DE10157540A1 - Doppelechosequenz und Magnetresonanzgerät zum Ausführen der Doppelechosequenz - Google Patents
Doppelechosequenz und Magnetresonanzgerät zum Ausführen der DoppelechosequenzInfo
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Abstract
Bei einer Doppelechosequenz mit einem Gradientenecho und einem Spinecho wird für das Gradientenecho in wenigstens einer Richtung eine Flusskompensation durchgeführt.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Doppelechosequenz und ein Magnetresonanzgerät zum Ausführen der Doppelechosequenz.
- Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik unter anderem zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagnetsystem erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.
- Für einen Bildaufnahmebetrieb wird das Magnetresonanzgerät aufgrund einer in einem zentralen Steuersystem des Magnetresonanzgeräts ablaufenden Sequenz gesteuert, so dass unter anderem die Gradientenfelder mit definierter Stärke zeitrichtig geschaltet werden, die Hochfrequenzsignale zeitrichtig und mit definierter Form gesendet werden und die Magnetresonanzsignale zeitrichtig aufgenommen werden.
- In der Magnetresonanztechnik ist dabei eine Vielzahl von verschiedenen Sequenzen bekannt, wobei mit den verschiedenen Sequenzen Magnetresonanzbilder mit unterschiedlichen Abbildungseigenschaften erzeugbar sind. Dabei wird eine Doppelechosequenz, umfassend ein Gradientenecho und ein Spinecho, häufig in der Orthopädie, beispielsweise zum Erzeugen von Bildern des Knies eines Patienten, eingesetzt und ist unter dem Akronym DESS (Double Echo Steady State) bekannt. Näheres zu der Doppelechosequenz ist beispielsweise in der EP 0 288 861 A1 und in dem Artikel von H. Bruder et al. "A New Steady- State Imaging Sequence for Simultaneous Acquisition of Two MR Images with Clearly Different Contrasts", Magnetic Resonance in Medicine 7 (1988), Seiten 35-42, beschrieben.
- Die Doppelechosequenz entspricht dabei einer Kombination einer refokussierten Gradientenechosequenz, die unter anderem unter dem Akronym FISP (Fast Imaging with Steady State Precision) bekannt ist und einer Sequenz, bei der ein Spinecho, basierend auf einer refokussierenden Teilwirkung eines jeden Hochfrequenzsignals, genutzt wird und die unter anderem unter dem Akronym PSIF bekannt ist. Dabei geht das Akronym PSIF aus einer Umdrehung der Buchstabenreihenfolge des Akronyms FISP hervor, da das Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema der PSIF-Sequenz in etwa einer rückwärts ausgeführten FISP- Sequenz entspricht. Unter den Gradientensequenzen zeichnet sich dabei die FISP-Sequenz mit Vorteil durch vergleichsweise starke Magnetresonanzsignale aus, da sowohl die in einem Gleichgewichtszustand gehaltene longitudinale als auch transversale Magnetisierung zur Bildgebung genutzt wird. Mit der FISP-Sequenz sind dabei Magnetresonanzbilder mit einem dominanten T1/T2-Kontrast erzeugbar. Dahingegen weisen die mit der PSIF-Sequenz erzeugten Magnetresonanzbilder eine starke T2-Wichtung auf. Die Doppelechosequenz liefert dabei zwei, beispielsweise dreidimensionale Datensätze, wobei je einer der Datensätze den Gradienten- oder den Spinechos zugehörig ist. Eine Kombination beider Datensätze ergibt dann einen entsprechenden Datensatz und damit ein Magnetresonanzbild der Doppelechosequenz.
- Aus dem Artikel von E. M. Haacke et al. "A Comprehensive Technical Review of Short TR, Fast, Magnetic Resonance Imaging", Reviews of Magnetic Resonance in Medicine, Vol. 3, No. 2, 1991, Seiten 53-170, ist zur PSIF-Sequenz, die in diesem Artikel mit dem Akronym CE-ROASS (Contrast Enhanced Resonant Offset Averaging in the Steady State) bezeichnet ist, beschrieben, dass wenigstens ein während der Bildaufnahme fließender Teilbereich eines abzubildenden Bereichs, beispielsweise langsam fließendes Blut, eine derart starke Dephasierung erfahren kann, dass dieser Teilbereich keinen Signalbeitrag zum Magnetresonanzbild liefert.
