DE10203237B4

DE10203237B4 - Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mit automatischer Anpassung des Messfeldes

Info

Publication number: DE10203237B4
Application number: DE10203237A
Authority: DE
Inventors: Niels Dr. Oesingmann
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-01-29
Also published as: US6828787B2; US20030173965A1; ITMI20030051A1; DE10203237A1; JP2003225225A; CN1435155A; KR20030064641A; CN1268284C

Abstract

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung, bei dem eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines interessierenden Bereiches eines Untersuchungsobjektes (1) durchgeführt und ein Magnetresonanz-Schichtbild einer in Position und Orientierung vorgebbaren Schicht des interessierenden Bereiches dargestellt wird, wobei vor der bildgebenden Magnetresonanz-Messung eine zwei-oder dreidimensionale Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme zumindest eines Teils des Untersuchungsobjektes (1) gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme automatisch eine Einhüllende (2) des Teils des Untersuchungsobjektes (1) ermittelt und aus der Position und Orientierung der vorgebbaren Schicht unter Berücksichtigung der Einhüllenden (2) automatisch die Dimensionen eines minimalen Messfeldes (3) für die bildgebende Magnetresonanz-Messung berechnet werden, bei dem keine oder ein vorgebbares Maß an Einfaltungen im Magnetresonanz-Schichtbild auftreten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung, bei dem eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines interessierenden Bereiches eines Untersuchungsobjektes durchgeführt und ein Magnetresonanz-Schichtbild einer in Position und Orientierung vorgebbaren Schicht des interessierenden Bereiches dargestellt wird, wobei vor der bildgebenden Magnetresonanz-Messung eine zwei- bzw. dreidimensionale Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme zumindest eines Teils des Untersuchungsobjektes gemacht wird.
Die Magnetresonanz-Tomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Zur Durchführung der Magnetresonanz-Tomographie erzeugt ein Grundfeldmagnet ein statisches relativ homogenes Grundmagnetfeld. Durch das Grundmagnetfeld sei eine Richtung z im Raum vorgegeben und damit ein rechtsgerichtetes orthogonales Koordinatensystem definiert. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme von Magnetresonanz-Bildern vorgebbarer Objektschichten schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Durch geeignete Wahl der Gradientenfelder lässt sich die für die räumliche Auflösung erforderliche Ortscodierung der Magnetresonanzsignale erreichen. Hierbei wird in der Regel zwischen der Schichtrichtung, der Readoutrichtung und der Phasencodierrichtung unterschieden, die senkrecht aufeinander stehen. Während einer bildgebenden Magnetresonanz-Sequenz werden mit Hochfrequenzsendeantennen Hochfrequenzimpulse zur Auslösung von Magnetresonanzsignalen in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die mit diesen Hochfrequenzimpulsen hervorgerufenen Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Die Magnetresonanz-Bilder einer oder mehrerer in Position und Orientierung vor gebbarer Schichten des interessierenden Körperbereiches des Untersuchungsobjektes werden auf Basis dieser mit den Empfangsantennen empfangenen Magnetresonanzsignale erstellt.
Diese Rekonstruktion der Magnetresonanz-Bilder setzt eine eindeutige Ortscodierung der gemessenen Daten voraus. Für die Ortscodierung muss die Größe des Bild- oder Messfeldes (FoV: Field of View) zur Erfassung des interessierenden Bereiches vorgegeben werden. Umfasst die Empfangsantenne das mit HF-Impulsen angeregte Volumen, so ist eine Anpassung dieses Messfeldes an die Objektgröße erforderlich. Wird diese Anpassung nicht vorgenommen, so treten mehrdeutige Signalcodierungen auf, die zu Einfaltungen in den rekonstruierten Magnetresonanz-Bildern führen.
Zur Vermeidung von Einfaltungen in Phasencodierrichtung sind häufig zeitaufwendige zusätzliche Messungen von Datenzeilen erforderlich. In Schichtrichtung wird in der Regel mit schichtselektiven Anregungen gearbeitet, während in Readoutrichtung zur Vermeidung der Einfaltungen in vielen Fällen beständig mit doppelter Sampling-Rate gemessen wird, da hier keine zeitlichen Einschränkungen in Kauf genommen werden müssen. Allerdings ist trotz dieser Maßnahmen eine möglichst gute Anpassung des Messfeldes an den interessierenden Bereich wünschenswert, da mit einem kleineren Messfeld eine Verbesserung der räumlichen Auflösung verbunden ist. Gerade bei schräger Schnittführung, d. h. bei der Magnetresonanz-Aufnahme von Schichten, deren Normalenrichtung nicht mit einer orthogonalen Raumrichtung des Grundfeldes oder einer Körperhauptachse übereinstimmt, ist es jedoch schwierig, die erforderliche minimale Größe des Messfeldes abzuschätzen, bei der keine oder nur ein vorgebbares Maß an Einfaltungen im Magnetresonanz-Bild auftreten. Weiterhin ist in derartigen Fällen eine Einschätzung des durch das Oversampling zur Verfügung stehenden kleineren Messfeldes oft nicht möglich. Teilweise wird hier daher zur Sicherheit mit zu großen Mess- bzw. Bildfeldern gemessen, um Einfaltungen zu vermeiden. Ein zu großes Mess- bzw. Bildfeld führt jedoch wieder zu einem Verlust an Auflösung.

