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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei dem HF-Impulse (Hochfrequenzimpulse)
angewendet werden (HF-Impuls-Anwendungsverfahren),
und eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung),
und insbesondere ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren und eine MR-Bildgebungsvorrichtung,
die in der Lage sind, ein Signal eines Gewebes mit langer T2 (transversaler Relaxationszeit)
auf relativ hohem Level, das heißt mit hoher Signalintensität, zu empfangen
und Artefakte zu unterdrücken.
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Bisher
ist hierzu eine Impulssequenz nach dem Prinzip der Balanced SSFP
(stationärer
Zustand der freien Präzession)
bekannt, worin eine Impulsfolge mit ansteigendem Flipwinkel vor
der Anwendung eines Bildgebungsimpulses eingefügt wird.
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Auf
die ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung:
No. 2004-329268 (Anspruch 1 und 3)
und das Dokument 1 von D.L. Foxall „Startsequenz für die Bildgebung
nach dem Prinzip der Steady-State Free Precession", in Magnetic Resonance in
Medicine 53, S. 919-929 (2005) wird verwiesen.
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Im
Allgemeinen ist im Balanced SSFP ein Signal für Gewebe mit langer T2 im Zustand
des Übergangs
(Übergangszustand)
zum Steady-State relativ hoch und wird im Steady-State niedrig.
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Solange
ein Übergangszustand
lang ist, wie es im Stand der Technik in der Patenschrift beschrieben
ist, kann ein Signal des Gewebes mit langer T2 auf einem relativ
hohem Level empfangen werden und es kann ein hoher Kontrast beibehalten
werden, indem eine Datenakquisition im Übergangszustand durchgeführt wird.
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Ein
Problem taucht jedoch dahingehen auf, dass im Übergangszustand auf Grund von
Variationen im Signal Artefakte wie etwa "Randartefakte (banding artifact)" usw. auftreten.
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Auf
der anderen Seite werden im Stand der Technik, der in Dokument 1
beschrieben ist, Variationen des Signals im Übergangszustand begrenzt und die
Artefakte unterdrückt.
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Der
gegenwärtige
Stand der Technik ist jedoch von den Problemen begleitet, dass solange
der Steady-State schnell gebildet wird und der Übergangszustand kurz ist, das
Signal des Gewebes bei langer T2 schlecht und schwierig mit einem
hohen Level zu empfangen ist und der Kontrast nicht hoch gesetzt
werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren und
eine MR-Bildgebungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind,
ein Signal eines Gewebes mit langer T2 (Relaxationszeit) mit relativ
hohen Level, das heißt
mit hoher Signalintensität,
zu empfangen und Artefakte zu unterdrücken.
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In
einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren, das
die Schritte aufweist: Anwenden eines führenden Impuls zur Verringerung
eines Signals, das Komponenten der Frequenzen Ω + ω0 und Ω – ω0 aufweist, die durch eine zu einer Wiederholungszeit
TR gehörigen
Frequenz ω0 voneinander getrennt sind, wobei eine Magnetresonanzfrequenz
einer zu messenden Komponente mit Ω angenommen wird, und danach Anwenden
einer Impulssequenz des ausgeglichenen SSFP (Balanced SSFP).
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Als
ein Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen durch die Erfinder der
vorliegenden Erfindung haben die Erfinder herausgefunden, dass die
Ursache für
das Auftreten der Artefakte beim Balanced SSFP darin besteht, dass,
wenn die Frequenz einer zu messenden Komponente als Ω angenommen wird,
ein Signal mit den Komponenten der Frequenzen Ω + ω0 und Ω – ω0 variiert, die durch eine zur Wiederholzeit
TR gehörigen
Frequenz ω0 voneinander getrennt sind.
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Deshalb
wird in dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt ein führender
Impuls zur Verringerung eines Signals mit den Komponenten Ω + ω0 und Ω – ω0 vor der Impulssequenz im Balanced SSFP
angewendet. Folglich können
die Artefakte unterdrückt
werden, da das Signal das zum Auftreten von Artefakten führt klein
wird. Da ein Übergangszustand
fast genauso lang ist wie üblich,
kann ein Signal eines Gewebes mit langer T2 mit einem relativ hohen
Level empfangen werden und ein hoher Kontrast kann während der
Durchführung der
Datenakquisition beibehalten werden, indem die Datenakquisition
im Übergangszustand
durchgeführt wird.
