DE102008051039A1 - Gradient-conditioned magnetic resonance signal shift correction method, involves determining image plane in object, and correcting signal shift before selection of signal for axes, where signal selection takes place along axes - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur einer gradientenbedingten MR-Signalverschiebung bei MR-Aufnahmen, die mit einer Echoplanarbildgebungstechnik aufgenommen werden sowie eine Vorrichtung hierfür.The The present invention relates to a method for correcting a gradient-induced MR signal shift in MR images obtained with an echoplanar imaging technique be included and a device for this.
Die EPI(Echo Planar Imaging)-Bildgebung basierte auf einer schnellen meanderförmigen Abtastung des k-Raums mittels Gradientenrefokussierung. Hierbei wird nach einer Anregung der k- oder Rohdatenraum mit einem bipolaren Gradientenpulsschema durchlaufen. Etwaige dynamische oder systematische Feldfehler bei den Gradientenfeldern können je nach Zeitkonstante zu einer systematischen Echoverschiebung im Auslesezeitfenster führen. Eine systematische MR-Signalverschiebung bei der meanderförmigen Abtastung des k-Raums bewirkt eine alternierende Rechts-Links-Verschiebung der einzelnen Echos mit einer Periode 2. Ein eventuell dauernd vorhandener Gradienten-Offset gleicher Achsrichtung schiebt den Echozeitpunkt je nach Vorzeichen bezogen auf den Auslesegradienten aus der Mitte des Ausleseintervalls entweder nach vorne oder nach hinten, da das Echomaximum zu dem Zeitpunkt auftritt, an dem das Zeitintegral des Gradienten Null ist. Diese systematische Modulation des k-Raums führt nach der Rekonstruktion der MR-Bilder durch Fourier-Transformation zu den sogenannten N/2-Geisterartefakten. Ursachen für eine derartige Signalverschiebung können beispielsweise dynamische Feldfehler in Folge von Wirbelströmen sein. Ein weiterer Grund für die MR-Signalverschiebung kann eine zeitliche Veränderung der Gradientenfelder in Folge von Biegeschwingungen der Gradientenspulen sein. Ebenso können die Gradientenpulse zur Erstellung der Gradientenfelder beispielsweise durch Signallaufzeitunterschiede relativ zum HF-Puls und dem Empfangszeitfenster verzögert sein.The EPI (Echo Planar Imaging) imaging was based on a fast meandering Scanning of k-space by gradient refocusing. in this connection is after excitation of k or raw data space with a bipolar Go through gradient pulse scheme. Any dynamic or systematic Field errors in the gradient fields can vary depending on the time constant lead to a systematic echo shift in the readout time window. A systematic MR signal shift in the meandering scan of k-space causes an alternating right-left shift the individual echoes with a period 2. A possibly permanently existing Gradient offset of the same axis direction shifts the echo time depending on the sign relative to the readout gradient from the middle of the Read interval either forward or backward, since the echo maximum occurs at the time at which the time integral of the gradient Is zero. This systematic modulation of k-space leads to the reconstruction of the MR images by Fourier transformation too the so-called N / 2 ghost artifacts. Causes of such a signal shift can For example, be dynamic field errors due to eddy currents. Another reason for the MR signal shift can be a temporal change be the gradient fields due to bending vibrations of the gradient coils. Likewise the gradient pulses for creating the gradient fields, for example by signal propagation time differences relative to the RF pulse and the receive time window delayed be.
Die systematische Verschiebung des MR-Signals mit der Periode zwei wird im Stand der Technik durch einen so genannten Phasenkorrekturscan erfasst und damit die Echoposition der Einzelechos bei der Rekonstruktion nach Aufnahme der Messdaten korrigiert. Dieser Phasenkorrekturscan erfolgt in der Regel vor der Phasenkodierung und direkt nach der Anregung und besteht aus mindestens zwei gradientenrefokussierten Echos mit alternierenden Gradientenpolaritäten. Alternativ oder ergänzend kann auch ein separat aufgenommener vollständiger EPI-Echozug herangezogen werden, bei dem keine Phasenkodierung erfolgt.The systematic shift of the MR signal with the period two becomes in the prior art by a so-called phase correction scan recorded and thus the echo position of the individual echoes during reconstruction corrected after recording the measurement data. This phase correction scan usually takes place before the phase coding and directly after the excitation and consists of at least two gradient-refocused echoes with alternating gradient polarities. Alternative or supplementary can also be used a separately recorded complete EPI Echozug which does not phase encode.
