wenigstens 3 T aufweisenden Magnetresonanzeinrichtung (1), in Gegenwart eines die Empfangssensitivität beeinflussenden Untersuchungsobjekts, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermittlung von ortsaufgelösten, elektromagnetische Eigenschaften des Untersuchungsobjekts beschreibenden Objektparametern, – Ermittlung von die räumliche Anordnung der Empfangsspulen (4) in der Magnetresonanzeinrichtung (1) beschreibenden Spulengeometrieparametern, – Ermittlung der Empfangssensitivitätskarten durch Simulation in einem durch die Objektparameter und die Spulengeometrieparameter beschriebenen Modell.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von absoluten, dreidimensionalen Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen in einer Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere einer eine Grundfeldstärke von wenigstens 3 T aufweisenden Magnetresonanzeinrichtung, in Gegenwart eines die Empfangssensitivität beeinflussenden Untersuchungsobjekts. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung.
Inhomogenitäten der verwendeten Magnetresonanzfelder sind in der Magnetresonanzbildgebung eine häufige Ursache für Bildartefakte. Besonders störend werden die Feldinhomogenitäten, die Bildinhomogenitäten zur Folge haben, bei Feldstärken des Grundmagnetfelds (B0-Feld) von wenigstens 3 T. Wird ein Untersuchungsobjekt, insbesondere ein Patient, in die Magnetresonanzeinrichtung und somit das Magnetfeld eingebracht, treten die elektrischen Effekte auf, die insbesondere die Sende- und Empfangseigenschaften der verwendeten Hochfrequenzspulen beeinflussen können und als Schattierungen („Shadings“) in rekonstruierten Magnetresonanzdatensätzen sichtbar werden. Diese Schattierungen können die zugrundeliegende Anatomie überdecken oder weniger gut erkennbar machen und sind somit einer verlässlichen diagnostischen Bewertung abträglich.
Der Grund, warum bei höheren Feldstärken, insbesondere von wenigstens 3 T, derartige Bildartefakte aufgrund von Inhomogenitäten des Hochfrequenzfeldes (B1-Feldes) stark zunehmen, ist, dass bei der Larmorfrequenz in derart starken Feldern die Wellenlängen vergleichbar mit den Ausdehnungen des Untersuchungsobjekts, insbesondere eines Patienten, werden, und die elektromagnetischen Eigenschaften des menschlichen Gewebes die letztliche Verteilung der Hochfrequenzfelder innerhalb des Körpers beeinflussen, was zu den inhomogenen Nebeneffekten bei der Magnetresonanzbildgebung führt.
Das Schattierungsproblem kann abstrakt in zwei Komponenten aufgeteilt werden, nämlich zum einen einen Anteil, der beim Aussenden der Hochfrequenzpulse über Sendespulen auftritt (TX), zum anderen die Beeinflussung des Empfangsverhaltens, also der Empfangssensitivität, der Empfangsspulen durch die dielektrischen Effekte. Im Sendefall wirken die dielektrischen Effekte bei hohen Feldstärken zusammen, um eine inhomogene Verteilung der ausgesandten Hochfrequenzleistung innerhalb des Körpers zu erzeugen, was zu fehlerhaften Flipwinkeln im Bildgebungsvolumen und somit zu einer ungewollten Modulation der ursprünglichen Magnetresonanzsignale des Gewebes mit dem Sinus des Flipwinkels führen. Diese Effekte sind, wie bereits angedeutet wurde, bei niedrigeren Feldstärken, beispielsweise bei 1,5 T, deutlich schwächer und können vernachlässigt werden. Um bei höheren Feldstärken, beispielsweise bei wenigstens 3 T, diese beim Senden (TX) auftretenden Effekte zu bekämpfen, wurden im Stand der Technik zum Aussenden von Hochfrequenzpulsen Verfahren zum parallelen Senden („parallel transmit“ – pTX) vorgeschlagen, um das Sendeprofil mehrerer Sendeantennen vorzukalibrieren, mithin die ausgesandten B1-Felder zu vermessen (welche dann häufig als B1⁺-Karten bezeichnet werden), welche Daten dann genutzt werden, um die ausgesandten Hochfrequenzfelder vorzuverzerren, so dass dann doch eine homogene Anregung, mithin eine homogene Verteilung der Flipwinkel, im aufzunehmenden Zielgebiet auftritt.
Wie bereits erwähnt, betreffen dieselben dielektrischen Effekte jedoch auch den Empfangsanteil der Magnetresonanzuntersuchung, indem die Empfangssensitivität der Empfangsspulen (häufig als B1^–-Karten bezeichnet) von der ursprünglich unbekannten Anatomie, die aufgenommen werden soll, abhängt. Bestimmt werden die Effekte hauptsächlich von der Verteilung der elektrischen Leitfähigkeit σ und der Permittivität (Dielektrizitätskonstante) ε im Gewebe.
Aktuelle Techniken der Magnetresonanzbildgebung basieren grundlegend darauf, möglichst genaue Spulensensitivitätsinformationen vorliegen zu haben, um hochfrequenzbezogene Bildhomogenitäten korrigieren zu können. Allerdings liegen, gerade im Empfangsfall (RX), häufig nur relative Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen vor. Betrachtet man für eine einzelne Sende-Empfangsspule (TX/RX-Spule) die relaxationsfreie Signalintensität an einem bestimmten Ort, ist sie üblicherweise nicht nur vom Gewebekontrast und dem Flipwinkel abhängig, sondern auch von den positiven (für TX) und negativen (für RX) zirkularpolarisierten Komponenten des transversalen magnetischen Hochfrequenzfelds. Das hauptsächliche Hindernis in der Bestimmung absoluter Sende- beziehungsweise Empfangssensitivitätskarten liegt in der Verflechtung von der Sendesensitivität (beschrieben durch die B1⁺-Karte), der Empfangssensitivität (beschrieben durch die B1^–-Karte) und dem Bildkontrast, wie aus den im Stand der Technik bekannten Gleichungen hervorgeht, wobei insbesondere anzumerken ist, dass ja auch der Flipwinkel vom Betrag des Hochfrequenz-Sendefeldes (und somit der Sendesensitivität) abhängt. Bekannte Verfahren messen nur den Betrag von B1⁺, jedoch nicht die Phase von B1⁺.