Die Vorgabe der Dimensionen des Messfeldes erfolgt derzeit durch den Benutzer der Magnetresonanz-Anlage durch manuelle Veränderung der Bildgröße und Bildlage über eine graphische Schichtpositionierung in einer Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme des Körperbereiches oder durch Eingabe der entsprechenden Positionsparameter. Weiterhin können manuell die Phasencodier- und Readoutrichtung vertauscht werden, um das Messfeld zu optimieren und Einfaltungen zu minimieren. Die Phasencodierrichtung wird dabei in der Richtung der kürzesten Achse des zweidimensionalen Messfeldes gewählt. Gelegentlich werden auch einzelne Antennen- bzw. Spulenelemente abgeschaltet oder es werden zusätzliche Sättigungs-Pulse innerhalb der Anregungspulssequenz geschaltet, um den Signalbeitrag der Einfaltungen im Magnetresonanz-Bild zu vermindern. Sämtliche dieser Maßnahmen werden manuell durch den Benutzer der Anlage eingegeben und erfordern ein erhebliches Maß an Erfahrung.

Aus der DE 10127930 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur anfänglichen Sichtung einer Patientenperipheriearteriengefäßstruktur auf Läsionen oder Stenosegefäße unter Einsatz eines Magnetresonanz-Verfahrens bekannt. Ziel dieses Verfahrens ist es, eine effektive Lokalisierung und Identifizierung einer Stenose in einem Blutgefäß entlang der Peripheriearteriengefäßstruktur zu ermöglichen und das Magnetresonanz-Verfahren zur Einstufung der Stenose für eine nachfolgende Versorgung zu verwenden. Zur Lösung wird ein zweistufiger Ansatz zur genauen Identifizierung von Blutgefäßläsionen vorgeschlagen, bei dem zunächst ein Kontrastbolus beim Durchlaufen durch die Arteriengefäßstruktur eines Patienten mit einer Folge von MR-Bildern mit niedriger Auflösung verfolgt wird. Nach der Identifizierung einer Stenose wird in einem zweiten Schritt ein MR-Bild hoher Ortsauflösung zur genaueren und spezifischen Einstufung der Stenose im Zielbereich erfasst.

Die DE 68927349 T2 beschreibt die Erzeugung eines nichtkubischen Messvolumens bei Magnetresonanz-Messungen, um dieses besser an den interessierenden Bereich anpassen zu können. Beide letztgenannten Druckschriften befassen sich allerdings nicht mit der automatischen Wahl eines minimalen Messfeldes bei beliebig vorgebbaren Schichtpositionen und Schichtorientierungen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung anzugeben, das die Wahl des optimalen Messfeldes für den Benutzer einer Magnetresonanz-Anlage vereinfacht.

