DE102007055580A1

DE102007055580A1 - System und Verfahren zur raschen MR-Bildgebung von Metaboliten bei selektiven Anregungsfrequenzen

Info

Publication number: DE102007055580A1
Application number: DE102007055580A
Authority: DE
Inventors: Stefan Petersson; Sven Mansson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-11-21
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2008-05-29
Also published as: US20080116893A1; US7719269B2; JP2008126069A; JP5142676B2; US20100156417A1; US7952354B2

Abstract

Geschaffen sind ein System und Verfahren zum Abbilden mehrerer Stoffe, z.B. Kontrastmittel und Metaboliten in vivo, mittels selektiver Anregungsfrequenzen (92, 104). Eine erste Substanz wird mit einem frequenzselektiven Puls (130) angeregt; anschließend wird eine zweite Substanz mit einem anderen frequenzselektiven Puls (132) angeregt. Die von diesen Pulsen stammenden Signale werden in einer Reihenfolge (138, 142) akquiriert, die umgekehrt gegenüber der Reihenfolge ist, in der die Pulse angewendet wurden. In einigen Ausführungsbeispielen können mehr als zwei Stoffe abgebildet werden. Das System und Verfahren ermöglicht auf diese Weise eine rasche und effiziente Nutzung der Magnetisierung mehrerer Stoffe für eine räumliche Spektralbildgebung.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ganz allgemein ein System und Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung, und im Besonderen ein MR-System und eine Pulssequenz, die mehrere Frequenzen schichtselektiv anregt, um eine rasche und effiziente Bildgebung zu erzielen. Räumliche Spektral-Hochfrequenz-(HF)-Pulse können genutzt werden, um in speziellen Frequenzprofilen eine Magnetisierung zu erzeugen, ohne benachbarte Schichten oder in der Nähe befindliche Frequenzbereiche wesentlich zu beeinflussen. Die von derartigen Pulsen stammenden Signale werden anschließend in einer Reihenfolge ausgelesen, die umgekehrt ist gegenüber der Reihenfolge, in der die Pulse angewendet wurden.
Wenn eine Substanz wie menschliches Gewebe einem homogenen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe sich mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch um dieses in zufälliger Anordnung bei ihrer charakteristischen Larmorfrequenz. Falls die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld ausgesetzt wird (Anregungsfeld B₁), das sich in der xy-Ebene befindet und eine Frequenz nahe der Larmorfrequenz aufweist, kann das ausgerichtete Nettomoment oder die "Längsmagnetisierung" M_Z in die xy-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um ein Nettoquermagnetisierungsmoment M_t zu erzeugen. Nachdem das Anregungssignal B₁ beendet ist, wird durch die angeregten Spins ein Signal abgestrahlt, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild aufzubauen.
Wenn diese Signale zur Erzeugung von Bildern genutzt werden, werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) verwendet. Typischerweise wird die abzubildende Region mittels einer Folge von Messzyklen gescannt, in denen diese Gradienten in Abhängigkeit von dem verwendeten speziellen Ortungsverfahren variieren. Der Satz von empfangenen magnetischen Kernresonanz-(NMR = Nuclear Magnetic Resonance)-Signalen, die von einer Scansequenz stammen, wird digitalisiert und für eine Bildrekonstruktion, die eines oder mehrerer hinlänglich bekannte Rekonstruktionstechniken verwendet, an eine Datenverarbeitungseinheit übermittelt. Um den Komfort des Patienten zu verbessern und den Patientendurchsatz zu steigern, ist es wünschenswert, den Vorgang der Bildgebungs von der Datenakquisition bis zu Rekonstruktion so rasch wie möglich durchzuführen.
Bei einigen Verfahren und Untersuchungen ist es im Falle von MR-Bildern außerdem erwünscht, zusätzlich zu räumlichen Daten Spektraldaten auf dem Schirm wiederzugeben. Das herkömmliche Verfahren zum Erzeugen derartiger Bilder ist als "Chemische Shgift-Bildgebung" (CSI = Chemical Shift Imaging) bekannt. CSI wurde bisher verwendet, um metabolische und sonstige innere Vorgänge von Patienten zu überwachen, beispielsweise die Bildgebung von hyperpolarisierten Stoffen, beispielsweise mit 13-C markierte Kontrastmittel und Metaboliten davon. Die Hyperpolarisation von Kontrastmitteln weist typischerweise eine sehr kurze Lebensdauer auf; typische Lebensdauern von T1 in vivo liegen in der Größenordnung einiger Minuten.
Allerdings weist CSI, als eine Sequenz zur Bildgebung hyperpolarisierter Stoffe, einige Nachteile auf, die das verfügbare Signalrauschverhältnis und somit die Bildqualität begrenzen. Beispielsweise ist die Datenakquisiton mittels CSI in Anbetracht der kurzen Lebensdauern der gesteigerten Magnetisierung hyperpolarisierter Stoffe typischerweise verhältnismäßig langsam. Darüber hinaus verwendet CSI gewöhnlich eine große Anzahl von HF-Anregungen. Jede Anregung zerstört die Magnetisierung hyperpolarisierter Stoffe unwiederbringlich. Darüber hinaus sind MR-Verfahren, die eine sehr rasche oder periodische Datenakquisition erfordern (beispielsweise eine kardiale Bildgebung oder eine metabolische Bildgebung des Herzens), mit CSI-Sequenzen schwierig durchzuführen. CSI benötigt zur Vervollständigung gewöhnlich etwa 15 Sekunden, wohingegen eine kardiale und die damit verbundene metabolische Bildgebung im Verlauf weniger Herzschläge oder weniger Sekunden zu Ende geführt sein sollte.