Zwar wäre es denkbar, dieses Problem durch ein erweitertes Verfahren zu lösen, indem die gesamte Anordnung von Spulen und Untersuchungsobjekt bezüglich der Richtung des Grundmagnetfeldes (B0-Feldes) rotiert wird. So kann die Z-Komponente des Hochfrequenzfeldes für die Sende- und Empfangssensitivitäten in die Gleichungen eingebracht werden, wobei mathematische Analysen existieren, die zeigen, dass sechs Rotationen benötigt werden, um das gesamte Hochfrequenz-Vektorfeld zu bestimmen und somit die absolute Sende- und Empfangssensitivitätsinformation. Offensichtlich ist ein solcher Ansatz jedoch ungeeignet für die Untersuchung von Patienten in der Patientenaufnahme einer Magnetresonanzeinrichtung.
Besondere Wichtigkeit erlangt die Nutzung von Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen bei Beschleunigungstechniken im Rahmen der parallelen Bildgebung, der sogenannten beschleunigten PAT (parallel acquisiation technique). Derartige Beschleunigungsverfahren beruhen auf der parallelen Nutzung von mehreren Empfangsspulen (pRX), die stark variierende oder im Idealfall räumlich nicht überlappende Empfangssensitivitäten aufweisen. Hieraus folgt unmittelbar das Problem, dass bei allen PAT-Bildrekonstruktionsverfahren Vorwissen über die tatsächlichen Empfangssensitivitäten der Empfangsspulen benötigt wird. Wie dargelegt wurde, hängen diese Empfangssensitivitätskarten jedoch auch von der aufzunehmenden Anatomie, insbesondere deren elektromagnetischen Eigenschaften, ab. Im Stand der Technik wird davon ausgegangen, dass es letztlich unmöglich sei, die absoluten Empfangssensitivitäten der Empfangsspulen und die von der ursprünglich unbekannten Anatomie erzeugten Magnetresonanzsignale derart aufzuschlüsseln, dass absolute Empfangssensitivitätskarten ermittelt werden können.
Daher verwenden bekannte PAT-Rekonstruktionsverfahren wie SENSE oder GRAPPA eine automatische Abschätzung relativer Empfangssensitivitäten der Empfangsspulen, mithin das Verhältnis der Einzelspulen-Empfangssensitivität und einem gemeinsamen Referenznenner, beispielsweise der Quadratwurzel der Quadratsumme (ROOT-SOS) aller individuellen Spulensensitivitäten. Beim SENSE-Verfahren werden die relativen Empfangssensitivitätskarten im Bildraum ermittelt, während das GRAPPA-Verfahren einen impliziten und relativen Zusammenhang zwischen Spulensensitivitäten k-Raum nutzt.
Während die Herangehensweise, in der relative Empfangssensitivitätskarten für die Empfangsspulen verwendet werden, hinreichend sein mag, um PAT-Aliasing-Artefakte aufgrund der Unterabtastung zu unterdrücken, ist der Nachteil dieser Herangehensweise, dass der rekonstruierte Magnetresonanzbilddatensatz noch immer durch die Empfangssensitivität der (gegebenenfalls gedachten) Referenzspule moduliert ist, die selbst durch Inhomogenitäten belastet ist. Dies führt zu einer ungleichen Ausleuchtung der aufgenommenen Anatomie, mithin einer heterogenen Helligkeit, so dass einige Bereiche fehlerhaft als schwächere Magnetresonanzsignale aussendend dargestellt werden. Derartige RX-Schattierungsartefakte treten auch dann auf, wenn durch paralleles Senden (pTX) fast perfekte, homogene Flipwinkelverteilungen erreicht werden.
Im Stand der Technik sind zwei Herangehensweisen bekannt, diese Artefakte zu reduzieren. So wurde zum einen vorgeschlagen, einen Nachverarbeitungsschritt für den rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatz vorzusehen, der „Vorabscan-Normalisierung“ genannt wird. Dabei wird ein zusätzliches Paar von niedrig aufgelösten Magnetresonanzbildern aufgenommen, eines mit den lokalen Empfangsspulen, das andere mit einer im Empfangsmodus betriebenen Ganzkörperspule. Die hauptsächliche Annahme dieses Korrekturansatzes ist es, dass die Empfangssensitivität der Ganzkörperspule nahezu homogen über das gesamte Bildgebungsvolumen ist. Aufgrund der dielektrischen Effekte in Magnetresonanzeinrichtungen mit Grundmagnetfeldstärken von wenigstens 3 T ist diese Annahme jedoch fehlerhaft, da auch für die Ganzkörperspule stark wechselnde Empfangssensitivitätsprofile bei wechselnden Patienten beziehungsweise Untersuchungsbereichen auftreten.
In einem zweiten Lösungsansatz, der nur für Aufnahmen im Bereich des Kopfes bekannt ist, wird angenommen, dass die absoluten Empfangssensitivitätskarten (B1^–-Karten) ermittelt werden können, indem die B1⁺-Karten bezüglich der zentralen Sagittalebene gespiegelt werden. Mithin ist die zugrundeliegende Annahme, dass der Kopf rechts-links-symmetrisch sei. Dies ist jedoch im Allgemeinen nicht der Fall, wobei Fehler nicht nur dann auftreten, wenn der Kopf nicht zentral gelagert ist, sondern auch, wenn Auffälligkeiten wie Tumore, Stenosen oder Blutungen vorliegen. Zudem ist dieser Ansatz auch weiteren bekannten Einschränkungen bei der Abschätzung von B1⁺-Karten unterworfen, nämlich mehreren erforderlichen Aufnahmevorgängen, die empfindlich für Bewegung, niedrige Signal-zu-Rauschverhältnisse und niedrige Auflösungen sind. Hierzu kommt, dass die Kartierung der Sendesensitivitäten der Sendespulen nur die Stärke des B1⁺-Feldes liefert, während die Phase nicht allgemein bekannt ist und durch die Phase der Empfangskette, Wirbelstromfehler und B0-Inhomogenität beeinflusst ist.
Es besteht daher der Wunsch, insbesondere im Bereich von PAT-Bildrekonstruktionsverfahren wie SENSE oder GRAPPA, statt der bislang verwendeten relativen Empfangssensitivitätskarten der Empfangsspulen, bei denen noch immer Schattierungsartefakte auftreten, absolute Empfangssensitivitätskarten zur Verfügung zu haben, was es ermöglichen würde, Magnetresonanzbilddatensätze zu erhalten, die frei von Hochfrequenz-Schattierungs-Artefakten sind. Es existieren jedoch auch andere Anwendungen, in denen vollständiges Wissen über das Hochfrequenzfeld bzw. die zugrundeliegenden Eigenschaften nützliche Anwendung finden könnte, beispielsweise für die SAR-Quantifizierung.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Ermittlung von absoluten Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen in einer Magnetresonanzeinrichtung anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgesehen, welches durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

– Ermittlung von ortsaufgelösten, elektromagnetische Eigenschaften des Untersuchungsobjekts beschreibenden Objektparametern,
– Ermittlung von die räumliche Anordnung der Empfangsspulen in der Magnetresonanzeinrichtung beschreibenden Spulengeometrieparametern, und
– Ermittlung der Empfangssensitivitätskarten durch Simulation in einem durch die Objektparameter und die Spulengeometrieparameter beschriebenen Modell.