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder können der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen entnommen werden.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung wird in bekannter Weise eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines interessierenden Bereiches eines Untersuchungsobjektes durchgeführt und ein Magnetresonanz-Schichtbild einer in Position und Orientierung durch einen Benutzer vorgebbaren Schicht des interessierenden Bereiches dargestellt. Vor der bildgebenden Magnetresonanz-Messung wird dabei eine zwei- bzw. dreidimensionale Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme des Untersuchungsobjektes oder eines Teils des Untersuchungsobjektes, bspw. des Thorax, gemacht, anhand der Schichten für die nachfolgenden Magnetresonanz-Aufnahmen lokalisiert, positioniert und orientiert werden können. Beim vorliegenden Verfahren wird aus dieser Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme automatisch die Einhüllende des Untersuchungsobjektes oder des der Übersichtsaufnahme zugrunde liegenden Teils des Untersuchungsobjektes berechnet. Diese Einhüllende entspricht den äußeren Begrenzungen des Objektes. Nachdem durch den Benutzer die Position und Orientierung der für die geplante Magnetresonanz-Aufnahme zu erfassenden Schicht des Untersuchungsobjektes vorgegeben wurde, wird aus dieser Position und Orientierung der Schicht- bzw. Schnittebene eine Schnittfläche mit der Einhüllenden des Untersuchungsobjektes gebildet und die Dimension des minimalen Messfeldes für die geplante bildgebende Magnetresonanz-Messung daraus berechnet. Dies kann unter der Vorgabe erfolgen, dass in dem anschließend zu erfassenden Magnetresonanz-Bild keinerlei Einfaltungen auftreten oder unter der Vorgabe, dass ein durch den Benutzer vorgebbares Maß an Einfaltungen, bspw. nur in einem schmalen Randbereich des Magnetresonanz-Bildes, auftritt. Die Ermittlung des minimalen Messfeldes erfolgt beim vorliegenden Verfahren, vollautomatisch, ohne dass der Benutzer irgendwelche Abschätzungen oder Erfahrungswerte einbringen muss.

Das vorliegende Verfahren vereinfacht somit die Bestimmung des optimalen Messfeldes bei der Magnetresonanz-Messung in erheblicher Weise, so dass jederzeit das minimal mögliche Messfeld mit der höchsten Auflösung verwendet wird. Durch die automatische Berechnung der bei einer Änderung der Schichtorientierung für nachfolgende weitere Magnetresonanz-Messungen entstehenden Schnittebenen mit dem Objekt werden wesentlich weniger Abschätzungen und Einstellungen durch den Benutzer bei der Planung der Messung erforderlich. Hierbei wird ausgenutzt, dass durch die vorangehende dreidimensionale Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme die Dimensionen jeder beliebi gen Schnittfläche mit dem Objekt automatisch berechnet werden können. Gerade bei doppelt-schräger Schnittführung bietet diese Technik erhebliche Vorteile.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird zusätzlich die Phasencodier- und Readoutrichtung in Abhängigkeit von den berechneten Dimensionen des Messfeldes automatisch derart gewählt, dass die Readoutrichtung der Richtung der längeren Achse des Messfeldes entspricht. Phasencodier- und Readoutrichtung werden somit stets im Hinblick auf die Messdauer optimal gewählt. Auch ein vom Anwender gewünschtes bzw. im Messprotokoll vorgesehenes Oversampling kann beim vorliegenden Verfahren automatisch berücksichtigt werden, um die minimale Größe des Messfeldes ohne Einfaltungen bzw. mit einem vorgebbaren Maß an Einfaltungen zu ermitteln.

In einer Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens kann bei der Berechnung des minimalen Messfeldes auch das Empfindlichkeitsvolumen der Spulenelemente der Empfangsantenne berücksichtigt werden. Dieses Empfindlichkeitsvolumen ist in der Regel bereits bekannt und kann in den Berechnungsprozess einfließen. Selbstverständlich lässt sich das Empfindlichkeitsvolumen auch in bekannter Weise im Rahmen der dreidimensionalen Übersichtsaufnahme bestimmen, wie sie bspw. auch zur Optimierung des Shim durchgeführt wird. Zur vollständigen Vermeidung von Einfaltungen muss das minimale Messfeld das Empfindlichkeitsvolumen in der Schnittebene vollständig umschließen.

In der einfachsten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird das minimale Messfeld zur vollständigen Vermeidung von Einfaltungen derart um die berechnete Schnittfläche mit dem Untersuchungsobjekt gelegt, dass diese Schnittfläche vom Messfeld gerade vollständig umschlossen wird. Durch ein kleineres Messfeld werden Einfaltungen erzeugt, deren Maß je nach Dimension des Messfeldes in Phasencodier- oder Readoutrich tung im Verhältnis zu der durch die Einhüllende des Objektes begrenzten Ausdehnung der Schnittfläche ebenfalls berechnet werden kann.