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In
einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren,
worin in dem HF-Impuls-Anwen dungsverfahren gemäß dem ersten Aspekt der führende Impuls
ein HF-Impuls ist, der durch eine Modulation mit cos(ω0·t)
erhalten ist, einem SAT-Impuls der chemischen Verschiebung (Sättigungsimpuls
der chemischen Verschiebung) zur Reduzierung des Signals der Frequenz Ω.
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Da
der durch die Modulation mit cos(ω0·t) erhaltene
HF-Impuls, der SAT-Impuls der chemischen Verschiebung zur Reduzierung
des Signals mit der Frequenz Ω in
dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt als der
führende
Impuls definiert ist, kann die notwendige Zeit um den führenden
Impuls anzuwenden kurz gehalten werden.
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Die
Technik der Anwendung des SAT Impulses der chemischen Verschiebung
ist beispielsweise in der Japanischen ungeprüften Veröffentlichung No. Hei 5 (1993)-64636
beschrieben.
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In
einem dritten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren, worin
in dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren des ersten Aspekts der führende Impuls
eine Impulsfolge ist, die zwei HF-Impulse aufweist, die zu einem SAT-Impuls
der chemischen Verschiebung zur Reduzierung eines Signals mit einer
Komponente mit einer Frequenz Ω + ω0 und einem SAT-Impuls der chemischen Verschiebung
zur Reduzierung eines Signals mit einer Komponente einer Frequenz Ω – ω0 gehören.
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In
dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem dritten Aspekt sind der
SAT-Impuls der chemischen Verschiebung zur Reduzierung des Signals
mit der Komponente Ω + ω0 und der SAT-Impuls der chemischen Verschiebung
zur Reduzierung des Signals mit der Komponente Ω – ω0 als
führende
Impulse definiert. Deshalb kann der konventionelle Algorithmus zur
Anwendung des SAT-Impulses
der chemischen Verschiebung abgeleitet werden.
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In
einem vierten Aspekt, schafft die vorliegende Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren,
worin in dem HF-Impuls-Anwendungsvefahren gemäß einem
der Aspekte eins bis drei, im Falle dass die Wiederholzeit TR =
5ms beträgt,
die Frequenz ω0 = 100 Hz ist.
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Als
ein Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden
Erfindung fanden diese heraus, dass, wenn ω0 =
100 Hz bei TR = 5 ms ist, die Artefakte unterdrückt werden können.
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In
einem fünften
Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren, worin
in dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren
gemäß einem
der Aspekte eins bis vier die zu messende Komponente Wasser ist.
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In
dem HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem fünften Aspekt, kann ein Signal,
das durch Wasser erzeugt ist, auf einem relativ hohen Level empfangen
werden und Artefakte können
unterdrückt
werden.
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In
einem sechsten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung, die
eine Einrichtung zur Anwendung des führenden Impulses und eine Anwendungseinrichtung
des Bildgebungsimpulses zur Anwendung einer Impulssequenz der Balanced
SSFP aufweist, worin die den führenden
Impuls anwendende Einrichtung einen führenden Impuls zur Reduzierung
eines Signals mit Komponenten der Frequenzen Ω + ω0 und Ω – ω0, die durch eine zu einer Wiederholungszeit
TR gehörigen Frequenz ω0 voneinander getrennt sind, wenn eine Magnetresonanzfrequenz
einer zu messenden Komponente mit Ω angenommen wird.
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In
der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt kann
entsprechend das HF-Impuls-Ansendungsverfahren gemäß dem ersten
Aspekt angewendet werden.
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In
einem siebenten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung, worin
in der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der führende Impuls
ein durch eine Modulation mit cos(ω0·t) erhaltener
HF-Impuls ist, ein SAT-Impuls mit der chemischen Verschiebung zur Reduzierung
eines Signals mit der Frequenz Ω.
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In
einem achten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung,
worin in der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem sechsten Aspekt der führende Impuls
aus einer Impulsfolge besteht, die zwei HF-Impulse enthält, die
zu einem SAT-Impuls mit chemischer Verschiebung zur Reduzierung
eines Signals mit einer Komponente der Frequenz Ω + ω0 und
einem SAT-Impuls mit chemischer Verschiebung mit einer Komponente
der Frequenz und Ω – ω0 gehören.
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In
der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem achten Aspekt kann entsprechend
das HF-Impuls-Verfahren gemäß dem dritten
Aspekt angewendet werden.
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In
einem neunten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung, worin
die MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte sechs bis
acht die Frequenz ω0 = 100 Hz bei der Wiederholzeit TR = 5ms
aufweist.
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In
der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem neunten Aspekt, kann
entsprechend das HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem vierten
Aspekt angewendet werden.