Es wird mithin ein neuartiges Verfahren zur Empfangssensitivitätskartierung (B1^–-Mapping) vorgeschlagen, welches darauf basierend verbesserte Bildrekonstruktion insbesondere bei beschleunigten parallelen Bildgebungstechniken (PAT) erlaubt. Es wird vorgeschlagen, auf möglichst einfache Weise – worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird – die Verteilung der elektromagnetischen Eigenschaften, insbesondere der elektrischen Leitfähigkeit und der dielektrischen Konstanten, innerhalb des Bildgebungsvolumens abzuschätzen, mithin zu ermitteln, wonach die absoluten Empfangssensitivitätskarten unter Verwendung numerischer Simulationen und a priori-Informationen zu den Geometrien der Empfangsspulen und deren Positionen ermittelt werden können. Dabei ist es idealerweise möglich, die Objektparameter durch Magnetresonanzbildgebung zu bestimmen, insbesondere sogar im Rahmen derselben Magnetresonanzbildgebung, die auch einem später zu rekonstruierenden Bilddatensatz zugrunde liegt.
Die Erfindung stellt mithin absolute Empfangssensitivitäten der Empfangsspulen zur Verfügung, die unmittelbar durch Bildrekonstruktionsverfahren genutzt werden können und mithin relative Empfangssensitivitäten ersetzen. Schattierungsartefakte können so vermieden werden, das bedeutet, die Bildqualität von Magnetresonanzbilddatensätzen bei hohen Grundmagnetfeldstärken von wenigstens 3 T wird deutlich erhöht. Neben der Verwendung der absoluten Empfangssensitivitätskarten unmittelbar im Rekonstruktionsalgorithmus, insbesondere bei beschleunigten parallelen Bildgebungstechniken, ist es auch möglich, unter Verwendung der Empfangssensitivitätskarten eine verlässliche Bildnormalisierung in einem Nachverarbeitungsschritt, der beispielsweise auf eine PAT-Rekonstruktion des Standes der Technik folgen kann, umzusetzen. Schließlich können derartige absolute Empfangssensitivitätskarten auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Quantifizierung der SAR (specific absorption rate), welche im Übrigen auch, worauf noch näher eingegangen werden soll, unmittelbar auf Grundlage der Objektparameter erfolgen kann.
In besonders vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Objektparameter und/oder die Spulengeometrieparameter wenigstens teilweise aus mit der Magnetresonanzeinrichtung aufgenommenen, das Untersuchungsobjekt dreidimensional beschreibenden Magnetresonanzdaten ermittelt werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn wenigstens die Objektdaten tatsächlich und insbesondere ausschließlich aus mit der Magnetresonanzeinrichtung aufgenommenen Magnetresonanzdaten bestimmt werden, nachdem dann keine zusätzlichen Messeinrichtungen und dergleichen erforderlich sind.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wie bereits angedeutet, wenn die Magnetresonanzdaten einem unter Berücksichtigung der Empfangssensitivitätskarten zu rekonstruierenden und/oder zu korrigierenden Magnetresonanzbilddatensatz zugrunde zu legende Magnetresonanzdaten sind. Dann sind vorteilhaft keine zusätzlichen Aufnahmevorgänge mit der Magnetresonanzeinrichtung erforderlich, denn die notwendigen Objektparameter können aus den ohnehin im Rahmen der Untersuchung aufgenommenen Magnetresonanzdaten, aus denen der gewollte Magnetresonanzbilddatensatz rekonstruiert wird, bestimmt werden.
Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass die Magnetresonanzdaten als ein in einem um das Zentrum des abgetasteten k-Raums liegenden Bereich liegende Magnetresonanzdaten eines Rohdatensatzes ausgewählt werden, insbesondere bei unterabgetasteter Bildgebung in einem vollständig abgetasteten Bereich um das Zentrum des k-Raums liegende Magnetresonanzdaten. Im Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung, der beschleunigten parallelen Bildgebung, wird oft eine Unterabtastung im abzutastenden k-Raum vorgenommen, wobei ein Bereich um das Zentrum des k-Raums vollständig abgetastet wird. Diese vollständig abgetasteten, zentralen Zeilen im k-Raum, die auch als Autokalibrierungszeilen bezeichnet werden, werden üblicherweise auch eingesetzt, um Rekonstruktionsparameter der genutzten Rekonstruktionsalgorithmen der beschleunigten parallelen Bildgebung, insbesondere SENSE oder GRAPPA, zu ermitteln; insbesondere werden aus den Autokalibrierungszeilen die relativen Empfangssensitivitätskarten der Empfangsspulen ermittelt, was im Stand der Technik bereits bekannt ist. Diese bieten, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, eine hervorragende Grundlage zur Ermittlung der Objektparameter.