Zu nicht CSI verwendenden Techniken, die zur Bildgebung hyperpolarisierter Stoffe ohne die Akquisition von Spektraldaten dienen, gehören Single-Shot-Techniken (die beispielsweise mittels eines starken HF-Pulses die gesamte Magnetisierung zerstören und versuchen, sämtliche Daten für mehrere Metaboliten auf einmal zu akquirieren) oder eine Bildgebung, die einer großen Anzahl von HF-Pulsen mit kleinem Flipwinkel (beispielsweise mehrere Anregungen mit Flipwinkeln in der Größenordnung von 1 oder 2 Grad) verwendet. Diese Ansätze regen sämtliche Frequenzbereiche für interessierende Metaboliten gleichzeitig an, wobei mit jedem Puls die Hyperpolarisation sämtlicher Metaboliten zerstört wird. Darüber hinaus ergibt sich im Falle der Verwendung von Pul sen mit kleineren Flipwinkeln eine geringeres Signalrauschverhältnis (SNR) und folglich eine geringere Bildauflösung.
Es wäre daher wünschenswert, über ein System und Verfahren zu verfügen, das die oben erwähnten Nachteile der MR-Bildgebung im Zusammenhang mit Spektraldaten und Hyperpolarisation bewältigt. Insbesondere wäre es erwünscht, eine Anregung und Bildgebung hyperpolarisierter Agenzien und von Metaboliten derselben in kurzer Zeit durchzuführen, während die volle Magnetisierung jeder Substanz und die Akquisition von Spektraldaten effizient genutzt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Geschaffen sind ein System und Verfahren zum schichtselektiven Anregen von Resonanzfrequenzen für interessierende Stoffe. Solche Stoffe können beispielsweise Kontrastmittel und Metaboliten sein, z.B. 13-C Kontrastmittel. Diesbezüglich kann eine Anzahl räumlicher Spektral-HF-Pulse emittiert werden, um Frequenzen in einem interessierenden Objekt anzuregen. Die aus diesen Pulsen sich ergebenden Signale werden in einer oder mehreren hinlänglich bekannten Auslesesequenzen in einer Reihenfolge ausgelesen, die gegenüber der Reihenfolge umgekehrt ist, in der die Pulse angewendet wurden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein MR-System mehrere Gradientenspulen, eine HF-Spulenanordnung und eine Systemsteuerung. Die Systemsteuerung ist dazu programmiert, die HF-Spulenanordnung zu veranlassen, zwei räumliche Spektral-HF-Pulse abzustrahlen und anschließend vor dem Erfassen der von dem ersten Puls stammenden MR-Signale die von dem zweiten Puls stammenden sich ergebenden MR-Signale zu erfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur MR-Bildgebung offenbart. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: individuelle Anregung der Resonanzfrequenzen von zwei oder mehr Metaboliten unter einem Flipwinkel, und anschließend simultane Anregung der Resonanzfrequenzen der Metaboliten unter einem zweiten Flipwinkel. Nach der Anregung werden die sich ergebenden MR-Signale der Metaboliten erfasst.
Gemäß noch einem Ausführungsbeispiel wird eine Sequenz von Befehlen auf einem von einem Rechner auslesbaren Speichermedium gespeichert. Wenn die Befehle durch einen Computer ausgeführt werden, wird der Computer veranlasst, die Abstrahlung eines räumlichen Spektralpulses bei einer Frequenz, die Abstrahlung eines phasenverschiebenden Gradientenpulses für die betreffende Frequenz, die Abstrahlung eines weiteren räumlichen Spektralpulses bei einer weiteren Frequenz und anschließend die Abstrahlung eines HF-Pulses über einen beide Frequenzen enthaltenden Frequenzbereich anzufordern.