- Des Weiteren ist es bekannt, dass bei einem abzubildenden Bereich, in dem Flusserscheinungen, beispielsweise ein arterieller Blutfluss, auftreten, im zugehörigen Magnetresonanzbild eine Reihe von Artefakten auftreten können. Dabei sind die zwei auffälligsten Effekte eine Magnetresonanzsignalminderung infolge einer inkohärenten Addition von Phasen einzelner Spins innerhalb eines Bildelements und ein Ausbilden einer Reihe von Geisterbildern infolge von pulsierendem Blutfluss im Rahmen des Herzzyklus. Da beide Effekte eine Proportionalität zum ersten zeitlichen Moment der eingesetzten Gradientenfelder aufweisen, können vorgenannte Artefakte durch eine Flusskompensation reduziert werden, indem das erste Moment zu Null gemacht wird. Dabei wird in einer Schichtselektions- und einer Frequenzkodierrichtung beispielsweise anstatt eines bipolaren Gradientenpulses ein Dreifach-Gradientenpuls eingesetzt. In einer Phasenkodierrichtung wird dazu beispielsweise ein unipolarer Gradientenpuls durch einen bipolaren Gradientenpuls ersetzt. Ursächlich für die Unterschiede bei der Flusskompensation zwischen den Schichtselektions- und Frequenzkodiergradienten auf der einen und den Phasenkodiergradienten auf der anderen Seite ist dabei, dass die Phasenkodierung dahingehend gestaltet ist, ein endliches nulltes Moment zu bewirken, wohingegen die Frequenzkodierung und die Schichtauswahl nicht derart gestaltet sind und folgerichtig ohne Flusskompensation in der Regel bipolare Gradientenpulse aufweisend gestaltet sind. Vorgenannte Flusskompensation wird dabei in der Literatur auch als Gradienten- Moment-Rephasierung, Gradienten-Bewegungs-Refokussierung oder Gradienten-Moment-Aufhebung bezeichnet. Vorausgehend zur Flusskompensation Beschriebenes ist beispielsweise in dem Artikel von L. R. Frank et al. "Elimination of Oblique Flow Artifacts in Magnetic Resonance Imaging"; Magnetic Resonance in Medicine 25 (1992), Seiten 299-307 näher erläutert. Des Weiteren wird zum Thema Flusskompensation auf den Artikel von G. A. Laub et al. "MR Angiography with Gradient Motion Refocusing", Journal of Computer Assisted Tomography 12 (3), 1988, Seiten 377-382 hingewiesen.
- Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Doppelechosequenz mit einem Gradienten- und einem Spinecho sowie ein Magnetresonanzgerät zum Ausführen der Sequenz zu schaffen, so dass bei einer möglichst niedrigen Komplexität der Sequenz eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Flusserscheinungen entsteht.
- Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Gemäß Anspruch 1 wird bei einer Doppelechosequenz mit einem Gradientenecho und einem Spinecho für das Gradientenecho in wenigstens einer Richtung eine Flusskompensation durchgeführt.
- Unter der gezielten Nutzung der von E. M. Haacke et al. beschriebenen Wirkung, dass an Stellen starken pulsartigen Flusses die Magnetisierung hinsichtlich dem Spinecho nahezu vollständig zerstört und somit an diesen Stellen kein artefaktgenerierter Beitrag zum Spinecho und damit letztendlich zum Magnetresonanzbild der Doppelechosequenz geliefert wird, ist lediglich hinsichtlich dem Gradientenecho eine bewegungskompensierende Gradientenschaltung realisiert, so das in vorteilhafter Weise bei einem überschaubaren Gradientenschema eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Flusserscheinungen erzielt wird. Eine Flusskompensation auch für das Spinecho würde dahingegen bei einer nicht oder nur kaum größeren Unempfindlichkeit ein deutlich komplexeres Gradientenschema zur Folge haben, was sich unter anderem durch eine längere Messzeit und einen höheren Leistungsumsatz im Gradientensystem negativ auswirken würde.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- Fig. 1 eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts,
- Fig. 2 ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema einer Doppelechosequenz zum Erzeugen eines dreidimensionalen Datensatzes mit einer Flusskompensation in Ausleserichtung,
- Fig. 3 ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema einer Doppelechosequenz zum Erzeugen eines dreidimensionalen Datensatzes mit einer Flusskompensation in allen drei Richtungen und
- Fig. 4 ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema einer Doppelechosequenz zum Erzeugen eines zweidimensionalen Datensatzes mit einer Flusskompensation in einer Schichtauswahl- und einer Ausleserichtung.