Es sind auch Fälle denkbar, in denen es zweckmäßig ist, wenn die Magnetresonanzdaten in einem die Aufnahme eines zur Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes zugrunde zu legenden Rohdatensatzes vorgeschalteten Vorabaufnahmevorgang, insbesondere als ein dreidimensionaler Localizer und/oder zur Einstellung von Aufnahmeparametern dienender Vorabdatensatz, aufgenommen werden. Es ist also auch ein Vorab-Scan denkbar, um die Magnetresonanzdaten zu bestimmen, die der Ermittlung der Objektparameter zugrunde liegen sollen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die eigentliche Bildgebung auf einen zweidimensionalen Magnetresonanzbilddatensatz abzielt, wobei jedoch die Empfangssensitivitätskarten dreidimensional benötigt werden. Dann kann ein dreidimensionaler Vorabaufnahmevorgang zweckmäßig sein. Eingesetzt werden können in diesem Zusammenhang insbesondere Magnetresonanzdaten aus ohnehin aufgenommenen, dreidimensionalen Localizern, so dass die Magnetresonanzdaten mithin auch weiteren Zwecken dienen, insbesondere der Einstellung von Aufnahmeparametern für die folgenden Aufnahmevorgänge. Es sei darauf hingewiesen, dass selbstverständlich einmalig nach dem Vorabaufnahmevorgang ermittelte Empfangssensitivitätskarten für alle folgenden Aufnahmevorgänge beziehungsweise deren Ergebnisse in derselben Konfiguration weiter verwendet werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den Magnetresonanzdaten zunächst relative, insbesondere auf eine bestimmte Empfangsspule, bevorzugt eine Ganzkörperspule, oder eine Summenbildung von Empfangssignalen mehrerer, bevorzugt aller, Empfangsspulen bezogene Empfangssensitivitätskarten ermittelt, aus denen die Objektparameter bestimmt werden. Nachdem eines der hauptsächlichen Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens die beschleunigte parallele Bildgebung ist, bei deren Rekonstruktionstechniken es ohnehin gängig war, relative Empfangssensitivitätskarten zu ermitteln, stellen diese einen besonders geeigneten Ausgangspunkt dar, um zu den Objektparametern zu finden, die wiederum eine Grundlage der Ermittlung der absoluten Empfangssensitivitätskarten darstellen. Erst kürzlich wurde in einem gänzlich anderen Zusammenhang von José P. Marques et al. in „Single Acquisition Electrical Property Mapping Based on Relative Coil Sensitivities: A Proof-of-Concept Demonstration", Magnetic Resonance in Medicine, Vorveröffentlichung, DOI: 10.1002/mrm.25399, gezeigt, dass relative Empfangssensitivitäten der Empfangsspulen ausreichend sind, um elektrische Eigenschaften eines Untersuchungsobjekts ebenso zu kartieren. Das derartige, im Hinblick auf diagnostische Anwendungsfälle gezeigte Vorgehen lässt sich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft einsetzen, insbesondere um die Bildrekonstruktion bei beschleunigter paralleler Bildgebung zu verbessern beziehungsweise eine Korrektur in einem Nachbearbeitungsschritt vorzunehmen.
Selbstverständlich sind auch andere Ansätze denkbar, die es erlauben, gegebenenfalls mit Zusatzmessungen, die elektromagnetischen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts beschreibende Objektparameter zu ermitteln. So kann vorgesehen sein, dass die Objektparameter unter Verwendung von elektrischer Impedanzbildgebung (unter zusätzlicher Verwendung von Elektroden am Untersuchungsobjekt), „Electrical Properties Tomography“ unter Verwendung von B1⁺-Kartierung (hierin wird die Annahme getroffen, dass die Sende- und Empfangsphasen gleich sind), lokale Maxwell-Tomographie, magneto-akustische elektrische Impedanzbildgebung (bei der die Vibration des Gewebes durch elektromagnetische Kräfte vermessen wird), gradientenbasierte EPT (Electrical Parameter Tomographie) und/oder Stromdichte-Bildgebung bestimmt werden. Zum Stand der Technik sei hier auf den Artikel von Greig C. Scott et al., „Rotating Frame RF Current Density Imaging", MRM 33:355–369 (1995), die Offenlegungsschriften US 2012/0146637 A1 und US 2012/0150458 A1 , den Artikel von Tobias Voigt, „Imaging Conductivity using Electric Properties Tomography – Initial Clinical Results in Glioma Patients", IEEE Transactions on General Assembly and Scientific Symposium, 2011 XXXth URSI, DOI: 10.1109/URSIGASS.2011.6051346, den Artikel von L. Tugan Muftuler et al., „MREIT with SENSE acceleration using a dedicated RF coil design", Physiol. Meas. 30:913–929 (2009), sowie den Artikel von Habib Ammari et al., „Mathematical Models and Reconstruction Methods in Magneto-Acoustic Imaging", European Journal of Applied Mathematics 20:303–317 (2009), verwiesen.
Dabei sei an dieser Stelle nochmals angemerkt, dass ein besonderer allgemeiner Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die neue Lösung nicht von einer homogenen Ganzkörperspule oder der Annahme, eine Kombination von Empfangsspulen habe ein homogenes Empfangsprofil, abhängig ist. Stattdessen werden in anderem Kontext vorgeschlagene Gewebeimpedanz-Kartierungsverfahren eingesetzt, um eine wenigstens grobe 3D-Karte der Verteilung der elektrischen Eigenschaften im interessierenden Bereich zu ermitteln.
Auch bezüglich der Spulengeometrieparameter ist es denkbar, Magnetresonanzdaten zu deren Ermittlung einzusetzen. So kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Teil der Spulengeometrieparameter durch Detektion von in und/oder an wenigstens einem Teil der Empfangsspulen vorgesehenen Magnetresonanzmarkern in den Magnetresonanzdaten ermittelt werden. Es wurden bereits, insbesondere für frei positionierbare Empfangsspulen (Lokalspulen), Möglichkeiten vorgeschlagen, diese mit in der Magnetresonanzbildgebung sichtbaren Magnetresonanzmarkern zu versehen, aus denen durch Auswertung von Magnetresonanzdaten Positionsdaten der jeweiligen Empfangsspule ermittelt werden können. Dabei können spezielle Substanzen, beispielsweise in geeigneten Behältern, eingesetzt werden, es ist jedoch auch möglich, beispielsweise MR-Transponder und dergleichen als Magnetresonanzmarker zu verwenden. Entsprechende Vorgehensweisen zum Stand der Technik sind bereits bekannt und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn wenigstens ein Teil der Spulengeometrieparameter aus die Art der Empfangsspule