Vielfältige weitere Merkmale und Vorteile werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines exemplarischen MR-Bildgebungssystems, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 einen Graph einer exemplarischen HF-Pulsfolge und eines Schichtgradientenkurvenverlaufs eines räumlichen Spektralpulses, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 einen dreidimensionalen Graph eines Anregungsprofils für einen räumlichen Spektralpuls, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 einen dreidimensionalen Graph eines Anregungsprofils für einen räumlichen Spektralpuls, der ein anderes Frequenzband anregt als derjenige nach 3, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 einen dreidimensionalen Graph eines Anregungsprofils für die zusammengeführten räumlichen Spektralpulse nach 3 und 4, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 einen Graph einer Bildgebungssequenz, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 in einem Flussdiagramm eine Technik zur MR-Bildgebung von Metaboliten bei selektiven Anregungsfrequenzen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Unter Bezugnahme auf 1 werden die Hauptkomponenten eines exemplarischen Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Systems 10 veranschaulicht, das ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Betrieb des Systems kann von einer Bedienungskonsole 12 aus gesteuert werden, die eine Tastatur oder ein sonstiges Eingabegerät 13, ein Bedienfeld 14 und einen Displaybildschirm 16 enthält. Die Konsole 12 tauscht über eine Verbindungsstelle 18 Daten mit einem unabhängigen Computersystem 20 aus, das es einer Bedienperson ermöglicht, die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Displaybildschirm 16 zu steuern. Der Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die über eine Backplane 20a Daten austauschen. Diese beinhalten ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Arbeitsspeichermodul 26, die möglicherweise einen Framepuffer umfassen, um Bilddatenfelder zu speichern. Das Computersystem 20 kann außerdem mit permanenten oder Sicherungspeichern, (und) einem Netzwerk verbunden sein, oder kann über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34 Daten mit einer gesonderten Systemsteuerung 32 austauschen. Das Eingabegerät 13 kann auf einer Maus, Tastatur, einem Trackball, Touch-Screen, Lichtstift und/oder beliebigen ähnlichen oder äquivalenten Eingabegeräten basieren und kann zur interaktiven Vorgabe der Geometrie verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die über eine Backplane 32a untereinander verbunden sind und die über eine serielle Verbindung 40 mit der Bedienungskonsole 12 verbunden sind. Über das Verbindungselement 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Steuerbefehle von der Bedienperson, um die auszuführende Scansequenz anzuzeigen. Das Pulssequenz-Sendemodul 38 veranlasst die Scannerkomponenten, die gewünschte Scansequenz auszuführen, indem es Befehle, Steuerbefehle und/oder Aufforderungen übermittelt, die die Zeitsteuerung, Intensität und Form der zu erzeugenden HF-Pulse und Pulssequenzen beschreiben, so dass diese der Zeitsteuerung und Länge des Datenakquisitionsfensters entsprechen. Die Systemsteuerung 32 stellt außerdem eine Verbindung zu einem Satz von Gradientenverstärkern 42 her, um die Zeitsteuerung und Form der während des Scanners erzeugten Gradientenpulse anzuzeigen. Die Systemsteuerung 32 kann außerdem Patientendaten von einer Scanraum-Schnittstelle 44 empfangen, die Daten von einem Benutzer oder von mehreren an den Patienten angeschlossenen unterschiedlichen Sensoren betreffen können, z.B. EKG-Signale von Elektroden, die an dem Patienten angelegt sind.
Die durch die Systemsteuerung 32 erzeugten Gradientenkurvenverlaufsbefehle werden an das Gradientenverstärkersystem 42 übermittelt, dass G_x-, G_y- und G_z-Verstärker enthält. Der Verstärker 42 kann außerhalb des Scanners 48 angeordnet der darin integriert sein. Jeder Gradientenverstarker regt eine entsprechende, allgemein mit 50 bezeichnete physikalische Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung an, um die Magnetfeldgradienten hervorzubringen, die zur räumlichen Codierung akquirierter Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, die einen polarisierenden Magneten 54, und eine HF-Spulenanordnung 56, 58 enthält. Die HF-Spulenanordnung kann auf einer Ganzkörper-HF-Sendespule 56, auf Oberflächen- oder parallelen Bildgebungsspulen 58 oder auf beidem basieren. Die Spulen 56, 58 der HF-Spulenanordnung können sowohl zum Senden als auch Empfan gen, oder ausschließlich zum Senden, oder ausschließlich zum Empfangen eingerichtet sein. Ein (nicht gezeigter) in der Scannerausrüstung 48 integrierter Pulsgenerator erzeugt in Abhängigkeit von den Befehlen des Pulssequenz-Sendemoduls 46 HF-Pulse, die amplifiziert und zur Abstrahlung an die HF-Spule 56 angelegt werden. In einer Abwandlung kann die HF-Sendespule 56 durch Oberflächen- und/oder parallele Sendespulen, z.B. eine Spule 58, ersetzt oder erweitert werden. In ähnlicher Weise können die sich ergebenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patient emittiert werden, durch unabhängige Empfangsspulen, z.B. parallele Spulen oder Oberflächenspulen 58 erfasst und anschließend über eine Datenverbindung 60 übermittelt werden. Die MR-Signale werden in dem Datenverarbeitungsabschnitt 62 der Systemsteuerung 32 demoduliert, gefiltert und digitalisiert.
Ein Scanvorgang ist vollständig, wenn eine Gruppe unverarbeiteter k-Raum-Daten in dem Arbeitsspeichermodul 66 akquiriert ist. Diese unverarbeiteten k-Raum-Daten werden für jedes zu rekonstruierende Bild in voneinander unabhängige k-Raum-Datenfelder umgruppiert, und jedes derselben wird einem Arrayprozessor 68 eingegeben, der dazu dient, die Daten mittels einer Fourier-Transformation in ein Feld von Bilddaten zu überführen. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 34 dem Computersystem 20 übermittelt, wo sie in dem Arbeitsspeicher 26 gespeichert werden. In Abhängigkeit von über die Bedienungskonsole entgegengenommener Steuerbefehle 12 können diese Bilddaten in einem Langzeitdatenspeicher archiviert werden oder durch den Bildprozessor 22 weiter verarbeitet, zu der Bedienungskonsole 12 übertragen und auf dem Display 16 wiedergegeben werden.