Die automatische Anpassung des Messfeldes ist eine Protokolleigenschaft, die der Benutzer im Menü oder in der Protokollsteuerung auswählen kann. Sie erfolgt während der graphischen Schichtpositionierung durch den Benutzer, d. h. während der Positionierung und Drehung bzw. Orientierung der gewünschten Schnittebenen am Bildschirm in der Übersichtsaufnahme, und ohne permanente Rückfrage an den Benutzer. Sind Änderungen anderer Sequenzparameter der Messsequenz erforderlich oder möglich, so erfolgt deren Änderung nach der Schichtpositionierung. Selbstverständlich wird dem Benutzer auch die Möglichkeit gegeben, das automatisch berechnete minimale Messfeld vor Durchführung der Magnetresonanz-Messung nochmals zu verändern.

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
1 den schematischen Ablauf des vorliegenden Verfahrens der Magnetresonanz-Bildgebung mit Bestimmung des optimalen Messfeldes in einem Flussdiagramm;
2 ein Beispiel für drei aus einer Übersichtsaufnahme erhaltenen Schichtbildern zur Positionierung und Orientierung der zu vermessenden Schicht; und
3 schematisch ein Beispiel für die Dimension des minimalen Messfeldes relativ zur Einhüllenden des Objektes.
1 zeigt schematisch die einzelnen Schritte bei der Durchführung der vorliegenden bildgebenden Magnetresonanz-Messung. Ausgangspunkt dieser Messung ist wie bei nahezu al len Magnetresonanz-Untersuchungen eine Übersichtsaufnahme des Untersuchungsobjektes oder eines Teils des Untersuchungsobjektes zur weiteren Lokalisierung und Positionierung der nachfolgenden Aufnahmen, d. h. der Schnittebenen mit dem Untersuchungsobjekt, aus denen ein Magnetresonanz-Schichtbild erhalten werden soll.
2 zeigt hierzu ein Beispiel, bei der aus der Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme eine coronale, eine transversale sowie eine sagittale Ansicht gewählt werden. Die drei Ansichten zeigen einen Teil des Untersuchungsobjektes 1 in den entsprechenden Ansichten, aus denen die Einhüllende 2 des Untersuchungsobjektes 1 erkennbar ist. Die dreidimensionale Einhüllende 2 des Untersuchungsobjektes 1 wird bei dem Verfahren aus den gemessenen Übersichtsdaten automatisch berechnet, so dass die Ausdehnung des Objektes 1 in beliebigen Schnittebenen mit dem Objekt bekannt ist. Der Benutzer markiert in diesen Ansichten die Lage und Orientierung der zu erfassenden Schicht für die nachfolgende bildgebende Magnetresonanz-Messung, wie dies anhand der gestrichelten Linien 7 erkennbar ist.
Der Benutzer wählt nun in dieser Anwendung der graphischen Schichtpositionierung (GSP) die Option der automatischen Anpassung geometrischer Parameter. Plant der Anwender bspw. eine parasagittal gekippte Schnittführung, so wird das minimale Messfeld nach der Vorgabe der Position und Orientierung der zu erfassenden Schnittebene entsprechend der Einhüllenden des Objektes bzw. der Objektgrenzen automatisch berechnet und kann in der Ansicht sichtbar dargestellt werden. Diese Berechnung ist nicht zeitaufwendig, da es sich lediglich um die geometrische Berechnung der Schnittfläche der gewählten Schnittebene mit der Einhüllenden des Objektes handelt. Nach Kenntnis dieser von der Einhüllenden begrenzten Schnittfläche kann das minimale Messfeld um diese Schnittfläche herumgelegt werden (vgl. 3). Die anschließende Magnetresonanz-Messung zur Erfassung eines Magnetresonanz-Bildes der gewähl ten Schicht wird dann mit diesem automatisch berechneten Messfeld durchgeführt. Ist die Dimension der Schnittfläche mit dem Objekt in der bisherigen Readoutrichtung kleiner als in der Phasencodierrichtung, so werden automatisch vor Durchführung der Messung beide Richtungen vertauscht. Das Oversampling in der Readoutrichtung, das Empfindlichkeitsprofil der Spulen oder auch die Lage und Ausdehnung von Sättigungsimpulsen werden automatisch berücksichtigt.
Neben der Option einer Magnetresonanz-Aufnahme ohne Einfaltungen kann auch ein bestimmtes Maß an durch den Benutzer akzeptierbaren Einfaltungen vorgegeben werden. Das minimale Messfeld wird dann auf Basis dieser Vorgaben ebenfalls automatisch berechnet. Die geometrischen Parameter werden entweder als Grundeinstellungen oder als Vorschläge des Systems gehandhabt, die der Anwender jedoch noch immer beeinflussen und ändern kann. Bei einer Änderung durch den Benutzer erfolgt keine weitere automatische Anpassung, falls sich die Position und Orientierung der Schnittebene nicht ändert.
3 zeigt stark schematisiert ein Beispiel eines Schnittbildes des interessierenden Bereiches des Untersuchungsobjektes 1. Das minimale Messfeld 3 wird in diesem Beispiel zur Vermeidung von Einfaltungen so gewählt, dass es die Einhüllende 2 des Untersuchungsobjektes gerade vollständig umschließt. Weiterhin werden die Phasencodierrichtung 6 sowie die Readoutrichtung 5 so gewählt, dass die Phasencodierrichtung 5 in Richtung der kürzeren Achse des berechneten Messfeldes 3 verläuft.
Gibt der Benutzer ein bestimmtes Maß an Einfaltungen an, das er bereit ist, im Magnetresonanz-Bild zu akzeptieren, so kann bspw. das Messfeld 3 auch die Einhüllende 2 schneiden, wie dies anhand der gestrichelten Linien 4 angedeutet ist. Bei einem derartig verkleinerten Messfeld treten in der Readoutrichtung 5 auf beiden Seiten Einfaltungen im Magnetresonanz-Bild auf, deren Maß von den Dimensionen des Messfeldes relativ zur Ausdehnung des Objektes in Readoutrichtung abhängt und berechnet werden kann.
Bei jeder Positions- oder Orientierungsänderung der Schnittebene bzw. Messschicht wird das Messfeld beim vorliegenden Verfahren automatisch optimiert und die optimale Richtung der Phasencodierrichtung gewählt. Auf diese Weise wird immer ein Messfeld mit maximaler räumlicher Auflösung unter den gegebenen Bedingungen und mit minimalen bzw. vom Benutzer vorgebbaren Einfaltungen gemessen.