- Die Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Magnetresonanzgeräts. Dabei umfasst das Magnetresonanzgerät zum Erzeugen eines Grundmagnetfeldes ein Grundfeldmagnetsystem 11 und zum Erzeugen von Gradientenfeldern ein Gradientenspulensystem 12. Des Weiteren umfasst das Magnetresonanzgerät ein Antennensystem 14, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in ein Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät eine verfahrbare Lagerungsvorrichtung 15, auf der das Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein zu untersuchender Patient 19, gelagert wird.
- Zum Steuern von Strömen im Gradientenspulensystem 12 aufgrund einer Sequenz ist das Gradientenspulensystem 12 mit einem zentralen Steuersystem 16 verbunden. Zum Steuern der abzustrahlenden Hochfrequenzsignale gemäß der Sequenz sowie zum Weiterverarbeiten und Speichern der vom Antennensystem 14 aufgenommenen Magnetresonanzsignale ist das Antennensystem 14 ebenfalls mit dem zentralen Steuersystem 16 verbunden. Zum Steuern eines Verfahrens der Lagerungsvorrichtung 15, beispielsweise um die Knie des Patienten 19 als abzubildenden Bereich in einem Abbildungsvolumen 18 des Geräts zu positionieren, ist auch die Lagerungsvorrichtung 15 entsprechend mit dem zentralen Steuersystem 16 verbunden. Das zentrale Steuersystem 16 ist mit einer Anzeige- und Bedienvorrichtung 17 verbunden, über die Eingaben eines Bedieners, beispielsweise der gewünschte Sequenztyp und Sequenzparameter, dem zentralen Steuersystem 16 zugeführt werden. Des Weiteren werden an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 17 unter anderem die erzeugten Magnetresonanzbilder angezeigt.
- Die Fig. 2 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema einer Doppelechosequenz zum Erzeugen eines dreidimensionalen Datensatzes mit einer Flusskompensation ausschließlich in einer Ausleserichtung R. Zum Erläutern der Doppelechosequenz wird dabei exemplarisch auf das in der Fig. 1 dargestellte Magnetresonanzgerät zurückgegriffen.
- Bei dem Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema der Doppelechosequenz wird gleichzeitig mit einem in einer ersten Phasenkodierrichtung S geschaltetem Gradientenpuls GV1 ein erstes Hochfrequenzsignal α+ vom Antennensystem 14 in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Dem Gradientenpuls GV1 kommt dabei die Aufgabe zu, ein entsprechendes Volumen bzw. eine entsprechend dicke, weiter ortsaufzulösende Schicht, beispielsweise den Bereich eines der Knie des Patienten 19, für die anregende Wirkung des Hochfrequenzsignals α+ zu selektieren.
- Daran anschließend wird in der Ausleserichtung R ein Dreifach-Gradientenpuls, umfassend die Gradientenpulse GR1, GR2 und GR3, geschalten. Während des Gradientenpulses GR3 wird ein Gradientenechosignal S+ während einer mit einer dicken Linie gekennzeichneten Zeitdauer vom Antennensystem 14 entsprechend akquiriert und in einen ersten Datensatz eingetragen, der im zentralen Steuersystem 16 gespeichert wird. Dabei bewirkt der Dreifach-Gradientenpuls sowohl das Ausbilden des Gradientenechosignals S+ als auch eine Flusskompensation von in der Ausleserichtung R auftretenden Flusserscheinungen, so dass im zugehörigen Bild des Datensatzes Artefakte vermieden werden.
- Während einer Dauer der Gradientenpulse GR1 und GR2 werden zum Phasenkodieren in der ersten Phasenkodierrichtung S ein Gradientenpuls GS1 und in einer zweiten Phasenkodierrichtung P ein Gradientenpuls GP1 geschalten, so dass eine entsprechend dreidimensionale Ortsauflösung des abzubildenden Bereichs erzielt wird.
- Nach dem Gradientenpuls GR3 wird in der Ausleserichtung R zum Akquirieren eines Spinechosignals S- ein weiterer Gradientenpuls GR5 geschalten. Dabei resultiert das Spinechosignal S- aus einer nicht dargestellten, dem Hochfrequenzsignal α+ zeitlich vorausgehenden Hochfrequenzanregung, deren dadurch angeregtes Magnetresonanzsignal durch das Hochfrequenzsignal α+ eine entsprechende Refokussierung erfährt. Während des Gradientenpulses GR5 wird das Spinechosignal S- während einer wiederum mit einer dicken Linie gekennzeichneten Zeitdauer vom Antennensystem 14 entsprechend akquiriert und in einen zweiten Datensatz eingetragen, der ebenfalls im zentralen Steuersystem 16 gespeichert wird. In der Praxis werden dabei die Gradientenpulse GR3 und GR5 durch Hinzufügen der Gradientenzeitfläche GR4 der Einfachheit halber als ein Gradientenpuls geschalten.