Mit Bezugnahme auf 2 ist ein exemplarischer räumlicher Spektralanregungspuls 80 veranschaulicht. Wie oben erörtert, ist die räumliche Spektralbildgebung im Wesentlichen eine Bildgebungstechnik, bei der die spektralen Daten, die den Typ der abzubildenden Substanz betreffen, mit der typischen Schichtauswahl einer herkömmlichen MR-Bildgebung zusammengeführt werden. Der Anregungspuls 80 beinhaltet eine Anzahl von HF-Subelementen 82. Wie gezeigt, repräsentieren diese Elemente 82 periodische Sinc-Funktionen allmählich ansteigender und anschließend sinkender Amplituden. Allerdings ist es klar, dass die HF-Subelemente 82 auf vielen sich von den bloßen Sinc-Funktionen unterscheidenden sonstige Formen basieren können, z.B. auf Gaußschen Schwingungsverläufen. Die Frequenz der HF-Elemente 82 kann ausgewählt werden, um für eine spektrale Codierung der Resonanzfrequenz einer speziellen interessierenden Substanz zu entsprechen. Beispielsweise kann durch den Puls 80 die Resonanzfrequenz von Kernen einer hyperpolarisierten Substanz anvisiert werden.
Gemeinsam mit den HF-Pulsen 82 wird ein Schichtkodierungsgradient 84 angewendet. Der Schichtkodierungsgradient 84 ist ein periodischer Gradient mit alternierendem Vorzeichen. In Kombination ermöglichen die HF-Elemente 82 und der Gradient 84 eine schichtselektive Anregung in einem speziellen Frequenzbereich. Das (weiter unten beschriebene) spektrale Anregungsprofil des Pulses ist periodisch mit einer Periodizität von 1/Δ Hz, wobei Δ den Zeitabstand zwischen den Subelementen des HF-Kurvenverlaufs 80 repräsentiert. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Anregungspuls 80 angewendet, um einen gesamten Flipwinkel von etwa 90 Grad hervorzurufen, obwohl in Erwägung gezogen wird, dass auch andere Flipwinkel geeignet sind. Beispielsweise kann die Intensität des anzuwendenden Pulses durch die Polarisation und Empfindlichkeit gegenüber der HF-Magnetisierungszerstörung eines Kontrastmittels, durch die Anzahl von gewünschten Anregungen oder durch die gewünschte Bildauflösung beeinflusst werden.
Mit Bezugnahme auf 3 sind die Effekte auf die Magnetisierung eines (beispielsweise anhand 2 beschriebenen) willkürlichen räumlichen Spektralpulses gezeigt. Die obere grafische Darstellung 86 zeigt eine Quermagnetisierung M_xy, und die untere grafische Darstellung 88 zeigt eine Längsmagnetisierung M_z. Die horizontalen Achsen der grafischen Darstellungen 86, 88 repräsentieren die spektrale Frequenz, die von vorne nach hinten verlaufenden Achsen repräsentieren die geometrische Position längs der Z-Achse, und die vertikalen Achsen geben die Magnetisierung wieder. Wie gezeigt, ist die primäre Quermagnetisierung 92 längs der Position zentriert, die mit 0 mm längs der z-Positionsachse markiert ist. Entlang der spektralen Achse ist die Magnetisierung 92 zentriert bei 0Hz periodisch. Wie oben erörtert, hängt die Periodizität der Magnetisierung 92 von der Δ-Komponente des angewendeten räumlichen Spektralpulses ab. Somit kann eine gewünschte Periode 1/Δ Hz durch Ändern dieser Charakteristik des räumlichen Spektralpulses erreicht werden. Außerhalb der primären Schicht ist die Magnetisierung 94 vergleichsweise verhältnismäßig schwach. Desgleichen ist an den spektralen Positionen 100 Hz zu beiden Seiten der Primärmagnetisierung 92 nahezu keine Magnetisierung vorhanden.
Die untere grafische Darstellung 88 nach 3 zeigt reziproke Wirkungen auf vtisierung. Eine entsprechende pri märe Verringerung der Längsmagnetisierung 96 ist längs der (von vorne nach hinten verlaufenden) z-Positionsachse bei der mit 0 mm markierten Position zentriert. Die Primärmagnetisierungsverringerung 96 ist wie im Falle der Quermagnetisierung zentriert bei 0 Hz periodisch. Die Periode der primären Längsmagnetisierungsverringerung 96 beträgt in Abhängigkeit von dem angewendeten räumlichen Spektralpuls ebenfalls 1/Δ Hz. Eine Magnetisierung bei etwa 100 Hz zu beiden Seiten der Primärmagnetisierungsverringerung 96 verbleibt bei der anfänglichen Stärke (d.h. wird durch die Anwendung des räumlichen Spektralpulses im Wesentlichen nicht verändert). Desgleichen bleibt die Magnetisierung 98 außerhalb der primären Schicht längs der z-Positionsachse verhältnismäßig unverändert.