Claims

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung, bei dem eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines interessierenden Bereiches eines Untersuchungsobjektes (1) durchgeführt und ein Magnetresonanz-Schichtbild einer in Position und Orientierung vorgebbaren Schicht des interessierenden Bereiches dargestellt wird, wobei vor der bildgebenden Magnetresonanz-Messung eine zwei-oder dreidimensionale Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme zumindest eines Teils des Untersuchungsobjektes (1) gemacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Magnetresonanz-Übersichtsaufnahme automatisch eine Einhüllende (2) des Teils des Untersuchungsobjektes (1) ermittelt und aus der Position und Orientierung der vorgebbaren Schicht unter Berücksichtigung der Einhüllenden (2) automatisch die Dimensionen eines minimalen Messfeldes (3) für die bildgebende Magnetresonanz-Messung berechnet werden, bei dem keine oder ein vorgebbares Maß an Einfaltungen im Magnetresonanz-Schichtbild auftreten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Dimensionen des minimalen Messfeldes (3) automatisch die Readout- (5) und Phasenkodierrichtung (6) für die bildgebende Magnetresonanz-Messung so gewählt werden, dass die Readoutrichtung (5) der Richtung der längeren Achse des Messfeldes (3) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Messfeldes (3) ein vorgebbares Oversampling berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Messfeldes (3) Empfindlichkeits profile eingesetzter Spulen zur Erfassung von Magnetresonanz-Signalen berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des Messfeldes (3) Lage und Ausdehnung von Sättigungsimpulsen berücksichtigt werden, die während der bildgebenden Magnetresonanz-Messung eingestrahlt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das berechnete Messfeld (3) vor der bildgebenden Magnetresonanz-Messung durch einen Benutzer in den Dimensionen verändert werden kann.