und/oder genutzte Befestigungsvorrichtungen und/oder genutzte Anschlusseinrichtungen beschreibenden, an der Magnetresonanzeinrichtung vorliegenden Spulendaten und/oder Positionsdaten eines Signale von Positionssensoren und/oder Positionsmarkern an wenigstens einem Teil der Empfangsspulen auswertenden Spulenpositionsbestimmungssystems ermittelt werden. Es sind bereits eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, Informationen über konkrete Positionen und die Erstreckung von Empfangsspulen, insbesondere Lokalspulen, zu ermitteln. Für die meisten befestigten Empfangsspulen, die in der Magnetresonanzbildgebung verwendet werden, beispielsweise Kopfspulen, Körperspulen oder Wirbelsäulenspulen, sind die Spulengeometrieparameter, die die Position und die Spulengeometrie beschreiben, ohnehin bekannt; sind verschiedene Befestigungspositionen und/oder Anschlusseinrichtungen seitens der Patientenliege nutzbar, sind diese meist mit Detektionseinrichtungen versehen, um festzustellen, ob eine Spule angeschlossen ist, wobei zudem eine Spuleninformation meist auch in der Empfangsspule selbst kodiert ist. Für beliebig positionierbare Empfangsspulen, insbesondere anteriore Spulen, ist die Spulengeometrie aus Daten des Herstellers ebenso bekannt; die tatsächliche Spulenposition relativ zum Untersuchungsvolumen kann nicht nur, wie bereits beschrieben, durch automatische Detektion von Magnetresonanzmarkern, die in die Empfangsspulen eingebettet sind, festgestellt werden, sondern es ist auch möglich, Positionssensoren und/oder Positionsmarker einzusetzen, die einem Spulenpositionsbestimmungssystem zugeordnet sind. Hier sind Transponder oder dergleichen denkbar, die in die insbesondere flexiblen Empfangsspulen integriert werden können, um die aktuelle Spulenposition und Form zu bestimmen. Auch derartige Spulenpositionsbestimmungssysteme können die Magnetresonanzeinrichtung nutzen, nachdem beispielsweise in Empfangsspulen integrierte Magnetfeldsonden beziehungsweise Magnetfeldsensoren bekannt sind, deren Antwortsignale auf Gradientenpulse der Magnetresonanzeinrichtung ausgewertet werden kann, um die aktuelle Position und Orientierung eines derartigen Positionssensors festzustellen. Verschiedenste Möglichkeiten, wie sie aus dem Stand der Technik bereits vorgeschlagen wurden, können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Wie bereits angedeutet wurde, kann es hinsichtlich der elektromagnetischen Eigenschaften ausreichend sein, lediglich den „elektrischen“ Anteil dieser Eigenschaften zu betrachten, mithin als elektromagnetische Eigenschaften die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Dielektrizitätskonstante heranzuziehen, wobei eine Verfeinerung der Berechnung auch vorsehen kann, dass, insbesondere zusätzlich zur elektrischen Leitfähigkeit und der Dielektrizitätskonstanten, auch die magnetische Suszeptibilität als elektromagnetische Eigenschaft ermittelt wird.
Die Erfindung setzt nun numerische Simulationsverfahren ein, um die komplexen, den elektromagnetischen Wechselwirkungen hinsichtlich der Empfangssensitivität zugrundeliegenden Gleichungen, konkret die Maxwell-Gleichungen, zu lösen. Es versteht sich dabei von selbst, dass davon ausgegangen wird, dass der räumliche Bezug der Objektparameter und der Spulengeometrieparameter auf ein gemeinsames Koordinatensystem der Magnetresonanzeinrichtung bezogen ist, deren Felderzeugungseigenschaften hinsichtlich des Grundmagnetfeldes und der Gradientenfelder, wenigstens teilweise auch der Hochfrequenzfelder, selbstverständlich bekannt sind. Nachdem sich das hier vorgeschlagene Verfahren hauptsächlich auf Fälle bezieht, in denen die Grundmagnetfeldstärke wenigstens 3 T beträgt, sieht eine zweckmäßige Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vor, dass eine die Maxwell-Gleichungen im Wellenregime auswertende Simulation verwendet wird, das bedeutet, bei Wellenlängen, die kleiner sind als die Ausdehnung des Untersuchungsobjekts. Während also vorbekannter Stand der Technik die Maxwell-Gleichungen im quasistatischen Regime (Wellenlänge > Ausdehnung des Objekts) löst, wo die Hochfrequenzfelder nur durch die Spulengeometrie bestimmt sind (Biot-Savart-Modell), werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung speziell angepasste Simulationsverfahren für das Wellenregime eingesetzt. Aus US 2005/0096534 A1 ist dabei ein Vorgehen bekannt, bei dem die vollständigen Maxwell-Gleichungen für Phantome mit bekannten elektromagnetischen Eigenschaften gelöst werden, wobei dort genannte Konzepte auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, insbesondere dort beschriebene Simulationssoftware und/oder diskrete numerische Verfahren.
Eine Weiterbildung der Erfindung, insbesondere ausgehende von einer Ermittlung der Objektparameter aus in einem Vorabaufnahmevorgang aufgenommenen Magnetresonanzdaten, sieht vor, dass die Objektparameter zusätzlich auch bei der Ermittlung einer insbesondere auf wenigstens einen bevorstehenden Bildaufnahmevorgang bezogenen SAR-Information, insbesondere einer SAR-Karte, berücksichtigt werden. Sind die elektromagnetischen, insbesondere elektrischen, Eigenschaften des Untersuchungsobjekts, insbesondere des Patienten, erst bekannt, lassen sie sich, falls die Aufnahmeparameter des zur Untersuchung des Patienten vorgesehenen Bildaufnahmevorgangs bekannt sind, vorteilhaft nutzen, um lokale und/oder globale SAR-Werte für den Patienten zu bestimmen, weswegen es in dieser Ausgestaltung vorteilhaft ist, wenn die Objektparameter aus Magnetresonanzdaten eines Vorabaufnahmevorgangs (Pre-Scans) bestimmt werden, um dann entsprechend folgende Bildaufnahmevorgänge hinsichtlich ihrer SAR-Auswirkungen bewerten zu können. Dabei können insbesondere die bereits erwähnten Berechnungsmethoden, insbesondere eine Simulation unter Berücksichtigung der Bildaufnahmeparameter (und bekannten Eigenschaften der Magnetresonanzeinrichtung), eingesetzt werden, um die SAR-Information zu bestimmen. Diese wird bevorzugt lokal, insbesondere als SAR-Karte, ermittelt. Auf diese Weise lassen sich die Objektparameter neben der Nutzung zur Ermittlung der relativen Empfangssensitivitätskarten auch zu einem zweiten Zweck einsetzen.