4 veranschaulicht die auf eine Quermagnetisierung 100 und Längsmagnetisierung 102 ausgeübten Wirkungen eines räumlichen Spektralpuls mit einer Anregungsfrequenz, die gegenüber derjenigen von 3 um 100 Hz verschoben ist. Auch hier ist die primäre Quermagnetisierung 104 längs einer Schicht bei 0 mm auf der z-Positionsachse zentriert. Auf der spektralen Frequenzachse ist die Quermagnetisierung 104 mit 1/Δ Hz periodisch. Die Quermagnetisierung bei 0 Hz, –200 Hz und 200 Hz ist nahezu unbeeinflusst, und außerhalb der primären Schicht ist die Magnetisierung 106 verhältnismäßig gering. Die primäre Längsmagnetisierungsverringerung 108 ist ebenfalls bei 0 mm auf der z-Positionsachse zentriert und ist mit 1/Δ Hz periodisch. Außerhalb der Schicht und zwischen den Scheitelpunkten der Primärmagnetisierung 108 ist die Längsmagnetisierung 110 im Vergleich zur primären Längsmagnetisierungsverringerung 108 nahezu unbeeinflusst. Mit anderen Worten, das Frequenzprofil des eine Quermagnetisierung 100 und Längsmagnetisierung 102 hervor rufenden räumlichen Spektralpulses war dazu eingerichtet, das Frequenzprofil des Pulses nach 3 zu ergänzen.
Diesbezüglich zeigt 5 die Wirkungen eines sequentiellen Anwendens der räumlichen Spektralpulse nach 3 und 4 auf die Quermagnetisierung 112 und Längsmagnetisierung 114. D.h., die Quermagnetisierung 116 wird durch einen räumlichen Spektralpuls einer ersten Anregungsfrequenz (beispielsweise derjenigen nach 3) erzeugt, und die Quermagnetisierung 118 wird durch einen zweiten räumlichen Spektralpuls einer zweiten Anregungsfrequenz (beispielsweise derjenigen nach 4) erzeugt. Die Quermagnetisierung 120 außerhalb der primären Schicht und bei Frequenzen, die außerhalb der Periode der Magnetisierung 116, 118 (beispielsweise bei –150 Hz, –50 Hz, 50 Hz, 150 Hz) fallen, ist vergleichsweise verhältnismäßig gering. In ähnlicher Weise erfährt die Längsmagnetisierung durch den gleichen räumlichen Spektralpuls der ersten Frequenz eine Verringerung 122 und erfährt durch den räumlichen Spektralpuls der zweiten Frequenz eine Verringerung 124. Die Längsmagnetisierungsverringerung 122 außerhalb der primären Schicht und bei Frequenzen, die außerhalb der Perioden der Magnetisierungsverringungen 122, 124 (beispielsweise bei –150 Hz, –50 Hz, 50 Hz, 150 Hz) fallen, sind nahezu unbeeinflusst.
Mit Bezugnahme auf 6 ist eine Datenakquisitionssequenz 128 veranschaulicht, die zwei räumliche Spektralpulse 130, 132 verwendet. Die Sequenz 128 kann von Anfang bis Ende so konstruiert sein, dass für die Datenakquisition weniger als eine Sekunde benötigt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Sequenz 128 hinsichtlich der Bildgebung eines metabolischen Verfahrens eingerichtet. Diesbezüglich können die Anregungsfrequenzen der spektralen räumlichen Pulse 130, 132 an die Resonanzfrequenzen eines hyperpolarisierten Kontrastmittels und eines Metaboliten, zweier Kontrastmittel, zweier Metaboliten und/oder von Kombinationen davon gekoppelt sein. Beispielsweise kann die Anregungsfrequenz eines spektralen räumlichen Pulses 130 mit dem Ziel konstruiert sein, die Kerne von hyperpolarisiertem, mit 13-C markierten Pyruvat anzuregen, und der spektrale räumliche Puls 132 kann mit dem Ziel konstruiert sein, die Kerne von 13-C-Alanin, Bicarbonat oder Laktat (Metaboliten des 13-C-Pyruvats) anzuregen. Allerdings ist es klar, dass andere Stoffe mit anderen anregbaren Kernen gleichermaßen anwendbar sind (beispielsweise 13-C-Harnstoff oder Stoffe mit 14-N-, 31-P-, 19-F- und 23-Na- Kernen, sonstige eine NMR betreffende Kerne und Metaboliten davon).