Nach einer eindimensionalen Fourier-Transformation der Phasenkorrekturdaten wird dann anhand des linearen Phasengangs die Echoverschiebung für positive und negative Gradientenamplituden bestimmt. Eine Echoverschiebung im Zeitbereich entspricht einem linearen Phasengang im Frequenzbereich. Falls weitere Daten zur Verfügung stehen, wie beispielsweise der vollständige Korrekturscan, können zusätzliche Verschiebungen beispielsweise für jedes einzelne Echo ermittelt werden. Diese Verschiebungsdaten werden verwendet, um die eigentlichen aufgenommenen Bilddaten zu korrigieren und damit die N/2 Geisterartefakte zu reduzieren. Die Korrektur erfolgt somit nach Aufnahme der Messdaten.To a one-dimensional Fourier transform of the phase correction data Then, using the linear phase response, the echo shift becomes positive and determines negative gradient amplitudes. An echo shift in the time domain corresponds to a linear phase response in the frequency domain. If more data available such as the full correction scan, can add extra Shifts for example for every single echo can be determined. This shift data will be used to correct the actual recorded image data and thus reduce the N / 2 ghost artifacts. The correction thus takes place after recording the measurement data.
In der Magnetresonanztomographie (MRT) ist es nun möglich, die Bildebene in dem Untersuchungsobjekt völlig frei zu wählen. Bei transversaler, sagitaler oder koronarer Schichtführung verläuft der Auslesegradient, während dem das MR-Signal ausgelesen wird, parallel zu einer der drei Koordinatenachsen des Gradientensystems. Bei der Betrachtung von gedrehten Bildebenen wird der Auslesegradient aus mehreren physikalischen Gradientenachsen superpositioniert. Im Allgemeinen sind aber Feldfehler und damit resultierende MR-Signalverschiebungen für verschiedene Koordinatenachsen des Gradientensystems nicht identisch. Dies hat zur Folge, dass der Zeitpunkt für den Nulldurchgang des nullten Gradientenmoments, das dem Gradientenecho entspricht, achsenindividuell ist. Weichen diese Zeitpunkte für die am Auslesen beteiligten Gradientenpulse voneinander ab, bedeutet dies, dass eine lineare Phase und eine Echoposition bestimmt werden kann, die einem Effektivwert aus beiden Einzelachsen im zweidimensionalen Fall entsprechen. Dies bedeutet jedoch nicht zwingend, dass die beiden Einzelmomente der physikalischen Gradientenachsen zeitgleich refokussiert werden. Beispielsweise wird der zeitliche Schwerpunkt beider Echoanteile zentriert. Liegen die Echopositionen der Koordinatenachsen des Gradientensystems zu weit auseinander, kann vor und nach der Fourier-Transformation nicht ausreichend Signal zur Verfügung stehen, um eine lineare Phase zu bestimmen. Dies bedeutet, dass beim Phasenkorrekturscan schräg durch den k-Raum am k-Raumzentrum vorbei kodiert wird, wobei mit größer werdendem Abstand am k-Raumzentrum die Signalamplitude abnimmt. Diese oben beschriebenen Probleme bewirken keine oder nur eine unzureichende Kompensation der MR-Signalverschiebung, was zu den bereits oben erwähnten N/2 Geisterartefakten bei gedrehten Bildebenen bzw. Schichten führt.In Magnetic resonance imaging (MRI), it is now possible, the image plane in the Examination object completely free to choose. In transversal, sagittal or coronal stratification, the readout gradient is while the MR signal is read out parallel to one of the three coordinate axes of the gradient system. When looking at rotated image planes the readout gradient is made up of several physical gradient axes super positioned. In general, however, field errors and thus resulting MR signal shifts for different coordinate axes of the gradient system is not identical. As a result, the Time for the zero crossing of the zeroth gradient moment, that of the gradient echo corresponds, is axisindividuell. Diverge these times for the am Reading off gradient pulses involved, this means that a linear phase and an echo position can be determined the one RMS value from both single axes in two-dimensional Case correspond. However, this does not necessarily mean that the both individual moments of the physical gradient axes at the same time be refocused. For example, the time focus centered on both echo components. Are the echo positions of the coordinate axes of the gradient system too far apart, before and after Fourier transformation is not enough signal available, to determine a linear phase. This means that the phase correction scan aslant is encoded by the k-space past the k-space center, where with growing Distance at the k-space center decreases the signal amplitude. This above described problems cause no or only insufficient Compensation of the MR signal shift, resulting in the already above mentioned N / 2 ghost artifacts on rotated image planes or layers leads.