Es sei angemerkt, dass eine Ermittlung von SAR-Information aufgrund von Objektparametern auch unabhängig von der Ermittlung relativer Empfangssensitivitätskarten zweckmäßig sein kann. So wäre beispielsweise ein Verfahren zur Ermittlung einer auf einen durch wenigstens einen durch Aufnahmeparameter beschriebenen Bildaufnahmevorgang zu untersuchenden Patienten als Untersuchungsobjekt bezogenen SAR-Information, insbesondere SAR-Karte, in einer Magnetresonanzeinrichtung denkbar, insbesondere einer eine Grundmagnetfeldstärke von wenigstens 3 T aufweisenden Magnetresonanzeinrichtung, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

– Ermittlung von ortsaufgelösten, elektromagnetische Eigenschaften des Patienten beschreibenden Objektparametern, insbesondere aus mit der Magnetresonanzeinrichtung bei bereits für den Bildaufnahmevorgang positioniertem Patienten aufgenommenen Magnetresonanzdaten,
– Ermittlung der SAR-Information durch Simulation in einem durch die Objektparameter beschriebenen Modell unter den durch die Aufnahmeparameter beschriebenen Bedingungen. Die Ausführungen zur Ermittlung der Objektparameter gelten dann selbstverständlich auch für ein solches Verfahren fort; insbesondere ist es, wie erwähnt, vorteilhaft, wenn die Magnetresonanzdaten in einem dem Bildaufnahmevorgang vorgeschalteten Vorabaufnahmevorgang, insbesondere als ein dreidimensionaler Localizer und/oder zur Einstellung von Aufnahmeparametern dienender Vorabdatensatz, aufgenommen werden

Wie bereits erwähnt, ist das Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung eine Anwendung auf beschleunigte parallele Bildgebungstechniken (PAT), so dass das erfindungsgemäße Verfahren zum einen zu einem Verfahren zur Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes aus mit einer Magnetresonanzeinrichtung nach einem parallelen Sendevorgang mit mehreren Empfangsspulen insbesondere wenigstens teilweise unterabgetastet aufgenommenen Magnetresonanzdaten weitergebildet werden kann, bei dem absolute Empfangssensitivitätskarten wie zuvor beschrieben erfindungsgemäß ermittelt und bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden. Eine Anpassung der Rekonstruktionsalgorithmen, beispielsweise SENSE oder GRAPPA, für absolute Empfangssensitivitäten ist für den Fachmann problemlos möglich.
Es ist jedoch auch denkbar, die bisherigen, relative Empfangssensitivitäten einsetzenden Rekonstruktionsalgorithmen, insbesondere SENSE oder GRAPPA, unangetastet zu lassen und das erfindungsgemäße Verfahren zu einem Verfahren zur Korrektur eines mit einer Magnetresonanzeinrichtung nach einem parallelen Sendevorgang mit mehreren Empfangsspulen insbesondere wenigstens teilweise unterabgetastet aufgenommenen Magnetresonanzdaten, insbesondere unter Verwendung von relativen Empfangssensitivitätskarten, rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatzes weiterzubilden, wobei erfindungsgemäß ermittelte absolute Empfangssensitivitätskarten zur Bildnormalisierung des rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatzes in einem Nachverarbeitungsschritt verwendet werden.
Neben den beschriebenen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die beschriebenen Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann die Steuereinrichtung mithin eine Objektparameterermittlungseinheit, eine Spulengeometrieparameterermittlungseinheit und eine Empfangssensitivitätskartenermittlungseinheit aufweisen; in Weiterbildungen können als Teil der Steuereinrichtung auch eine Rekonstruktionseinheit und/oder eine Korrektureinheit vorgesehen sein.
Schließlich ist es auch denkbar, das erfindungsgemäße Verfahren als ein Computerprogramm umzusetzen, welches die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt, wenn es auf einer Recheneinrichtung ausgeführt wird. Auch bezüglich eines derartigen Computerprogramms, welches auf einem nicht transienten Datenträger, insbesondere einer CD-ROM, abgespeichert sein kann, gelten die bisherigen Ausführungen selbstverständlich fort.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 einen Ablaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einen Ablaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 einen Ablaufplan eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
1 zeigt einen Ablaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es zur Verbesserung der Rekonstruktion von Magnetresonanzbilddatensätzen der beschleunigten parallelen Bildgebung (PAT) eingesetzt wird. Dabei werden, wie grundsätzlich bekannt, zunächst in einem Schritt S1 die Magnetresonanzdaten aufgenommen, die dem später zu rekonstruierenden Magnetresonanzbilddatensatz zugrunde zu legen sind. Ein Bereich um das Zentrum des k-Raums wird dabei vollständig abgetastet, während außerhalb dieses Bereichs eine Unterabtastung vorliegt.
In einem Schritt S2 werden die Magnetresonanzdaten aus dem vollständig abgetasteten Bereich um das k-Raumzentrum (auch als Autokalibrierungszeilen bekannt) genutzt, um relative Empfangssensitivitätskarten für die verwendete Mehrzahl an Empfangsspulen zu bestimmen; hierbei wird als Bezugsgröße die Quadratwurzel der Summe der Quadrate aller individuellen Spulensensitivitäten (ROOT-SOS) genutzt.
In einem Schritt S3 wird dann das in dem Artikel von José P. Marques, der bereits zitiert wurde, beschriebene Vorgehen genutzt, um aus den relativen Empfangssensitivitäten als elektromagnetische Eigenschaften des Untersuchungsobjekts räumlich aufgelöst eine elektrische Leitfähigkeit und eine Dielektrizitätskonstante als Objektparameter zu bestimmen. Die Objektparameter umfassen folglich eine dreidimensionale elektrische Leitfähigkeitskarte und eine dreidimensionale elektrische Dielektrizitätskonstantenkarte. Die räumliche Auflösung bezieht sich dabei selbstverständlich auf das Koordinatensystem der Magnetresonanzeinrichtung, in dem auch die Felderzeugungseigenschaften derselben bekannt sind.
In einem parallel gezeigten Schritt S4 werden die Geometrie und die räumliche Position der Empfangsspulen beschreibende Spulengeometrieparameter bestimmt, wobei auch hier wenigstens teilweise die in Schritt S1 aufgenommene Magnetresonanzdaten eingesetzt werden können, wenn in wenigstens einen Teil der Spulen Magnetresonanzmarker eingebaut sind. Für fest verbaute und/oder auf vorgegebene Art und Weise an bestimmten Stellen anzuschließende Empfangsspulen (als Lokalspulen) sind wenigstens ein Teil der Spulengeometrieparameter bereits ohnehin in der Magnetresonanzeinrichtung bekannt, wo beispielsweise die genutzten Befestigungseinrichtungen und/oder Anschlusseinrichtungen nähere Informationen geben; die Geometrie der Empfangsspulen ist meist herstellerseitig vorgeben. Neben der Verwendung von Magnetresonanzmarkern können bei frei platzierbaren Empfangsspulen, beispielsweise anterioren Lokalspulen, zur Bestimmung von deren Position (und bei Flexibilität auch Form) auch Spulenpositionsbestimmungssysteme eingesetzt werden, welche bevorzugt Magnetfeldsensoren innerhalb der Empfangsspulen nutzen, die auch auf die Gradientenpulse der Magnetrsonanzeinrichtung ansprechen. Es sind jedoch auch andere, grundsätzlich im Stand der Technik bekannte Möglichkeiten einsetzbar, um die Geometrie und Position der Empfangsspulen (wiederum im Koordinatensystem der Magnetresonanzeinrichtung) möglichst komplett zu bestimmen.
