HEID, Oliver (Luitpoldstraße 63, Erlangen, 91052, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen umfassend eine Kombination von n zusammengehörigen MR-Messsignalen, wobei die Kombination der MR-Messsignale die Bildung eines Medians der n MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen MR- Messsignals umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gebildete Median ein ermedian ein Untermedian oder ein gewöhnlicher Median ist. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale Bilddaten sind. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale Bilddaten einzelner MR-Bilder oder einer Serie von MR-Bildern sind. 5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale korrespondierende Bilddaten einer Serie von MR-Bildern sind. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 5, wobei die n zusammengehörigen MR-Messsignale Bilddaten einer zusammengehörigen Gruppe von MR-Bildern einer Serie von MR- Bildern sind. 7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei zusammengehörige Gruppen von MR-Bildern der Serie von MR-Bildern über eine Korrelation mit einer Zeitfunktion unterschieden werden. 8. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 auszuführen, wenn das Programm in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage ausgeführt wird. 9. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7 durchführen. 10. Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7. 11. Magnetresonanzanlage mit einer Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7. |
KOMBINATION VON MR - ES S S IGNALEN ZUR VERBESSERUNG DES
SIGNAL - ZU - RAUSCH - VERHÄLTNI S SES
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswerten von MR- Messsignalen, ein Computerprogrammprodukt, einen elektronisch lesbaren Datenträger, eine Verarbeitungseinrichtung und eine Magnetresonanzanlage.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das
Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld BO (Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr)
positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zur Ortskodierung der
Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden mittels mindestens einer Sendespule hochfrequente Anregungspulse (HF-Pulse) in das
Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten
Kernspinresonanzen (Signale) mittels Empfangsspulen gemessen, und auf Basis der gemessenen Signale z.B. anatomische MR- Bilder rekonstruiert. Die magnetische Flussdichte dieser HF- Pulse wird üblicherweise mit Bl bezeichnet. Das pulsförmige Hochfrequenzfeld wird daher im Allgemeinen auch kurz Bl-Feld genannt. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die
Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt dabei derart angeregt, dass sie um einen sogenannten "Anregungsflipwinkel" (im Folgenden auch kurz "Flipwinkel" genannt) aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld B0 ausgelenkt werden. Die Kernspins präzedieren dann um die Richtung des Grundmagnetfelds B0. Die dadurch erzeugten
Magnetresonanzsignale werden von Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen. Die so aufgezeichneten Messsignale werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte, auch Rohdaten genannt, in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Durch
mehrdimensionale Fouriertransformation der Werte der k-Raum- Matrix können die Messsignale z.B. zu Bilddaten verrechnet werden, um aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ein zugehöriges MR-Bild zu rekonstruieren. Mithilfe der
Magnetresonanz-Technik können neben anatomischen Bildern auch Spektroskopiedaten, Bewegungsdaten oder Temperaturdaten eines untersuchten bzw. behandelten Gebietes ermittelt werden.
Bei der Auswertung von MR-Messsignalen werden üblicherweise ausreichend viele Signale aufgenommen, um z.B. zur
Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR, engl. „signal to noise ratio") arithmetische Summen und Mittelwerte bilden zu können, und so Fehler in den Messdaten ausgleichen zu können. Wegen der hohen Empfindlichkeit der Signalaufnahme und z.B. durch HF-Interferenzen auftretende Ausreißer in den Signalen, treten hierbei häufig grobe Fehler auf.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Auswerten von MR-Messsignalen, ein
Computerprogrammprodukt, einen elektronisch lesbaren
Datenträger, eine Verarbeitungseinrichtung und eine
Magnetresonanzanlage anzugeben, mit welchen eine gegenüber Ausreißern stabile Auswertung ermöglicht wird.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auswerten von MR- Messsignalen umfasst eine Kombination von n zusammengehörigen MR-Messsignalen, wobei die Kombination der MR-Messsignale die Bildung eines Medians der n MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen MR-Messsignals umfasst.