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, derartige Artefakte bei Bildebenen, die nicht parallel zu einer der Koordinatenachsen des Gradientensystems verlaufen, zu vermeiden.It It is therefore an object of the present invention to provide such artifacts at image planes that are not parallel to one of the coordinate axes of the gradient system are to be avoided.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. In den abhängigen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.These The object is achieved with the features of the independent claims. In the dependent are preferred embodiments of the invention.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Korrektur einer gradientenbedingten MR-Signalverschiebung bei MR-Aufnahmen bereitgestellt, die mit der Echoplanarbildgebung aufgenommen werden. In einem Schritt gemäß dem Verfahren wird die Bildebene in dem Untersuchungsobjekt bestimmt, in der die Echoplanarbildgebung durchgeführt werden soll, wobei die Bildebene relativ zu den Koordinatenachsen des Gradientensystems derart bestimmt wird, dass die Koordinatenachsen bestimmt werden, entlang derer eine Ausleserichtung zum Ausle sen des MR-Signals verläuft. In einem weiteren Schritt wird die MR-Signalverschiebung für jede Koordinatenachse des Gradientensystems bestimmt. Nach der Bestimmung der MR-Signalverschiebung für jede Koordinatenachse kann diese vor dem Auslesen des MR-Signals für diejenigen Koordinatenachsen korrigiert werden, entlang derer die Signalauslese erfolgt. Durch die Bestimmung der gradientenachsenspezifischen MR-Signalverzögerung kann die Signalverschiebung für jede Koordinatenachse achsenspezifisch korrigiert werden, so dass auch bei gedrehter Bildebene das Auftreten der Geisterartefakte minimiert werden kann.According to the invention is a Method for correcting a gradient-related MR signal shift provided in MR images obtained with echoplanar imaging be recorded. In a step according to the method, the image plane in the examination subject in which the echoplanar imaging carried out is to be, wherein the image plane relative to the coordinate axes of the Gradient system is determined such that the coordinate axes be determined, along which a readout sen for Ausle sen of the MR signal. In a further step, the MR signal shift for each coordinate axis of the gradient system. After determining the MR signal shift for every Coordinate axis can do this before reading out the MR signal for those Coordinate axes are corrected, along which the signal readout he follows. By determining the gradient axis-specific MR signal delay can the signal shift for each coordinate axis can be corrected axis specific, so that even with rotated image plane the appearance of the ghost artifacts can be minimized.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die MR-Signalverschiebung mit Hilfe von zumindest zwei gradientenrefokussierten Echos bestimmt, wobei für die Bestimmung der MR-Signalverschiebung entlang einer Koordinatenachse die Projektion der zwei gradientenrefokussierten Echos auf diese Koordinatenachse bestimmt wird. Dies bedeutet, dass bei den zumindest zwei gradientenrefokussierten Echos die Projektion auf die beteiligten physikalischen Gradientenachsen verwendet wird, indem für die Bestimmung der Signalverschiebung entlang einer Achse zumindest zwei Gradientenechos durch Magnetfeldgradienten entlang dieser Achse geschaltet werden.According to one preferred embodiment the MR signal shift with the help of at least two gradient-refocused Echoes are determined, where for the determination of the MR signal shift along a coordinate axis, the projection of the two gradient-refocused Echoes is determined on this coordinate axis. This means that in the case of the at least two gradient-refocused echoes, the projection is used on the involved physical gradient axes, by for the Determining the signal shift along an axis at least two gradient echoes due to magnetic field gradients along this axis be switched.