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In
einem zehnten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine MR-Bildgebungsvorrichtung, worin
in der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß einem der Aspekte sechs bis
neun die zu messende Komponente Wasser ist.
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In
der MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß dem zehnten Aspekt kann entsprechend
das HF-Impuls-Anwendungsverfahren gemäß dem fünften Aspekt angewendet werden.
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Gemäß dem HF-Impuls-Anwendungssverfahren
und der MR-Bildgebungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann
ein Signal von Gewebe bei langer T2 mit relativ hohem Level empfangen
werden und Artefakte können
unterdrückt
werden.
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Das
HF-Impuls-Anwendungsverfahren und die MR-Bildgebungsvorrichtung
der vorliegenden Erfindung können
bei der Bildgebung auf der Basis der Balanced SSFP angewendet werden.
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Weitere
Ausführungen
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung offensichtlich, wie dies in der nachfolgenden Zeichnung
dargestellt ist.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Bockschaubild, das eine Struktur einer MR-Bildgebungsvorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
darstellt;
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das einen HF-Impuls-Anwendungsprozess gemäß einer
ersten Ausführungsform
darstellt;
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3 zeigt
ein Zeitablaufschema, das einen führenden Impuls und eine Balanced
SSFP Sequenz gemäß der ersten
Ausführungsform
darstellt;
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4 zeigt
ein Diagramm einer Frequenzcharakteristik, das eine Signalstärkeunterdrückungscharakteristik
einer vertikalen Magnetisierung, auf der Basis der SAT-Impulses
der chemischen Verschiebung und ein Signalstärkeunterdrückungscharakteristik der vertikalen
Magnetisierung auf der Basis eines führenden Impulses gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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5 zeigt
ein Zeitablaufschema, das führende
Impulse und eine Balanced SSFP Sequenz gemäß einer zweiten Ausführungsform
darstellt;
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6 zeigt
ein Diagramm einer Frequenzcharakteristik, das eine Signalstärkenunterdrückungscharakteristik
einer vertikalen Magnetisierung auf der Basis eines führenden
Impulses gemäß einer zweiten
Ausführungsform
darstellt;
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7 zeigt
ein Diagramm einer Frequenzcharakteristik, das eine Signalstärkenunterdrückungscharakteristik
einer vertika len Magnetisierung auf der Basis eines führenden
Signals gemäß einer zweiten
Ausführungsform
darstellt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend detaillierter an Hand der
Ausführungsformen
beschrieben, die in den Figuren gezeigt sind. Im Übrigen ist
die Erfindung jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt. Es
wird eine bestimmte Terminologie verwendet. Z.B. bedeutet „Anwenden" eines Signals oder
einer Signalfolge oder eines Impulses oder einer Impulsfolge meist
die Aussendung des- oder derselben.
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1 zeigt
ein Blockschaubild einer MR-Bildgebungsvorrichtung 100 gemäß einer
ersten Ausführungsform.
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In
der vorliegenden MR-Bildgebungsvorrichtung 100 weist eine
Magnetanordnung 101 einen räumlichen Bereich (Bohrung)
auf, um darin eine Probe oder ein Objekt zu legen. Eine ein statisches
Magnetfeld erzeugende Spule 101C zum Anwenden eines vorbestimmten
statischen Magnetfeldes auf das Objekt, eine Gradientenspule 101G zum
Erzeugen eines Gradientenmagnetfeldes entlang der X-Achse, der Y-Achse
und der Z-Achse, eine Sendespule 101T zum Bereitstellen
eines HF-Impulses zum Anregen der Spins der Atomkerne im Objekt,
und eine Empfangsspule 101R zum Empfangen eines NMR Signals
von dem Objekt sind so angeordnet, dass sie den räumlichen
Bereich umgeben.
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Beide,
die Sendespule 101T und die Empfangsspule 101R,
können
als Körperspulen
verwendet werden. Alternativ kann die Sendespule 101T als eine
Körperspule
verwendet werden, wobei die Empfangsspule 101R als eine
Oberflächenspule
verwendet werden kann.
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Die
statische Magnetfeldspule 101C ist mit einer das statische
Magnetfeld erzeugenden Stromversorgung 102 verbunden. Die
Gradientenspule 101G ist mit einer Gradientenspulenansteuerschaltung 103 verbunden.
Die Sendespule 101T ist mit einem HF-Leistungsverstärker 104 verbunden.
Ferner ist die Empfangsspule 101R mit einem Vorverstärker 105 verbunden.