Nachdem nun Objektparameter und Spulengeometrieparameter vorliegen, werden in einem Schritt S5 hieraus absolute Empfangssensitivitätskarten der einzelnen Empfangsspulen, mithin B1-Karten, bestimmt. Hierzu werden die Objektparameter, die Spulengeometrieparameter und die bekannten Eigenschaften der Magnetresonanzeinrichtung zur Erstellung eines Modells genutzt, indem durch numerische Simulation die Maxwell-Gleichungen im Wellenregime gelöst werden können. Bei allen hier genannten Ausführungsbeispielen beträgt die Grundmagnetfeldstärke in der Magnetresonanzeinrichtung wenigstens 3 T, so dass die Wellenlängen und die Ausdehnungen des Untersuchungsobjekts, insbesondere eines Patienten, in derselben Größenordnung liegen, mithin eine Lösung im Wellenregime erforderlich ist. Ergebnis des numerischen Simulationsvorgangs im Schritt S5 ist für jede Empfangsspule eine absolute Empfangssensitivitätskarte.
Im Schritt S6 erfolgt dann die Rekonstruktion des Magnetresonanzbilddatensatzes aus den in Schritt S1 aufgenommenen Magnetresonanzdaten, wobei allerdings nicht, wie grundsätzlich bekannt, relative Empfangssensitivitätskarten verwendet werden, sondern die im Schritt S5 ermittelten absoluten Empfangssensitivitätskarten. Dies erfordert lediglich eine minimale Modifikation der verwendeten Rekonstruktionsalgorithmen, wobei beispielsweise ein SENSE- oder GRAPPA-Algorithmus eingesetzt werden kann. Aufgrund der verwendeten absoluten Empfangssensitivitätskarten sind Schattierungsartefakte im rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatz deutlich reduziert oder sogar gänzlich verschwunden.
2 zeigt ein gegenüber 1 leicht modifiziertes Ausführungsbeispiel. Zunächst werden wieder im Schritt S1 die dreidimensionalen Magnetresonanzdaten entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 aufgenommen; auch die Schritte S2, S3 und S4 sind, abgesehen von gegebenenfalls ihrer zeitlichen Reihenfolge, grundsätzlich identisch. Allerdings können hier die absoluten Empfangssensitivitätskarten im Schritt S5 auch nach der Rekonstruktion des Magnetresonanzbilddatensatzes im Schritt S6‘ ermittelt werden, denn zur Rekonstruktion werden, wie grundsätzlich bekannt, zunächst nur die im Schritt S2 ermittelten relativen Empfangssensitivitätskarten eingesetzt.
Die absoluten Sensitivitätskarten, die im Schritt S5 ermittelt werden, werden erst für einen Nachbearbeitungsschritt, den Schritt S7, benötigt, in dem sie als Grundlage zu einer Bildnormalisierung dienen, um Schattierungsartefakte nachträglich zu beseitigen.
Die bislang dargestellten Ausführungsbeispiele, von denen das erste Ausführungsbeispiel bevorzugt ist, beziehen sich auf die Aufnahme von dreidimensionalen Magnetresonanzbilddatensätzen. Für die geplante Aufnahme von zweidimensionalen Magnetresonanzbilddatensätzen, jedoch nicht hierauf eingeschränkt, ist das dritte Ausführungsbeispiel der 3 äußerst nützlich. Nachdem die absoluten Empfangssensitivitätskarten dreidimensional benötigt werden, werden in einem Schritt S8 in einem Vorabaufnahmevorgang zunächst Magnetresonanzdaten eines dreidimensionalen Localizers aufgenommen, die auch zur Bestimmung von anderen Aufnahmeparametern der Magnetresonanzeinrichtung dienen können. Diese sind meist grob aufgelöst, reichen jedoch dennoch aus, um eine gute Abschätzung für absolute Empfangssensitivitätskarten zu ermitteln. Entsprechend werden die im Schritt S8 ermittelten Magnetresonanzdaten in einem Schritt S9 wiederum genutzt, um relative Empfangssensitivitätskarten zu ermitteln, aus denen im Schritt S10 analog zum Schritt S3 die Objektparameter abgeleitet werden können. Der Schritt S11 ist analog zum Schritt S4 und dient zur Ermittlung der Spulengeometrieparameter, welche selbstverständlich auch wenigstens teilweise aus den in Schritt S8 ermittelten Magnetresonanzdaten abgeleitet werden können.
In einem Schritt S12 erfolgt, analog zum Schritt S5, wiederum die Bestimmung absoluter Empfangssensitivitätskarten für die einzelnen Empfangsspulen.
Erst dann werden in einem Schritt S13 die eigentlichen diagnostischen Magnetresonanzdaten aufgenommen, wobei sich die Konfiguration hinsichtlich des Untersuchungsobjekts und der Empfangsspulen selbstverständlich nicht ändern sollte. In einem Schritt S14 kann aus den in Schritt S13 aufgenommenen Magnetresonanzdaten wiederum ein hochqualitativer, artefaktarmer Magnetresonanzbilddatensatz erhalten werden, sei es durch Berücksichtigung der absoluten Empfangssensitivitätskarten bei der Rekonstruktion oder erst in einem Nachbearbeitungsschritt.
4 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 1, die, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 2 aufweist, die eine Patientenaufnahme 3 definiert, in die der Patient mittels einer nicht näher gezeigten Patientenliege zur Untersuchung eingefahren werden kann. Die Patientenaufnahme 3 umgebend können eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordnung vorgesehen sein; die Grundmagnetfeldstärke (B0-Feldstärke) der Magnetresonanzeinrichtung 1 beträgt wenigstens 3 T. Für parallele Empfangstechniken, insbesondere die beschleunigte parallele Bildgebung, können insbesondere als Lokalspulen ausgebildete Empfangsspulen 4 zusätzlich in die Patientenaufnahme 3 eingebracht werden, insbesondere an dem Patienten angeordnet und/oder an der Patientenliege befestigt/angeschlossen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass einige Empfangsspulen bereits fest innerhalb der Magnetresonanzeinrichtung 1 verbaut sind.
Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 1 wird durch eine Steuereinrichtung 5 gesteuert, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Insbesondere weist die Steuereinrichtung 5 hierzu eine Objektparameterermittlungseinheit 6 auf, die zur Ermittlung von ortsaufgelösten, elektromagnetische Eigenschaften des Objekts beschreibenden Objektparametern ausgebildet ist, eine Spulengeometrieparameterermittlungseinheit, die zur Ermittlung von die räumliche Anordnung der Empfangsspulen 4 in der Magnetresonanzeinrichtung 1 beschreibenden Spulengeometrieparametern ausgebildet ist, und eine mit der Objektparameterermittlungseinheit 6 und der Spulengeometrieparameterermittlungseinheit 7 verbundene Empfangssensitivitätskartenermittlungseinheit 8, die die Objektparameter und die Spulengeometrieparameter nutzt, um durch Simulation absolute Empfangssensitivitätskarten der Empfangsspulen 4 zu ermitteln, welche dann insbesondere bei der Rekonstruktion und/oder Nachbearbeitung bei Bildaufnahmen der beschleunigten parallelen Bildgebung eingesetzt werden können. Selbstverständlich ist auch ein anderweitiger Einsatz der absoluten Empfangssensitivitätskarten denkbar.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0146637 A1 [0023]
US 2012/0150458 A1 [0023]
US 2005/0096534 A1 [0028]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

José P. Marques et al. in „Single Acquisition Electrical Property Mapping Based on Relative Coil Sensitivities: A Proof-of-Concept Demonstration“, Magnetic Resonance in Medicine, Vorveröffentlichung, DOI: 10.1002/mrm.25399 [0022]
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Artikel von Tobias Voigt, „Imaging Conductivity using Electric Properties Tomography – Initial Clinical Results in Glioma Patients“, IEEE Transactions on General Assembly and Scientific Symposium, 2011 XXXth URSI, DOI: 10.1109/URSIGASS.2011.6051346 [0023]
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Artikel von Habib Ammari et al., „Mathematical Models and Reconstruction Methods in Magneto-Acoustic Imaging“, European Journal of Applied Mathematics 20:303–317 (2009) [0023]
Artikel von José P. Marques [0042]

Claims

Verfahren zur Ermittlung von absoluten, dreidimensionalen Empfangssensitivitätskarten für Empfangsspulen (4) in einer Magnetresonanzeinrichtung (1), insbesondere einer eine Grundmagnetfeldstärke von wenigstens 3 T aufweisenden Magnetresonanzeinrichtung (1), in Gegenwart eines die Empfangssensitivität beeinflussenden Untersuchungsobjekts, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Ermittlung von ortsaufgelösten, elektromagnetische Eigenschaften des Untersuchungsobjekts beschreibenden Objektparametern, – Ermittlung von die räumliche Anordnung der Empfangsspulen (4) in der Magnetresonanzeinrichtung (1) beschreibenden Spulengeometrieparametern, – Ermittlung der Empfangssensitivitätskarten durch Simulation in einem durch die Objektparameter und die Spulengeometrieparameter beschriebenen Modell.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektparameter und/oder die Spulengeometrieparameter wenigstens teilweise aus mit der Magnetresonanzeinrichtung (1) aufgenommenen, das Untersuchungsobjekt dreidimensional beschreibenden Magnetresonanzdaten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als die Magnetresonanzdaten einem unter Berücksichtigung der Empfangssensitivitätskarten zu rekonstruierenden und/oder zu korrigierenden Magnetresonanzbilddatensatz zugrunde zu legende Magnetresonanzdaten sind.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzdaten als ein in einem um das Zentrum des abgetasteten k-Raums liegenden Bereich liegende Magnetresonanzdaten eines Rohdatensatzes ausgewählt werden, insbesondere bei unterabgetasteter Bildgebung in einem vollständig abgetasteten Bereich um das Zentrum des k-Raums liegende Magnetresonanzdaten.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzdaten in einem die Aufnahme eines zur Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes zugrunde zu legenden Rohdatensatzes vorgeschalteten Vorabaufnahmevorgang, insbesondere als ein dreidimensionaler Localizer und/oder zur Einstellung von Aufnahmeparametern dienender Vorabdatensatz, aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Magnetresonanzdaten zunächst relative, insbesondere auf eine bestimmte Empfangsspule (4), bevorzugt eine Ganzkörperspule, oder eine Summenbildung von Empfangssignalen mehrerer, bevorzugt aller, Empfangsspulen (4) bezogene Empfangssensitivitätskarten ermittelt werden, aus denen die Objektparameter ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Spulengeometrieparameter durch Detektion von in und/oder an wenigstens einem Teil der Empfangsspulen (4) vorgesehenen Magnetresonanzmarkern in den Magnetresonanzdaten ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Spulengeometrieparameter aus die Art und/oder genutzte Befestigungsvorrichtungen und/oder genutzte Anschlusseinrichtungen beschreibenden, an der Magnetresonanzeinrichtung (1) vorliegenden Spulendaten und/oder Positionsdaten eines Signale von Positionssensoren und/oder Positionsmarkern an wenigstens einem Teil der Empfangsspulen (4) auswertenden Spulenpositionsbestimmungssystems ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als elektromagnetische Eigenschaften die elektrische Leitfähigkeit und/oder die Dielektrizitätskonstante und/oder die magnetische Suszeptibilität ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Maxwell-Gleichungen im Wellenregime auswertende Simulation verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Objektparameter zusätzlich auch bei der Ermittlung einer insbesondere auf wenigstens einen bevorstehenden Bildaufnahmevorgang bezogenen SAR-Information, insbesondere einer SAR-Karte, berücksichtigt werden.
Verfahren zur Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes aus mit einer Magnetresonanzeinrichtung (1) nach einem parallelen Sendevorgang mit mehreren Empfangsspulen (4) aufgenommenen Magnetresonanzdaten, wobei absolute Empfangssensitivitätskarten in einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ermittelt und bei der Rekonstruktion berücksichtigt werden.
Verfahren zur Korrektur eines aus mit einer Magnetresonanzeinrichtung (1) nach einem parallelen Sendevorgang mit mehreren Empfangsspulen (4) aufgenommenen Magnetresonanzdaten, insbesondere unter Verwendung von relativen Empfangssensitivitätskarten, rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatzes, wobei in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ermittelte absolute Empfangssensitivitätskarten zur Bildnormalisierung des rekonstruierten Magnetresonanzbilddatensatzes in einem Nachverarbeitungsschritt verwendet werden.
Magnetresonanzeinrichtung (1), aufweisend eine zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Steuereinrichtung (5).