- Nach abgeschlossener Akquisition des Spinechosignals S- werden für ein vollständiges Refokussieren in der ersten Phasenkodierrichtung 5 ein Gradientenpuls GS2, in der Ausleserichtung R ein Gradientenpuls GR6 und in der zweiten Phasenkodierrichtung P ein Gradientenpuls GP2 geschalten.
- Vorausgehend Beschriebenes während einer Repetitionszeit TR ablaufendes Schema wird sodann sooft wiederholt, bis für die gewählte dreidimensionale Ortsauflösung alle Messdaten akquiriert sind, wobei von Wiederholung zu Wiederholung die Gradientenpulse GS1 und GP1 in Verbindung mit den ihnen zugehörigen, refokussierenden Gradientenpulsen GS2 und GP2 hinsichtlich ihrer Gradientenstärke in- bzw. dekrementiert werden. Des Weiteren wird von Wiederholung zu Wiederholung das Hochfrequenzsignal mit einem alternierenden Vorzeichen gesendet, so dass ein in der Fig. 2 dargestelltes Hochfrequenzsignal α- gegenüber dem zeitlich vorausgehenden Hochfrequenzsignal α+ einen 180°-Phasenversatz aufweist. Ein während dem Senden des Hochfrequenzsignals α- geschalteter Gradientenpuls GV2 entspricht dabei dem beim Senden des Hochfrequenzsignals α+ angelegten Gradientenpuls GV1.
- Aus den vollständig mit Daten belegten dreidimensionalen Datensätzen, wobei der erste Datensatz aus Messdaten der Gradientenechosignale S+ und der zweite Datensatz aus Messdaten der Spinechosignale S- resultiert, wird ein der Doppelechosequenz zugehöriger Datensatz kombiniert, dessen zugehörige Magnetresonanzbilder schließlich an der Anzeige- und Bedienvorrichtung 17 angezeigt werden können.
- Die Fig. 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema für eine Doppelechosequenz mit einer Flusskompensation in allen drei Richtungen. Gegenüber dem in der Fig. 2 dargestellten Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema sind für eine vollständige Flusskompensation auch in den beiden Phasenkodierrichtungen S und P zusätzliche Gradientenpulse GS0 und GP0 eingesetzt. Der somit entstehende bipolare Gradientenpuls, umfassend die Gradientenpulse GS0 und GS1, bewirkt dabei in der ersten Phasenkodierrichtung S zum Zeitpunkt, an dem das Gradientenechosignal S+ sein Maximum hat, eine Flusskompensation. Entsprechendes gilt für die zweite Phasenkodierrichtung P. Ansonsten gilt das bei der Fig. 2 Beschriebene entsprechend.
- Die Fig. 4 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema für eine Doppelechosequenz zum Erzeugen eines zweidimensionalen Datensatzes mit einer Flusskompensation in einer Schichtauswahlrichtung Z und der Ausleserichtung R. Gegenüber dem in der Fig. 2 dargestellten Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema tritt in der Fig. 4 an die Stelle der ersten Phasenkodierrichtung S eine Schichtauswahlrichtung Z und an die Stelle der zweiten Phasenkodierrichtung P eine alleinige Phasenkodierrichtung X. Dabei gilt das bei der Fig. 2 zur zweiten Phasenkodierrichtung P und ihren Gradientenpulsen GP1 und GP2 beschriebene bei der Fig. 4 für die Phasenkodierrichtung X und ihre Gradientenpulse GX1 und GX2 entsprechend. Des Weiteren gilt das übrige, bei der Fig. 2 beschriebene für die Fig. 4 entsprechend.
- Beim Hochfrequenzsignal- und Gradientenschema der Fig. 4 wird in der Schichtauswahlrichtung Z gleichzeitig mit einem schichtselektiven Gradientenpuls GZ1 zum Anregen einer entsprechenden Schicht ein erstes Hochfrequenzsignal α+' gesendet. Dem Gradientenpuls GZ1 unmittelbar nachfolgend werden die Gradientenpulse GZ2 und GZ3 geschalten. Dabei bilden die Gradientenpulse GZ1, GZ2 und GZ3 einen Dreifachgradientenpuls, der eine entsprechende Flusskompensation für die Schichtauswahlrichtung Z bewirkt. Nach abgeschlossener Signalakquisition wird für ein Refokussieren in der Schichtauswahlrichtung Z ein Gradientenpuls GZ4 geschalten.