Eine Bestimmung eines mittleren Wertes über einen Median hat den Vorteil, dass sie auch gegenüber einer Folge von nicht- gaußverteilten Werten, d.h. Folgen, welche sogenannte „Ausreißer" enthalten, unempfindlich ist. Die „Ausreißer" werden nämlich bei der Bestimmung des Medians nicht mit berücksichtigt. Als Folge hiervon kann weiterhin ein bisher betriebener mit hohen Kosten verbundener Aufwand zur
Vermeidung derartiger Ausreißer zumindest verringert werden. Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm und ist direkt in einen Speicher einer
programmierbaren Verarbeitungseinheit einer
Magnetresonanzanlage ladbar. Es umfasst weiter Programm- Mittel, um alle Schritte des obigen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in einer Verarbeitungseinheit einer
Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare
Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer
Verarbeitungseinheit einer Magnetresonanzanlage das obige Verfahren durchführen. Eine erfindungsgemäße Verarbeitungseinrichtung ist zur
Durchführung des obigen Verfahrens ausgeführt.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, welche zur Durchführung des obigen Verfahrens ausgeführt ist.
Die bezüglich des Verfahrens genannten Vorteile und
Ausgestaltungen gelten für das Computerprogrammprodukt, den elektronisch lesbaren Datenträger, die
Verarbeitungseinrichtung und die Magnetresonanzanlage analog.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen
Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Die
aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der
Erfindung dar. Es zeigen: FIG 1 schematisch ein Magnetresonanzgerät
Durchführung des Verfahrens,
FIG 2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Figur 1 ist eine Magnetresonanzanlage dargestellt. Die Magnetresonanzanlage umfasst ein Magnetresonanzgerät 1, welches hier durch seine Magneteinheit 2 repräsentiert ist. Weitere Einheiten des Magnetresonanzgeräts 1 wie
Gradientenspuleneinheit und HF-Einheiten, sowie deren
Zusammenwirken sind bekannt und daher hier der
Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Bei einer MR-Untersuchung befindet sich ein
Untersuchungsobjekt in einem Untersuchungsvolumen U innerhalb des Magnetresonanzgeräts 1. Wie oben bereits beschrieben werden während einer MR-Untersuchung HF-Pulse in das
Untersuchungsobjekt eingestrahlt und daraus resultierende MR- Messsignalen gemessen. Die gemessenen MR-Messsignalen werden an eine mit dem Magnetresonanzgerät 1 verbundene
Verarbeitungseinheit 6 übertragen und dort gespeichert und ggf. nach einer Vorverarbeitung z.B. zu Bilddaten
verarbeitet .
Die Verarbeitungseinheit 6 ist weiterhin mit einer Eingabe- /Ausgabeeinheit 9 verbunden, welche Daten von der
Verarbeitungseinheit 6 empfangen und z.B. Bilddaten für einen Nutzer darstellen kann, sowie von einem Nutzer eingegebene Daten, z.B. Steuerbefehle für die Aufnahme von MR- Messsignalen mit dem Magnetresonanzgerät 1 oder zur
Verarbeitung von bereits gemessenen MR-Messsignalen, an die Verarbeitungseinheit 6 senden kann. Wird ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 7 in die programmierbare Verarbeitungseinheit 6 des
Magnetresonanzgeräts 1 geladen, kann das nachfolgend
beschriebene Verfahren ausgeführt werden, wenn das auf dem Computerprogrammprodukt 7 umfasste Programm auf der
Verarbeitungseinheit 6 ausgeführt wird. Ein solches
Computerprogrammprodukt 7 kann auch als elektronisch lesbare Steuerinformationen auf einen elektronisch lesbaren
Datenträger 8 gespeichert werden, und so bei Verwendung des Datenträgers 8 in der Verarbeitungseinheit 6 des
Magnetresonanzgeräts 1 eine Durchführung des Verfahrens ermöglichen . Figur 2 zeigt schematisch den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens .
Dazu werden in einer Verarbeitungseinheit 6 n
zusammengehörige MR-Messsignale geladen (101) und
ausgewertet, wobei die Auswertung eine Kombination der n zusammengehörigen MR-Messsignale umfasst (102) . Die
Kombination der n zusammengehörigen MR-Messsignale umfasst dabei die Bildung eines Medians (M) der n zusammengehörigen MR-Messsignale zur Ermittelung eines idealen Messsignals. Das Ergebnis der Auswertung unter Verwendung des als idealem Messsignal ermittelten Messignals wird z.B. zur
Weiterverarbeitung gespeichert oder für eine Ausgabe an einer Ausgabeeinrichtung 9 bereit gemacht (103) . Zusammengehörige MR-Messsignale können hierbei z.B. Rohdaten sein. Die Zusammengehörigkeit rührt beispielsweise daher, dass die MR-Messsignale an einer selben k-Raumposition akquiriert wurden oder sonst eine selbe Bedingung, z.B.
Akquisition in einer selben Schicht bzw. Position des
Untersuchungso jekts oder auch eine Akquisition der MR-
Messsignalen an einer selben Stelle innerhalb eines von dem Untersuchungsobjekt durchgeführten periodischen Bewegung, bei der Akquisition der MR-Messsignalen vorliegt. Insbesondere bei der Aufnahme von MR-Messsignalen in Verbindung mit
Strahlentherapie und/oder Isotopengeneratoren ist eine
Wiederholte Aufnahme von zusammengehörigen MR-Messsignalen und eine Bestimmung eines idealen MR-Messsignales aus diesen zusammengehörigen MR-Messsignalen in der Regel durchzuführen. Eine Auswertung der Rohdaten kann beispielsweise eine
Fouriertransformation umfassen, um aus den Rohdaten Bilddaten oder auch spektroskopische Daten zu errechen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Auswertung eine reine Bildung eines Median oder eines Vielfachen des Medians umfassen, um das SNR der aufgenommenen MR-Messsignale zu verbessern . Zusammengehörige MR-Messsignale können aber auch bereits aus Rohdaten berechnete Bilddaten sein. Die Zusammengehörigkeit rührt hierbei beispielsweise daher, dass die MR-Messsignale Messignale einer selben Position einzelner MR-Bilder oder Serien von MR-Bildern einer Schicht des Untersuchungsobjekts sind.
Eine Auswertung der Bilddaten kann beispielsweise eine reine Bildung eines Medians oder eines Vielfachen des Medians der n Bilddaten z.B. zur Verstärkung des Kontraste oder zum
Ausgleichen von Intensitätsunterschieden oder zur
Verbesserung des SNR.
Weiter zusätzlich oder alternativ kann die Auswertung eine Korrelation mit einer Zeitfunktion umfassen, um z.B. selbe Zeitpunkte innerhalb einer sich periodisch ändernden
Messbedingung zu ermitteln.