Die Akquisitionssequenz 128 beginnt mit dem Abstrahlen eines ersten räumlichen Spektralpulses 130, was die Anregung einer Substanz herbeiführt, die eine entsprechende Resonanzfrequenz aufweist. Ein phasenverschiebender Gradientenpuls 134 wird anschließend angelegt, um die von dem ersten räumlichen Spektralpuls stammenden Signale/Anregungen phasenzuverschieben. Anschließend wird ein zweiter räumlicher Spektralpuls 132 abgestrahlt, um eine zweite Substanz anzuregen, die eine diesem entsprechende Resonanzfrequenz aufweist. Vorzugsweise weisen die räumlichen Spektralpulse 130, 132 Flipwinkel von etwa 90 Grad auf. An dieser Stelle werden die Längsmagnetisierung und Quermagnetisierung in etwa mit den in 5 gezeigten Magnetisierungen übereinstimmen. Die Sequenz 128 enthält als nächstes einen HF-Puls 136 (der schichtselektiv sein kann oder auch nicht) bei einem Frequenzbereich, der die Anregungsfrequenzen sowohl des ersten 130 als auch zweiten 132 räumlichen Spektralpulses abdeckt. Der HF-Puls 136 weist vorzugsweise einen Flipwin kel von 180 Grad auf. Das Auslesen oder die Datenabtastungs/Erfassungsstufe beginnt daran anschließend, und zwar in umgekehrter Reihenfolge. D.h., es werden als erstes die von dem zweiten räumlichen Spektralpuls 132 stammenden Signale abgetastet oder in sonstiger Weise akquiriert 138. Ein Auslesen kann in Form einiger hinlänglich bekannter Akquisitionssequenzen erfolgen, z.B. ein echoplanare Bildgebung (EPI = Echo Planar Imaging) verwendendes Auslesen (beispielsweise Spin-Echo-EPI), ein rasche Erfassung mit Relaxationsverfeinerung (RARE = Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement) verwendendes Auslesen, ein wirklichkeitsgetreue rasche Bildgebung mit konstanter Präzession (trueFISP) verwendendes Auslesen oder Variationen davon. Nach dem Auslesen 138 des räumlichen Spektralpulses 132 wird ein phasenwiederherstellender Gradient 140 angewendet, um der Wirkung des phasenverschiebenden Gradienten 134 entgegenzuwirken. Anschließend findet auf eine hinlänglich bekannte Weise die Datenakquisition 142 für die von dem räumlichen Spektralpuls 130 stammenden Signale statt. Darüber hinaus kann jedes Auslesen 138, 142 eine Zeitsteuerung aufweisen, die sich von den räumlichen Spektralpulsen oder von sonstigen Ausleseverfahren unterscheidet. Es ist selbstverständlich, dass die Sequenz 128 erweitert werden kann, um mehr als zwei Stoffe, Agenzien und/oder Metaboliten abzubilden. In derartigen Ausführungsbeispielen wird zwischen jedem räumlichen Spektralpuls ein phasenverschiebender Gradient angewendet, und das Auslesen findet in einer Reihenfolge statt, die gegenüber der Reihenfolge umgekehrt ist, in der die räumlichen Spektralpulse angewendet wurden, und zwischen den Auslesevorgängen wird ein phasenwiederherstellender Gradient angewendet.
7 veranschaulicht in einem Flussdiagramm ein Verfahren 143 zur selektiven Bildgebung von Metaboliten, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In Block 144 wird ein hyperpolarisiertes Kontrastmittel in ein Bildgebungsobjekt eingeführt. Anschließend wird in Block 146 ein erster räumlicher Spektralpuls bei der Resonanzfrequenz des Kontrastmittels abgestrahlt. Zur Berücksichtigung der Dauer der Perfusion in Gewebe oder der Dauer, die das Mittel benötigt, um ein Organ von diagnostischem Interesse zu erreichen, kann dieser Puls nach Einführung des Agens um eine spezielle Zeitspanne verzögert abgegeben werden. In einer Abwandlung kann die Verzögerungsdauer einer Zeitdauer entsprechen, die für die Metabolisierung des Kontrastmittels erforderlich ist, wobei in diesem Falle der erste räumliche Spektralpuls an die Resonanz des Metaboliten gekoppelt sein kann. Nach dem Abstrahlen des ersten räumlichen Spektralpulses durch die HF-Spulenanordnung wird in Block 148 ein phasenverschiebender Gradientenpuls angewendet, um die Signale/Magnetisierung, die durch den räumlichen Spektralpuls erzeugt sind, phasenzuverschieben. Anschließend wird in Block 150 ein zweiter spektraler räumlicher Puls abgestrahlt, um die Resonanzfrequenz eines Metaboliten anzuregen. Dieser kann der erste Metabolit eines anzuregenden Kontrastmittels sein oder kann zusätzlich zu einem anderen Metaboliten vorhanden sein, der bereits durch den ersten räumlichen Spektralpuls angeregt wurde. Wie oben erwähnt, kann eine Anzahl von nachfolgenden phasenverschiebenden Gradientenpulsen und spektralen räumlichen Pulsen abgestrahlt und angewendet werden, um zusätzliche Metaboliten oder andere interessierende Stoffe anzuregen. Wenn die Anregungen vervollständigt sind, wird in Block 152 ein 180-Grad-HF-Puls mit einem Frequenzbereich abgestrahlt, dessen Breite ausreicht, um die Resonanzfrequenzen sämtlicher abgestrahlter räumlicher Spektralpulse zu umfassen.
Anschließend beginnt in Block 154 der Signalauslesevorgang in umgekehrter Reihenfolge. Wie gezeigt, ist der erste Satz von zu akquirierenden MR-Signalen jener, der durch den zweiten räumlichen Spektralpuls 154 erzeugt wurde. Falls mehr als zwei räumliche Spektralpulse abgestrahlt wurden, werden die Signale des letzten abgestrahlten räumlichen Spektralpulses zuerst ausgelesen. In Block 156 wird vor dem nächsten Auslesen ein phasenwiederherstellender Gradientenpuls angewendet, um den Effekten des in Block 148 angewendeten phasenverschiebenden Gradientenpulses entgegenzuwirken. Das Auslesen für die durch den ersten räumlichen Spektralpuls erzeugten MR-Signale wird anschließend in Block 158 begonnen. Wenn sämtliche MR-Daten akquiriert sind, werden die Daten verarbeitet, um in Block 160 nach einer beliebigen bekannten Rekonstruktionstechnik ein Bild zu rekonstruieren.