- Bei den Wiederholungen des mit der Repetitionszeit TR ablaufenden Schemas wird zum Akquirieren aller Daten für die Schicht entsprechend der Fig. 2 von Wiederholung zu Wiederholung das Hochfrequenzsignal mit einem alternierenden Vorzeichen gesendet, so dass ein in der Fig. 4 dargestelltes Hochfrequenzsignal α-' gegenüber dem zeitlich vorausgehenden Hochfrequenzsignal α+' einen 180°-Phasenversatz aufweist. Ein während dem Senden des Hochfrequenzsignals α-' geschalteter Gradientenpuls GZ1' entspricht dabei dem beim Senden des Hochfrequenzsignals α+' angelegten Gradientenpuls GZ1.
- Das Schema der Fig. 4 kann für weitere, beispielsweise zu vorgenannter Schicht benachbarte Schichten entsprechend wiederholt werden. Gegenüber dem bei der Fig. 2 beschriebenen Erzeugen eines dreidimensionalen Datensatzes ist es dabei möglich, von einer Aufnahme von Schichten, die Randbereichen des dreidimensionalen Datensatzes zugeordnet und beispielsweise für eine Diagnose nicht heranzuziehen sind, gar nicht mit aufzunehmen, so dass eine kürzere Messzeit resultiert. Ferner ergeben sich beim schichtweisen Aufnehmen entsprechend der Fig. 4 gegenüber dem Erzeugen eines dreidimensionalen Datensatzes entsprechend der Fig. 2 weniger Phasenkodierartefakte.
- In einer anderen Ausführungsform ist beim Schema der Fig. 4 ähnlich wie beim Schema der Fig. 3 auch in der Phasenkodierrichtung X eine Flusskompensation vorgesehen.
- In wiederum einer anderen Ausführungsform kann anstelle der in der Fig. 4 dargestellten linearen Phasenkodierung, bei der die Gradientenpulse GX1 und GX2 der Phasenkodierrichtung X von einem Minimal- zu einem Maximalwert bzw. umgekehrt stufenartig geschaltet werden, eine zentrische Phasenkodierung eingesetzt werden. Bei der zentrischen Phasenkodierung wird nach einem oder mehreren Präparations-Hochfrequenzsignalen infolge eines ersten Hochfrequenzsignals, beispielsweise dem Hochfrequenzsignal α+', und eines Gradientenpulses in Phasenkodierrichtung X, der eine Höhe entsprechend einer Stufenhöhe der Phasenkodierung aufweist, ein Magnetresonanzsignal akquiriert, mit dem eine zentrale Zeile einer dem Datensatz zugehörigen k-Raum-Matrix befüllt wird. Bei sich daran anschließenden Wiederholungen wird der Gradientenpuls dann zum Befüllen weiterer Zeilen mit einer Höhe entsprechend der vorzeicheninvertierten Stufenhöhe, entsprechend der doppelten Stufenhöhe, entsprechend der doppelten vorzeicheninvertierten Stufenhöhe, der dreifachen Stufenhöhe usw. angelegt. Dies ist von Vorteil, weil damit bei größtmöglicher Quermagnetisierung und damit großer Signalstärke vorneweg die mittleren Zeilen der k-Raum-Matrix aufgenommen werden, die bekanntlich für den Bildkontrast entscheidend sind. Nach einigen Wiederholungen schwingt die Längsmagnetisierung auf einen dynamischen Gleichgewichtswert ein, während dem dann die übrigen Zeilen befüllt werden.
Claims (8)
1. Doppelechosequenz mit einem Gradientenecho und einem
Spinecho, dadurch gekennzeichnet dass für das
Gradientenecho in wenigstens einer Richtung eine Flusskompensation
durchgeführt wird.
2. Doppelechosequenz nach Anspruch 1, wobei die
Flusskompensation in einer Ausleserichtung durchgeführt wird.
3. Doppelechosequenz nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei die Flusskompensation in einer Schichtauswahlrichtung
durchgeführt wird.
4. Doppelechosequenz nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
wobei die Flusskompensation einen Dreifach-Gradientenpuls mit
von Puls zu Puls wechselndem Vorzeichen umfasst.
5. Doppelechosequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Flusskompensation in einer Phasenkodierrichtung
durchgeführt wird.
6. Doppelechosequenz nach Anspruch 5, wobei die
Flusskompensation einen bipolaren Gradientenpuls umfasst.
7. Magnetresonanzgerät mit Mitteln zum Ausführen der
Doppelechosequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 7, wobei das
Magnetresonanzgerät zum Einsetzen in der Orthopädie ausgebildet
ist.
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