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Anstelle
der das statisch Magnetfeld erzeugenden Spule 101C kann
ein Permanentmagnet verwendet werden.
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Gemäß einer
Anweisung eines Computers 107 betreibt eine Sequenzspeicherschaltung 108 die Gradientenspulenansteuerschaltung 103 auf
der Basis von gespeicherten Impulssequenzen, um ein Gradientenmagnetfeld
durch die Gradientenspule 101G zu erzeugen. Ferner betreibt
die Sequenzspeicherschaltung 108 eine Gate-Modulationsschaltung 109, um
ein Trägerwellenausgangssignal
einer HF-Oszillatorschaltung 110 in ein Impulssignal, das
ein vorbestimmtes Timing, eine vorbestimmte Einhüllende und eine vorbestimmte
Phase aufweist, zu modulieren, und addiert es (das Impulssignal)
als ein HF-Impuls zu dem HF-Leistungsverstärker 104, ω0 es (das Signal) leistungsverstärkt wird.
Danach wendet der Leistungsverstärker 104 den
Impuls auf die Sendespule 101T an.
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Ein
Empfänger 112 wandelt
das NMR-Signal in ein digitales Signal und gibt das Eingangssignal
in den Computer 107 ein.
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Der
Computer 107 liest das digitale Signal aus dem Empfänger 112 aus
und verarbeitet das gelesene Signal und erzeugt dabei ein MR-Bild.
Ferner übernimmt
der Computer 107 die gesamte Steuerung, wie das Empfangen
von Informationen von einer Bedienkonsole 113.
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Eine
Bildschirm- und Anzeigeeinheit 106 stellt ein Bild und
eine Nachricht dar.
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2 zeigt
ein Ablaufdiagramm, das ein HF-Impuls-Anwendungsverfahren einer
ersten Ausführungsform
darstellt.
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Im
Schritt J1 wird ein führender
Impuls P0 angewendet, wie dies in 3 gezeigt
ist.
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Der
in 3 gezeigte führende
Impuls P0 ist ein durch Modulation mit cos(ω0·t)
erhaltener HF-Impuls, ein SAT-Impuls der chemischen Verschiebung zur
Reduzierung eines Signals einer Frequenz Ω, wenn eine Magnetresonanzfrequenz
von Wasser, die zu einer zu messenden, mit Ω angenommenen Komponente gehört. Wenn
bei der Wiederholzeit TR = 5ms beispielsweise die Frequenz ω0 = 100 Hz ist.
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Zumindest
solange der SAT-Impuls der chemischen Verschiebung zur Reduzierung
des Signals der Frequenz Ω ein
HF-Impuls ist, der selektiv eine vertikale, zur Frequenz Ω gehörigen Magnetisierung Mz
auf ungefähr
Null bringt, wie dies in 4(a) gezeigt
ist, ein mit cos(ω0·t)
multiplizierter HF-Impuls wird, der selektiv die vertikale Magnetisierung
Mz, die zu den Frequenzen Ω + ω0 und Ω – ω0 gehört,
auf ungefähr
Null bringt, wie dies in 4(b) dargestellt
ist.
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Im Übrigen,
wird nach dem führenden
Impuls P0 ein Killerimpuls K auf eine willkürliche Achse
angewendet.
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Zurückkehrend
zu 2, wird eine Impulsfolge Ps einer Balanced SSFP
Sequenz angewendet, wie dies in 3 bei Schritt
J2 gezeigt ist. Dann werden bildgebende Daten akquiriert. Die Impulsfolge
Ps der Balanced SSFP Sequenz ist bekannt.
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Gemäß der MR-Bildgebungsvorrichtung 100 der
ersten Ausführungsform,
werden die folgenden vorteilhaften Effekte erreicht.
- (1) Solange ein Signal das zum Auftreten von Artefakten führt dadurch
klein ist, dass der führende Impuls
P0 zur Reduzierung des Signals die Komponenten
mit den Frequenzen Ω + ω0 und Ω – ω0 aufweist, vor der Impulssequenz Ps der
ausgewogenen SSFP angewendet wird, können die Artefakte kontrolliert
und gesteuert werden.
- (2) Solange ein Übergangszustand
konventionell lang ist, kann ein Signal eines Gewebes mit langer
T2 auf relativ hohem Level empfangen werden, indem die Datenakquisition
im Übergangszustand
durchgeführt
wird, wobei der Kontrast hoch gehalten werden kann.
- (3) Die Zeit, die erforderlich ist einen führenden Impuls P0 anzuwenden,
ist nicht zu lang.