Da die Datenakquisition der Technik 143 mittels lediglich eines einzigen HF-Pulses pro Resonanzfrequenz stattfinden kann, und da jeder räumliche Spektral-HF-Puls ausreichend genau ist, um in der Nähe befindliche Resonanzfrequenzen nicht zu beeinträchtigen, kann die vollständige Magnetisierung hyperpolarisierter Agenzien effizient genutzt werden. Mit anderen Worten, es wird weder eine durch einen räumlichen Spektralpuls erzeugte Magnetisierung durch einen nachfolgenden Puls vernichtet, noch wird die Hyperpolarisation aufgebraucht. Da die Akquisitionssequenzen der vorliegenden Erfindung sich so konstruieren lassen, dass sie in verhältnismäßig kurzen (beispielsweise weniger als 1 Sekunde dauernden) Zeitspannen stattfinden, wird die Hyper polarisation von Kontrastmitteln und Metaboliten darüber hinaus gewöhnlich nicht wesentlich abklingen.
Dementsprechend beinhaltet ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein MR-System, das mehrere Gradientenspulen, eine HF-Spulenanordnung und eine Systemsteuerung enthält. Die Systemsteuerung ist dazu programmiert, die HF-Spulenanordnung zu veranlassen, zwei räumliche Spektral-HF-Pulse abzustrahlen und anschließend vor dem Erfassen der von dem ersten Puls stammenden MR-Signale die von dem zweiten Puls stammenden sich ergebenden MR-Signale zu erfassen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur MR-Bildgebung. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: individuelle Anregung der Resonanzfrequenzen von zwei oder mehr Metaboliten unter einem Flipwinkel, und anschließend simultane Anregung der Resonanzfrequenzen der Metaboliten unter einem zweiten Flipwinkel. Nach der Anregung werden die sich ergebenden MR-Signale der Metaboliten erfasst.
In noch einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Sequenz von Befehlen auf einem von einem Rechner auslesbaren Speichermedium gespeichert. Wenn die Befehle durch einen Computer ausgeführt werden, wird der Computer veranlasst, einen räumlichen Spektralpuls bei einer Frequenz, einen phasenverschiebenden Gradientenpuls für die betreffende Frequenz, einen weiteren räumlichen Spektralpuls bei einer weiteren Frequenz und anschließend einen HF-Puls über einen beide Frequenzen umfassenden Frequenzbereich anzufordern.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, und es ist klar, dass äquivalente, alternative und modifizierte Formen neben den ausdrücklich genannten möglich sind und im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen. Die Reihenfolge und Abfolge von Verfahren oder Verfahrensschritte kann entsprechend abgewandelter Ausführungsbeispiele variiert oder umgruppiert werden.

Geschaffen sind ein System und Verfahren zum Abbilden mehrerer Stoffe, z.B. Kontrastmittel und Metaboliten in vivo, mittels selektiver Anregungsfrequenzen 92, 104. Eine erste Substanz wird mit einem frequenzselektiven Puls 130 angeregt; anschließend wird eine zweite Substanz mit einem anderen frequenzselektiven Puls 132 angeregt. Die von diesen Pulsen stammenden Signale werden in einer Reihenfolge 138, 142 akquiriert, die umgekehrt gegenüber der Reihenfolge ist, in der die Pulse angewendet wurden. In einigen Ausführungsbeispielen können mehr als zwei Stoffe abgebildet werden. Das System und Verfahren ermöglicht auf diese Weise eine rasche und effiziente Nutzung der Magnetisierung mehrerer Stoffe für eine räumliche Spektralbildgebung. Elementeliste

10	MRI-System
12	Bedienungskonsole
13	Eingabegerät
14	Bedienfeld
16	Displaybildschirm
18	Verbindungselement
20	Computersystem
22	Bildprozessormodul
24	CPU-Modul
26	Arbeitsspeichermodul
32	gesonderte Systemsteuerung
34	serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung
40	serielle Verbindung
42	Satz von Gradientenverstärkern
44	Scanraum-Schnittstelle
48	Scanner
50	Gradientenspulenanordnung
52	Magnetanordnung
54	polarisierender Magnet
56	HF-Spulenanordnung
58	HF-Spulenanordnung
46	Pulssequenz-Sendemodul
60	Datenverbindung
62	Datenverarbeitungsabschnitt
66	Arbeitsspeichermodul
68	Arrayprozessor
80	räumlicher Spektralanregungspuls
82	HF-Subelemente
84	schichtkodierender Gradient
86	Quermagnetisierung

88	grafische Darstellung der Längsmagnetisierung
92	primäre Quermagnetisierung
94	Magnetisierung
96	Primärlängsmagnetisierungsverringerung
98	Magnetisierung
20a	Backplane
32a	Backplane
100	Quermagnetisierung
102	Längsmagnetisierung
104	primäre Quermagnetisierung
106	Magnetisierung
108	Primärlängsmagnetisierungsverringerung
110	Längsmagnetisierung
112	Quermagnetisierung
114	Längsmagnetisierung
116	Quermagnetisierung
118	Quermagnetisierung
120	Quermagnetisierung
122	verringerte Längsmagnetisierung
124	verringerte Längsmagnetisierung
128	Datenakquisitionssequenz
130	räumlicher Spektralpuls
132	räumlicher Spektralpuls
134	phasenverschiebender Gradientenpuls
136	HF-Puls
138	erste Erfassung
140	phasenwiederherstellender Gradient
142	zweite Erfassung
143	Verfahren
144	Einführen von Kontrastmittel
146	Senden des ersten Pulses
148	Anwenden eines phasenverschiebenden Gradientenpulses

150	Senden eines zweiten Pulses
152	Senden eines Breitfrequenzpulses
154	Auslesen des zweiten Pulses
156	Anwenden eines phasenwiederherstellenden Gradientenpulses
158	Auslesen des ersten Pulses
160	Rekonstruktion

Claims

MR-System, zu dem gehören: mehrere Gradientenspulen (50), die um eine Bohrung eines Magneten (52) positioniert sind und dazu eingerichtet sind, um ein Polarisationsfeld aufzuprägen; eine HF-Spulenanordnung (56, 58), die mit einem Pulsgenerator (46) verbunden ist, um HF-Pulssequenzen auszustrahlen, und dazu eingerichtet ist, resultierende MR-Signale von einem interessierenden Objekt aufzunehmen; und eine Systemsteuerung (32), die mit den mehreren Gradientenspulen (50) und der HF-Spulenanordnung (56, 58) verbunden ist, wobei die Systemsteuerung dazu programmiert ist, die HF-Spulenanordnung (56, 58) zu veranlassen: einen ersten räumlichen Spektral-HF-Puls (130) auszustrahlen; einen zweiten räumlichen Spektral-HF-Puls (132) auszustrahlen; und vor einem Erfassen von MR-Signalen (142), die von dem ersten räumlichen Spektral-HF-Puls (130) stammen, MR-Signale (138) zu erfassen, die von dem zweiten räumlichen Spektral-HF-Puls (132) stammen.
MR-System nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist, zwischen dem Senden des ersten räumlichen Spektral-HF-Pulses (130) und dem Senden des zweiten räumlichen Spektral-HF-Pulses (132) die An wendung eines phasenverschiebenden Gradienten (134) zu veranlassen.
MR-System nach Anspruch 2, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist, zwischen der Detektion der von dem zweiten räumlichen Spektral-HF-Puls (132) stammenden MR-Signale (138) und der Detektion der von dem ersten räumlichen Spektral-HF-Puls (130) stammenden MR-Signale (142) die Anwendung eines phasenwiederherstellenden Gradientenpulses (140) zu veranlassen.
MR-System nach Anspruch 1, wobei der erste räumliche Spektral-HF-Puls (130) dazu eingerichtet ist, einen ersten Metaboliten (92) anzuregen, und der zweite räumliche Spektral-HF-Puls (132) dazu eingerichtet ist, einen zweiten Metaboliten (104) anzuregen.
MR-System nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist, das Senden von mehr als zwei räumlichen Spektral-HF-Pulsen (130, 132) zu veranlassen.
MR-System nach Anspruch 5, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist die Erfassung von MR-Signalen (138, 142), die von der Abstrahlung der mehr als zwei räumlichen Spektral-HF-Pulsen (130, 132) stammen, in einer Reihenfolge zu veranlassen, die umgekehrt gegenüber einer Reihenfolge ist, die beim Abstrahlen der mehr als zwei räumlichen Spektral-HF-Pulse (130, 132) verwendet wurde.
MR-System nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung ferner dazu programmiert ist, mindestens entweder ein EPI-, ein RARE- oder ein trueFISP-Ausleseverfahren zu verwenden, um die MR-Signale zu erfassen.
MR-System nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist, die HF-Spulenanordnung (56, 58) dazu zu veranlassen: eine Resonanzfrequenz (92) eines ersten Metaboliten individuell mit dem ersten räumlichen Spektralpuls (130) unter einem ersten Flipwinkel anzuregen; eine Resonanzfrequenz (104) eines zweiten Metaboliten individuell mit dem zweiten räumlichen Spektralpuls (132) unter dem ersten Flipwinkel anzuregen; und anschließend simultan die Resonanzfrequenz (92) des ersten Metaboliten und die Resonanzfrequenz (104) des zweiten Metaboliten unter einem zweiten Flipwinkel anzuregen.
MR-System nach Anspruch 8, wobei der erste Flip-Winkel 90 Grad beträgt, und der zweite Flipwinkel 180 Grad beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dazu programmiert ist, den ersten räumlichen Spektral-HF-Puls (130), den zweiten räumlichen Spektral-HF-Puls (132) und die MR-Signaldetektion (138, 142) zu kalibrieren, um eine vollständige Magnetisierung eines hyperpolarisierten Kontrastmittels zu nutzen.