Nachfolgend wird die Generierung der gradientenrefokussierten Echos durch ein bspw. bipolares Gradientenschema zur Bestimmung der Signalverschiebung und zu deren Korrektur als Korrekturmessung bezeichnet. Vorzugsweise findet diese Korrekturmessung nach der Signalanregung der Echoplanarbildgebung und vor der Signalauslese statt. Im zweidimensionalen Fall können beispielsweise beide Einzelachsen direkt in aufeinanderfolgenden Messungen derselben Schicht gemessen werden, wobei die Ergebnisse beim Auslesen des EPI-Signals direkt nach der Signalanregung verwendet werden können, nach der die Korrekturmessung durchgeführt wird. Alternativ hierzu können die Ergebnisse der Korrekturmessung auch für das Auslesen der nachfolgenden Anwendung verwendet werden, wobei jedoch im Gegensatz zu dem im Stand der Technik bekannten Phasenkorrek turscan die Korrektur vor Schaltung der Gradienten zum Auslesen erfolgt, um zu erreichen, dass die Gradientenechos in der k-Raum-Mitte erfolgen. Bei dem im Stand der Technik bekannten Phasenkorrekturscan erfolgt die Korrektur nach dem Auslesen der Messdaten durch Nachverarbeitung der detektierten Signale.following is the generation of the gradient-refocused echoes by a For example, bipolar gradient scheme for determining the signal shift and referred to their correction as a correction measurement. Preferably finds this correction measurement after the signal excitation of the echoplanar imaging and before signal selection. In the two-dimensional case, for example both single axes directly in successive measurements of the same Be measured, the results when reading the EPI signal can be used directly after the signal excitation, according to the correction measurement is performed. Alternatively to this can the results of the correction measurement also for reading the following Application can be used, but contrary to the im State of the art known Phasenkorrek turscan the correction Circuit of the gradient for reading is done to achieve that the gradient echoes take place in the k-space center. When in the state the technique known Phasenkorrekturscan the correction takes place after reading the measured data by post-processing of the detected Signals.
In einer Ausführungsform wird das Korrigieren der Signalverschiebung vor jeder Echoplanarbildgebung durchgeführt, bei der die Ausleserichtung Komponenten in mehr als eine Koordinatenachsrichtung hat. Alternativ hierzu kann die Korrekturmessung einmalig zu Beginn der Untersuchung einer Untersuchungsperson oder im Rahmen der Errichtung der MR-Anlage ermittelt werden und auf die nachfolgenden Messungen angewandt werden. Ebenso kann die korrigierte Signalverschiebung auch auf eine nachfolgende Korrekturmessung angewandt werden, um zu überprüfen, ob die Gradientenechos auf den einzelnen Koordinatenachsen wirklich in der Mitte des Auslesefensters zeitgleich für die verschiedenen Achsen erfolgen. Bei einer einmaligen Anwendung wird unterstellt, dass sich die gradientenbedingten MR-Signalverschiebungen über die Zeit nicht ändern. Bei der Integration der Korrekturmessung in die Bildgebungssequenz nach jeder Signalanregung können zeitveränderliche Einflüsse wie beispielsweise durch die Erwärmung von Bauteilen durch die MR-Anlage besser kompensiert werden. Für welche bildgebende Messung die Korrekturmessung verwendet wird, hängt u. a. von der Verarbeitungsgeschwindigkeit der beteiligten Signalverarbeitungsvorrichtungen ab. Ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit sehr hoch, kann die Korrekturmessung schon für die direkt nachfolgende Gradientenschaltung der Signalauslese der EPI-Bildgebungssequenz verwendet werden. Ebenso kann die Korrektur auch erst auf die zweite nach der Korrekturmessung stattfindende Gradientenschaltung der EPI-Bildgebungssequenz angewandt werden, wenn dies aus signalverarbeitungstechnischen Gründen sinnvoll ist.In an embodiment will correct the signal shift before each echo planar imaging carried out, in which the readout direction components in more than one coordinate axis direction Has. Alternatively, the correction measurement may be unique at the beginning the examination of an investigator or in the context of the establishment of the MR system are determined and applied to the subsequent measurements become. Likewise, the corrected signal shift can also be applied to a subsequent correction measurement can be applied to check whether the gradient echoes on the individual coordinate axes really in the middle of the readout window at the same time for the different axes respectively. For a single application it is assumed that the gradient-related MR signal shifts over the Do not change time. When integrating the correction measurement into the imaging sequence after each signal excitation can time varying influences such as by heating components are better compensated by the MR system. For which imaging Measurement the correction measurement is used depends u. a. from the processing speed the involved signal processing devices. Is the processing speed very high high, the correction measurement can already be used for the directly following gradient switching the signal readout of the EPI imaging sequence can be used. As well The correction can be made only on the second after the correction measurement gradient switching of the EPI imaging sequence if this makes sense for signal processing reasons is.