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Zweite Ausführungsform
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Es
können
führende
Impulse P1 und P2 verwendet werden, wie sie in 5 gezeigt
sind.
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Der
führende
Impuls P1, der in 5 gezeigt ist, ist ein HF-Impuls,
der selektiv die vertikale Magnetisierung Mz, die zu einer Frequenz Ω + ω0 gehört, auf
ungefähr
Null bringt, wie dies in 6 gezeigt ist. Ferner ist der
führende
Impuls P2 ein HF-Impuls, der selektiv die vertikale Magnetisierung
Mz, die zur Frequenz Ω – ω0 gehört,
auf ungefähr
Null bringt, wie dies in 7 gezeigt ist.
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Im Übrigens
wird nach den führenden
Impulsen P1 und P2 ein Killerimpuls K auf einer willkürlichen
Achse angewendet.
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Gemäß der MR-Bildgebungsvorrichtung
der zweiten Ausführungsform
werden die folgenden vorteilhaften Effekte erreicht.
- (1) Solange ein Signal, das zum Auftreten von Artefakten führt, klein
gehalten wird, indem der führende
Impuls P1 zur Reduzierung des Signals, die die Komponente mit der
Frequenz Ω + ω0 und der führende Impuls P2 zur Reduzierung
des Signals die Komponente mit der Frequenz Ω – ω0 aufweisen,
vor der Impulssequenz Ps der ausgewogenen SSFP angewendet wird,
können
die Artefakte kontrolliert und gesteuert werden.
- (2) Solange ein Übergangszustand
konventionell lang ist, kann ein Signal eines Gewebes mit langer
T2, auf relativ hohem Level empfangen werden, indem die Datenakquisition
im Übergangszustand
durchgeführt
wird, wobei der Kontrast hoch gehalten werden kann.
- (3) Ein konventioneller Algorithmus zur Anwendung des SAT-Impulses der chemischen
Verschiebung ist verfügbar.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Signal für ein Gewebe
mit langer T2 auf einem relativ hohen Level (hoher Signalintensität) zu empfangen und
Artefakte zu unterdrücken.
Wenn eine Magnetresonanzfrequenz einer zu messenden Komponen te als Ω angenommen
wird, und die Frequenz, die zu einen Wiederholzeit TR gehörig ist
als ω0 angenommen wird, wird ein HF-Impuls, der
durch Modulation eines SAT-Impulses der chemischen Verschiebung mit
cos(ω0·t)
erhalten ist, als führender
Impuls P0 angewendet und danach wird eine
Impulssequenz der Balanced SSFP angewendet. Solange das Signal, das
zum Auftreten von Artefakten führt
auf Grund des führenden
Impulses reduziert wird, bzw. verkleinert wird, können die
Artefakte unterdrückt
werden. Solange ein Übergangszustand
auf dieselbe Weise wie konventionell lang ist, kann ein derartiges
Signal vom Gewebe mit langer T2 auf relativ hohem Level empfangen
werden und der Kontrast kann hoch gehalten werden, indem die Datenakquisition
im Übergangszustand
erfolgt.
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Viele
sehr unterschiedliche Ausführungsformen
der Erfindung können
konfiguriert weden, ohne den Rahmen und den Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung zu verlassen. Es sollte klar sein, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die spezifischen Ausführungsformen, die in der Beschreibung
beschrieben sind, begrenzt ist, außer wie es in den nachfolgenden
Ansprüchen
definiert ist.
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1
- 100
- MR-Bildgebungsvorrichtung
- 101
- Magneteinrichtung
- 101G
- Gradientenspule
- 101R
- Empfangsspule
- 101T
- Sendespule
- 101C
- Spule
zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes
- 102
- Leistungsversorgung
des statischen Magnetfeldes
- 103
- Gradientenspulenansteuerschaltung
- 104
- HF-Leistungsverstärker
- 105
- Vorverstärker
- 106
- Anzeige-
und Bildschirmeinheit
- 107
- Computer
- 108
- Sequenzspeicherschaltung
- 109
- Gate
Modulator
- 110
- HF-Oszillator
- 112
- Empfänger
- 113
- Bedienkonsole
-
2
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- Start des HF-Impuls-Anwendungsprozesses
- J1: Anwenden des führenden
Impulses
- J2: Anwenden der ausgewogenen SSFP Sequenz
- Ende
-
3
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- HF-Impuls, Balanced SSFP Sequenz
- Killerimpuls
-
4
-
-
5
-
- HF-Impuls, Balanced SSFP Impuls
- Killerimpuls
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6
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-
7
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