Bei sogenannten „functional imaging" ( FI ) -MR-Messungen, mittels welcher z.B. Gehirnaktivitäten visualisiert werden können, werden in der Regel Bildserien von einer
Größenordnung von ca. 100 Bildern oder auch mehr derselben Position aufgenommen, um statistisch signifikante Aussagen über das aufgenommene Untersuchungsobjekt, das Gehirn oder Teile des Gehirns, zu erlauben. Dabei wird, beispielsweise zu bestimmten Zeiten während der Aufnahme dieser Bildserie, eine Stimulation des Gehirns vorgenommen, z.B. durch eine
bestimmte Bewegung, die der Patient ausführt, oder einen bestimmten Reiz, der auf den Patienten ausgeübt wird. Die aufgenommene Bildserie wird dann z.B. in zwei Gruppen aufgeteilt. Dies erfolgt z.B. über eine Korrelation mit einer Zeitfunktion, welche die Aufnahmezeiten der einzelnen MR- Bilder der Bildserie mit den Zeiten vergleicht, zu denen eine Stimulation erfolgte, oder durch andere geeignete Mittel. Die eine Gruppe enthält somit die MR-Bilder der Serie, während welcher keine Stimulation stattfand. Die andere Gruppe der Serie enthält hingegen diejenigen MR-Bilder der Serie, während welcher eine Stimulation stattfand. Die MR-Bilder der jeweiligen Gruppen werden dann statistisch untersucht, um diejenigen Gehirnregionen herauszufinden, in welchen während der Stimulation eine Aktivität festzustellen ist. Eine
Aktivität wird dann einer bestimmten Region in dem
aufgenommenen Untersuchungsobjekt angenommen, wenn in dieser in den MR-Bildern der beiden genannten Gruppen ein
statistisch signifikanter Unterschied festgestellt werden kann. Bei der statistischen Untersuchung werden
korrespondierende Bilddaten der Serie bzw. einer Gruppe der Serie untersucht. Korrespondierende Bilddaten in diesem Sinne sind z.B. Pixelintensitäten jeweils derselben Position in den einzelnen MR-Bildern der Serie bzw. einer Gruppe der Serie.
Oben genannte Auswertungen bzgl . Rohdaten und auch bzgl .
Bilddaten werden in gängigen Verfahren bisher zumeist unter Verwendung eines arithmetischen Mittelwerts oder
arithmetischer Summen zur Ermittelung eines idealen
Messsignals ausgeführt, was zu einer großen
Fehleranfälligkeit bei „Ausreißern" in den aufgenommenen MR- Messsignale führt. Derartige nicht-gaußverteilte Folgen von Messsignalen mit Ausreißern werden z.B. durch nur schwer zu vermeidende, auftretende HF-Interferenzen oder sogenannte „Spikes" (elektrische Entladungen an den Gradientenspulen) verursacht und finden sich daher häufig in MR-Messsignalen . Ein Median bestimmt aus einer Folge von nach ihrer Größe sortierten Werten einen mittleren Wert. Eine Bestimmung eines mittleren Wertes über einen Median hat den Vorteil, dass sie auch gegenüber einer Folge von nicht-gaußverteilten Werten, d.h. Folgen, welche sogenannte „Ausreißer" enthalten, unempfindlich ist. Die „Ausreißer" werden nämlich bei der Bestimmung des Medians nicht mit berücksichtigt.
Hierbei sind z.B. folgende Arten eines Medians einer Folge von MR-Messwerten (x 1 ,x 2 ,...x n ) denkbar.
Der „gewöhnliche" Median: für n ungerade
für n gerade
Der Untermedian
ix +l für n ungerade
X, 2
X„ für n gerade
Der Obermedian:
fö r n ungerade
für n gerade
Der Obermedian und der Untermedian zeichnen sich dadurch aus, dass der als idealer Wert bestimmte (Ober- bzw. Unter) Median immer ein Wert der ursprünglichen Folge ist, wohingegen beim „gewöhnlichen" Median bei einer geraden Anzahl an Elementen in der Folge der Mittelwert der beiden in der Mitte der Folge liegenden Werte ist.
Durch die Verwendung eines Median anstelle von arithmetischen Mittelwerten oder eines Vielfachen eines Medians anstelle von arithmetischen Summen kann eine ausreichend große Robustheit der Auswertung gegenüber Ausreißern erzielt werden, dass der bisher betriebene apparativer Aufwand zur Vermeidung solcher Ausreißer, wie etwa HF-Schirmkabinen oder ein möglichst lunkerfreier Verguss der Gradientenspulen, zumindest
reduziert werden kann, ohne die Stabilität der aus den MR- Messsignalen erhaltbaren Informationen über das Untersuchungsobjekt zu verringern. Somit könnten die mit den apparativen Maßnahmen verbundenen hohen Kosten ebenfalls reduziert werden. Eine erfindungsgemäße Auswertung der MR- Bilder ist insbesondere für statistische Auswertungen einer Vielzahl von MR-Bildern besonders robust.