Das Ziel der Korrektur der MR-Signalverschiebung entlang der einzelnen Koordinatenachsen ist das Anpassen der achsenspezi fischen Verzögerung derart, dass die achsenspezifischen MR-Signale für jede Koordinatenachse des Gradientensystems im Wesentlichen zeitgleich auftreten. Die Korrektur kann hierbei durch Hinzufügen eines achsenspezifischen Gradientenmoments zu dem Gradienten entlang der einzelnen Koordinatenachsen erfolgen oder beispielsweise durch Schaltung der Steuersignale zur Schaltung der Gradienten derart, dass die Gradientensignale zur Schaltung der Gradienten derart gesteuert (bspw. zeitlich verzögert und verfrüht) werden, dass wiederum die MR-Signale auf den einzelnen Achsen zeitgleich in der k-Raum-Mitte erfolgen.The Aim of the correction of the MR signal shift along the individual Coordinate axes is the adaptation of the axis-specific delay such that the axis-specific MR signals for every Coordinate axis of the gradient system substantially simultaneously occur. The correction can be done by adding a axis - specific gradient moment to the gradient along the individual coordinate axes or for example by switching the control signals for switching the gradients such that the Gradientensignale for switching the gradient so controlled (delayed, for example and premature) be that in turn the MR signals on the individual axes at the same time in the k-space center respectively.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Korrektur dieser gradientenbedingten MR-Signalverschiebung mit einer Einrichtung zur Bestimmung der Bildebene derart, dass die Koordinatenachsen bestimmt werden, entlang derer die Ausleserichtung verläuft. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Bestimmung der MR-Signalverschiebung für jede Koordinatenachse des Gradientensystems vorgesehen sowie eine Korrektureinrichtung, die die Signalverschiebung vor dem Auslesen des MR-Signals für diejenigen Koordinatenachsen korrigiert, entlang derer die Signalauslese erfolgt. Die Vorrichtung zur Korrektur arbeitet vorzugsweise wie oben näher beschrieben wurde.The invention further relates to a device for correcting this gradient-induced MR signal shift with a device for determining the image plane such that the coordinates tenachsen along which the readout direction runs. Furthermore, a device for determining the MR signal shift for each coordinate axis of the gradient system is provided, as well as a correction device which corrects the signal shift before reading the MR signal for those coordinate axes along which the signal readout takes place. The device for correction preferably operates as described in more detail above.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the accompanying Drawings closer explained.
In
Die
MR-Anlage weist weiterhin eine zentrale Steuereinheit
Im
Zusammenhang mit
Wenn
nun die Bildebene zur Erzeugung des MR-Bildes orthogonal zu dem
Koordinatensystem der Gradienten liegt, so liegt die Signalauslese
in der Ebene parallel zu einer der Koordinatenachsen des Gradientensystems.
Bezogen auf
In
In
In
Es
kann nun der Fall auftreten, dass die Ausleserichtung auf einer
der beiden Achsen deutlich kleiner ist als auf der anderen Achse,
d. h. der Abschnitt
Selbstverständlich kann das oben beschriebene Verfahren, das im Zusammenhang mit zwei Dimensionen beschrieben wurde, auch auf drei Achse übertragen werden, so dass bei einem Anteil der Ausleserichtung in z-Richtung ebenfalls die Signalverschiebung in z-Richtung bestimmt und anschließend korrigiert werden müsste.Of course you can the method described above, which is related to two dimensions also be transferred to three axis, so that at a proportion of the read-out direction in the z-direction also the signal shift determined in the z direction and then corrected.
Die
oben beschriebene achsenindividuelle Korrekturmessung kann nun vor
der ersten EPI-Messung durchgeführt
werden, wobei für
alle weiteren Messungen der damit bestimmte Wert für jede Achse appliziert
wird, wobei für
jede nachfolgende EPI-Messung eine normale Korrekturmessung nach
dem Stand der Technik durchgeführt
werden kann. In einer anderen Ausfüh rungsform kann wie in
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8196 | Reprint pf faulty title page (publication); german patentblatt: part 1a6 | ||
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |