DE102009003409B4

DE102009003409B4 - System und Verfahren zur gewebespezifischen MR-Bildgebung von Metaboliten unter Anwendung von spektral-räumlich gebildetem stimulierten Echo

Info

Publication number: DE102009003409B4
Application number: DE102009003409.9A
Authority: DE
Inventors: Ralph Eugene Hurd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2029-01-30
Also published as: US9116218B2; DE102009003409A1; NL2002411A1; US7772844B2; JP2009178547A; NL2002411C2; US20100283465A1; US20090189605A1; JP6018355B2

Abstract

Magnetresonanz-(MR)-Spektroskopiesystem (10), aufweisend:
mehrere Gradientenspulen (50), die um eine Bohrung eines Magnetes (52) herum angeordnet sind;
eine HF-Spulenanordnung (56), die mit einem Impulsgenerator (38) gekoppelt ist, um HF-Impulssequenzen zu emittieren, und dafür eingerichtet ist, sich ergebende MR-Signale aus einem interessierenden Versuchsobjekt zu empfangen; und
eine Systemsteuerung (32), die mit den mehreren Gradientenspulen (50) und der HF-Spulenanordnung (56) gekoppelt ist, wobei die Systemsteuerung so programmiert ist, dass sie die HF-Spulenanordnung (56) veranlasst:
einen ersten HF-Impuls (104) und einen zweiten HF-Impuls (106) zu emittieren, wobei wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen spektral selektiv ist und wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen räumlich selektiv ist; und
einen dritten HF-Impuls (112) nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung (110) zu emittieren, um ein stimuliertes Echo (114) zu erzeugen; und
MR-Signale zu detektieren, die sich aus dem stimulierten Echo (114) ergeben,
wobei der wenigstens eine von dem ersten HF-Impuls und dem zweiten HF-Impuls (104, 106), der spektral selektiv ist, dafür ausgelegt ist, einen metabolischen Reaktanten bei einer spezifizierten Frequenz anzuregen,
wobei die vorbestimmte Zeitverzögerung (110) eine Vermischungszeit aufweist, die von der Emission des zweiten HF-Impulses (106) ausgehend gemessen wird, wobei die Vermischungszeit (110) so ausgelegt ist, dass sie dem metabolischen Reaktanten ermöglicht, sich in mehrere metabolische Produkte zu metabolisieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung betreffen im Wesentlichen die Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung und insbesondere die gewebespezifische MR-Bildgebung von Metaboliten unter Anwendung von spektral-räumlich gebildeten stimulierten Echos.
Wenn eine Substanz, wie z.B. menschliches Gewebe, einem gleichmäßigen magnetischen Feld (Polarisierungsfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen die individuellen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe sich zu diesem polarisierendem Feld auszurichten, präzedieren aber in einer zufälligen Ordnung bei ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz. Wenn die Substanz oder das Gewebe einem magnetischen Feld (Anregungsfeld B₁) ausgesetzt wird, das sich in einer x-y Ebene befindet und das eine Frequenz in der Nähe der Larmor-Frequenz hat, kann das Nettoausrichtungsmoment oder „die Längsmagnetisierung“ M_z in die x-y Ebene gedreht oder „gekippt“ werden, um ein magnetisches Nettoquermoment M_t zu erzeugen. Von den angeregten Spins wird nach Beendigung des Anregungssignals B₁ ein Signal emittiert und dieses Signal kann empfangen und zum Erzeugen eines Bildes verarbeitet werden.
Wenn diese Signale zum Erzeugen von Bildern genutzt werden, werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y, und G_z) eingesetzt. Typischerweise wird der abzubildende Bereich mittels einer Sequenz von Messzyklen abgescannt, in denen diese Gradienten gemäß dem verwendeten speziellen Lokalisierungsverfahren variieren. Der Satz empfangener kernmagnetischer Resonanz-(MMR)-Signale, die sich aus einer Scansequenz ergeben, wird digitalisiert und an eine Datenverarbeitungseinheit zur Bildrekonstruktion unter Anwendung von einem von vielen allgemein bekannten Rekonstruktionstechniken übertragen. Es ist wünschenswert, dass der Bildgebungsvorgang von der Datenerfassung bis zur Rekonstruktion so schnell wie möglich für verbesserten Patientenkomfort und Durchsatz ausgeführt wird.
Die DE 10 2007 055 580 A1 offenbart ein Verfahren für die MR-Bildgebung, in dem eine Serie von zwei HF-Impulsen gesendet wird, wobei wenigstens einer der zwei HF-Impulse bei der Resonanzfrequenz eines Kontrastmittels gesendet wird, um die Anregung des Kontrastmittels zu induzieren und wenigstens einer von den zwei HF-Impulsen zusammen mit einem scheibenselektiven Gradienten gesendet wird, um einen spektral-räumlichen Impuls zu erzeugen. Nach abgeschlossener Anregung durch einen Lese-HF-Impuls werden schließlich MR-Daten aus einem stimulierten Echo erfasst, das aus der Anregung mittels des Lese-HF-Impulses erzeugt wird.
Für einige Prozeduren und Untersuchungen ist es auch wünschenswert, dass die MR-Abbildungen spektrale Information zusätzlich zur räumlichen Information darstellen. Das herkömmliche Verfahren zum Erzeugen derartiger Bilder ist als „Chemische Verschiebungsbildgebung“ (CSI - Chemical Shift Imaging) bekannt. CSI wurde bereits zur Überwachung von metabolischen und anderen internen Prozessen von Patienten einschließlich bei der Bildgebung hyperpolarisierter Substanzen, wie z.B. mit 13C markierter Kontrastmittel und deren Metaboliten, eingesetzt. In einer derartigen 13C-Bildgebung ist die spektrale Zusammensetzung nicht nur vom Gewebetyp und der Gesundheit dieses Gewebes abhängig, sondern auch von der Zeit, in der das Bild in Bezug auf die Injektion des hyperpolarisierten 13C-Mittels erfasst wird. Die Hyperpolarisation von Kontrastmitteln hat tendenziell eine sehr eingeschränkte Lebensdauer; typischerweise T1-Lebensdauern liegen in der Größenordnung von wenigen Minuten in vivo.
Obwohl CSI als eine Sequenz für die Bildgebung von hyperpolarisierten Substanzen wertvolle Information über den Gewebetyp und die Gesundheit dieses Gewebes liefert, unterscheidet die herkömmliche CSI nicht, wo oder wann Metabolitenprodukte in einer 13C-hyperpolarisierten metabolischen Bildgebungserfassung erzeugt werden. D.h. obwohl eine hyperpolarisierte 13C-Bildgebung von 13C-1-Pyruvat und dessen metabolischen Produkten Lactat, Alanin und Bikarbonat gewebespezifische metabolische Fingerabdrücke (Spektren) liefern können, können diese Fingerabdrücke durch die lokale Aufnahme von metabolischen Produkten, die nicht in dem interessierenden Gewebe gebildet werden, verdeckt werden. Beispielsweise kann Lactat in den durch das Herz oder durch rote Blutzellen gebildeten Blutstrom von dem interessierenden Gewebe aufgenommen werden, und die Messung von lokal gebildetem Lactat verdecken.
Es wäre daher wünschenswert, über ein System und ein Verfahren zur MR-Bildgebung mit spektraler Information und Hyperpolarisation zu verfügen, das in der Lage ist, systemische von lokaler metabolischer Aktivität zu unterscheiden. Insbesondere wäre es wünschenswert, hyperpolarisierte Mittel und deren Metaboliten für ein interessierendes Volumen anzuregen und abzubilden, während gleichzeitig metabolische Produkte außerhalb des interessierenden Volumens effektiv ausgeschlossen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält ein Magnetresonanz-(MR)-Spektroskopiesystem mehrere Gradientenspulen, eine HF-Spulenanordnung und eine Systemsteuerung. Die Systemsteuerung ist dafür programmiert, die HF-Spulenanordnung zur Emission eines ersten HF-Impulses und eines zweiten HF-Impulses zu veranlassen, wobei wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen spektral selektiv ist und wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen räumlich selektiv ist. Die Systemsteuerung ist auch dafür programmiert, die HF-Spulenanordnung zu veranlassen, einen dritten HF-Impuls nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung zu emittieren, um ein stimuliertes Echo zu generieren und MR-Signale zu detektieren, die sich aus dem stimulierten Echo ergeben. Der wenigstens eine von dem ersten HF-Impuls und dem zweiten HF-Impuls, der spektral selektiv ist, ist dafür ausgelegt, einen metabolischen Reaktanten bei einer spezifizierten Frequenz anzuregen. Die vorbestimmte Zeitverzögerung weist eine Vermischungszeit auf, die von der Emission des zweiten HF-Impulses ausgehend gemessen wird, wobei die Vermischungszeit so ausgelegt ist, dass sie dem metabolischen Reaktanten ermöglicht, sich in mehrere metabolische Produkte zu metabolisieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung die Anregung einer Resonanzfrequenz eines Kontrastmittels, die räumliche Beschränkung der Anregung des Kontrastmittels auf eine interessierende Scheibe oder ein Volumen, und die Detektion eines ersten Satzes von MR-Signalen aus der räumlich beschränkten Anregung des Kontrastmittels. Das Verfahren beinhaltet auch, nach einer metabolischen Vermischungszeit, die Anregung von Resonanzfrequenzen für das Kontrastmittel und wenigstens eines aus dem Kontrastmittel erzeugten metabolischen Produktes, die Detektion eines zweiten Satzes von MR-Signalen, die sich aus der Anregung des Kontrastmittels und des wenigstens einem metabolischen Produktes nach der metabolischen Vermischungszeit ergeben, und die Erzeugung eines spektroskopischen Bildes aus dem detektierten ersten und zweiten Satz von MR-Signalen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein computerlesbares Speichermedium ein darauf gespeichertes Computerprogramm, das eine Sequenz von Instruktionen repräsentiert, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, eine Aussendung eines spektral-räumlichen Impulses bei der ersten Frequenz anzufordern und die Aussendung eines nachfolgenden HF-Impulses anzufordern, wobei der spektral-räumliche Impuls und der nachfolgende HF-Impuls ein Spinecho erzeugen. Die Sequenz von Instruktionen bewirkt auch, dass der Computer die Aussendung wenigstens eines eine oder mehrere Frequenzen umfassenden Lese-HF-Impulses mit dem spektral-räumlichen Impuls, dem nachfolgenden HF-Impuls und dem wenigstens einen ein stimuliertes Echo erzeugenden Lese-HF-Impulses, umfasst. Die Sequenz der Instruktionen veranlasst ferner den Computer, Magnetresonanz-(MR)-Signale aus dem Spinecho und dem stimulierten Echo zu erfassen, um ein spektroskopisches Bild zu generieren und die MR-Signale im Computerspeicher zu speichern.
Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden leichter aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung verständlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen bereitgestellt wird.
Figurenliste
Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen dar, welche derzeit für die Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen ist:

1 eine schematische Blockdarstellung eines exemplarischen MR-Bildgebungssystems, das eine Ausführungsform der Erfindung verkörpert.
1 eine graphische Darstellung eines exemplarischen HF-Impulszuges und einer Scheibengradientenwellenform eines spektral-räumlichen Impulses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 eine 3D-Graphik eines Anregungsprofils für einen spektral-räumlichen Impuls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 ein Diagramm einer Bildgebungssequenz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5 ein Diagramm einer Bildgebungssequenz gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
6 ein Flussdiagramm, das eine Technik zur MR-Bildgebung von Metaboliten bei selektiven Anregungsfrequenzen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
7 eine 2D-Graphik der spektralen Trennung von 13C-1-Pyruvat und dessen metabolischen Produkten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 eine Graphik des metabolischen Verhaltens des 13C-1-Pyruvats in Bezug auf den Zeitverlauf einer exemplarischen spektral-räumlich stimulierten Echo-Bildgebungssequenz gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Es werden ein System und ein Verfahren zur scheibenselektiven Anregung einer Resonanzfrequenz für einen metabolischen Reaktanten und zum Auslesen eines sich ergebenden metabolischen Prozesses als ein spektroskopisches Bild bereitgestellt. Diesbezüglich kann ein Paar von HF-Impulsen emittiert werden, um spektral-räumlich eine Frequenz in einem interessierenden Objekt für einen spezifizierten metabolischen Reaktanten anzuregen. Spektral-räumliche Hochfrequenz-(HF)-Impulse können angewendet werden, um eine Magnetisierung in einem spezifischen Frequenzprofil zu erzeugen, ohne benachbarte Scheiben oder nahe liegende Frequenzbereiche signifikant zu beeinträchtigen. Ein dritter HF-Impuls (entweder nicht-spektral selektiv oder spektral-selektiv) kann dann emittiert werden, um ein stimuliertes Echo zu generieren und einen breiten Bereich von Frequenzen in dem Versuchsobjekt für mehrere metabolische Produkte anzuregen, die in vivo von dem metabolischen Reaktanten erhalten werden. Die sich aus diesen Impulsen ergebenden Signale werden in einer oder mehreren von allgemein bekannten Auslesesequenzen ausgelesen.
In 1 sind die Hauptkomponenten eines Ausführungsformen der Erfindung beinhaltenden exemplarischen Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-Systems 10 dargestellt. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12 gesteuert, welche eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 13, ein Bedienungsfeld 14 und einen Anzeigebildschirm 16 enthält. Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung 18 mit einem getrennten Computersystem 20, das es einem Bediener ermöglicht, die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf dem Anzeigebildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, welche miteinander über eine Rückwandplatine 20a kommunizieren. Diese umfassen ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speichermodul 26, das einen Frame-Puffer zur Speicherung von Bilddatenanordnungen enthalten kann. Das Computersystem 20 ist mit Archivierungsmedienvorrichtungen, einem Permanent- oder Reservespeicher oder einem Netzwerk zur Speicherung von Bilddaten und Programmen, verbunden und kommuniziert mit einer getrennten Systemsteuerung 32 über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34. Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, ein Joystick, eine Tastatur, einen Track Ball, einen berührungsaktiven Bildschirm, eine Lichtwand, eine Sprachsteuerung oder irgendeine ähnliche oder äquivalente Eingabevorrichtung umfassen und kann für eine interaktive Geometrievorschrift verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 umfasst einen Satz von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine 32a verbunden sind. Diese umfassen ein CPU-Modul 34 und ein Impulsgeneratormodul 38, welches mit der Bedienerkonsole 12 über eine serielle Verbindung 40 verbunden ist. Über diese Verbindung 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle von dem Bediener, um die Scansequenz anzuzeigen, die durchzuführen ist. Das Impulsgeneratormodul 38 betreibt die Systemkomponenten so, dass sie die gewünschte Scansequenz ausführen und erzeugt Daten, welche den Zeittakt, Stärke und Form der erzeugten HF-Impulse, und den Zeittakt und die Länge des Datenerfassungsfensters anzeigen. Das Impulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um den Zeittakt und die Form der Gradientenpulse anzuzeigen, die während des Scans erzeugt werden. Das Impulsgeneratormodul 38 kann auch Patientendaten aus einer Physiologieerfassungs-Steuerung 44 empfangen, die Signale von einer Anzahl mit dem Patienten verbundener unterschiedlicher Sensoren empfängt, wie z.B. EGK-Signale von an den Patienten angebrachten Elektroden. Und schließlich ist das Impulsgeneratormodul 38 mit einer Scan-Raum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, welche Signale von verschiedenen Sensoren in Verbindung mit dem Zustand des Patienten und Magnetsystems empfängt. Über diese Scan-Raum-Schnittstellenschaltung 46 empfängt das Patientenpositionierungssystem 48 Befehle zum Bewegen des Patienten in die gewünschte Position für den Scan.
Die durch das Impulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenwellenformen werden an das die G_x-, G_y- und G_z-Verstärker aufweisende Gradientenverstärkersystem 42 angelegt. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung 50 an, die im Wesentlichen dafür ausgelegt ist, die Magnetfeldgradienten zu erzeugen, die zur räumlichen Codierung erfasster Signale genutzt werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, welche einen polarisierenden Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56 enthält. Ein Sender/Empfänger-Modul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, welche von einem HF-Verstärker 60 verstärkt und an die HF-Spule 56 über einen Sende/Empfangs-Umschalter 62 gekoppelt werden. Die resultierenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patienten emittiert werden, können mittels derselben HF-Spule 56 erfasst und über den Sende/Empfangs-Umschalter 62 in einen Vorverstärker 64 eingekoppelt werden. Die verstärkten MR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt des Senders/Empfängers 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende/Empfangs-Umschalter 62 wird durch ein Signal aus dem Impulsgeneratormodul 38 gesteuert, um den HF-Verstärker 60 mit der Spule 56 während des Sendemodus zu verbinden, und um den Vorverstärker 64 mit der Spule 54 während des Empfangsmodus zu verbinden. Der Sende/Empfangs-Umschalter 62 kann auch eine getrennte HF-Spule (z.B. eine Oberflächenspule) zur Verwendung entweder in dem Sende- oder Empfangsmodus aktivieren.
Die von der HF-Spule 56 aufgenommenen MR-Signale werden durch das Sender/Empfänger-Modul 58 digitalisiert und an ein Speichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scan ist vollständig, wenn eine Array von k-Raum-Rohdaten in dem Speichermodul 66 erfasst worden ist. Diese k-Raum-Rohdaten werden in getrennte k-Raum-Datenarrays für jedes zu rekonstruierende Bild neu angeordnet, und alle von diesen werden in einen Array-Prozessor 68 eingegeben, welcher so arbeitet, dass er die Daten in ein Array von Bilddaten Fourier-transformiert. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 34 dem Computersystem 20 zugeführt, wo sie in einem Speicher gespeichert werden. In Reaktion auf aus der Bedienerkonsole 12 empfangene Befehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, oder können von dem Bildprozessor 22 weiterverarbeitet und an die Bedienerkonsole 12 übertragen und auf der Anzeige 16 präsentiert werden.
In 2 ist ein exemplarischer spektral-räumlicher Anregungsimpuls 80 dargestellt. Wie vorstehend diskutiert, ist die spektral-räumliche Bildgebung ein Typ einer Bildgebung, in welcher spektrale Daten bezüglich des Typs der abgebildeten Substanz mit der typischen Scheibenauswahl der üblichen MR-Bildgebung kombiniert werden. Der Anregungsimpuls 80 enthält eine Anzahl von HF-Teilelementen 82. Gemäß Darstellung repräsentieren diese HF-Teilelemente 82 periodische Sinc-Funktionen mit allmählich zunehmender und dann abnehmender Amplitude. Man erkennt jedoch, dass die HF-Teilelemente 82 viele andere Formen außer Sinc-Funktionen, wie z.B. Gauss'sche-Wellenformen, annehmen können. Die Frequenz der HF-Teilelemente 82 kann so gewählt werden, dass sie der Resonanzfrequenz einer speziellen interessierenden Substanz für die spektrale Codierung entsprechen. Beispielsweise kann auf die Resonanzfrequenz der Kerne einer hyperpolarisierten Substanz durch den Impuls 80 gezielt werden.
Zusammen mit den HF-Teilelementen 82 wird ein Scheibencodierungsgradient 84 angelegt. Der Scheibencodierungsgradient 84 ist ein periodischer Gradient mit wechselndem Vorzeichen. In Kombination ermöglichen die HF-Teilelemente 82 und der Gradient 84 eine scheibenselektive Anregung innerhalb eines spezifischen Frequenzbereichs. Das (nachstehend zu beschreibende) spektrale Anregungsprofil des Impulses 80 ist mit einer Periodizität von 1/Δ Hz periodisch, wobei Δ den Zeitabstand zwischen den Teilelementen 82 der HF-Wellenform 80 repräsentiert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Anregungsimpuls 80 angelegt, um angenähert einen Gesamtkippwinkel von 90 Grad zu bewirken, obwohl in Betracht gezogen wird, dass auch andere Kippwinkel geeignet sind. Beispielsweise können die Polarisation und Empfindlichkeit gegenüber der HF-Magnetisierungsdestruktion des Kontrastmittels, die Anzahl der gewünschten Anregungen, oder die gewünschte Bildauflösung die Stärke des anzulegenden Impulses beeinflussen.
Unter Bezugnahme auf 3 werden nun die Auswirkungen auf die Magnetisierung eines beliebigen spektral-räumlichen Impulses (wie z.B. des unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen) dargestellt. Die obere graphische Darstellung 86 stellt eine Quermagnetisierung M_xy dar und die untere graphische Darstellung 88 stellt eine Längsmagnetisierung M_z dar. Die horizontalen Achsen der graphische Darstellungen 86, 88 repräsentieren die Spektralfrequenz, die Tiefen-Achsen repräsentieren die geometrische Position entlang der z-Achse und die vertikalen Achsen stellen die Magnetisierung dar. Gemäß Darstellung ist die primäre Quermagnetisierung 92 entlang der als 0 mm entlang der z-Positionsachse markierten Position zentriert. Entlang der spektralen Achse ist die Magnetisierung 92 periodisch bei 0 Hz zentriert. Wie vorstehend diskutiert, ist die Periodizität der Magnetisierung 92 von der Δ-Komponente des angelegten spektral-räumlichen Impulses abhängig. Somit kann eine gewünschte Periode 1/Δ Hz erzielt werden, indem diese Charakteristik des spektral-räumlichen Impulses verändert wird. Die Magnetisierung 94 außerhalb der primären Scheibe ist im Vergleich dazu relativ schwach. Ebenso ist eine Magnetisierung bei Spektralpositionen von 100 Hz auf jeder Seite der primären Magnetisierung 92 nahezu nicht-existent.
Die untere graphische Darstellung 88 von 3 stellt umgekehrte Auswirkungen auf die Längsmagnetisierung dar. Eine entsprechende primäre Abnahme in der Längsmagnetisierung 96 ist an der als 0 mm markierten Position entlang der z-Positions-(Tiefen)-Achse zentriert. Die primäre Reduzierung in der Magnetisierung 96 ist periodisch bei 0 Hz zentriert, wie es bei der Quermagnetisierung der Fall ist. Die Periode der primären Längsmagnetisierungsreduzierung 96 ist ebenfalls von dem angelegten spektral-räumlichen Impuls mit 1/Δ Hz abhängig. Die Magnetisierung bei angenähert 100 Hz auf jeder Seite der primären Magnetisierungsreduzierung 96 bleibt bei der Anfangsstärke (d.h., im Wesentlichen durch die Anlegung des spektral-räumlichen Impulses unverändert). Ebenso bleibt die Magnetisierung 98 außerhalb der primären Scheibe entlang der z-Positionsachse relativ unverändert.
In 4 ist eine Ausführungsform einer Datenerfassungssequenz 102, welche spektral-räumliche Impulse 104, 106 wie vorstehend beschrieben enthält, dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Sequenz 102 für die Bildgebung eines metabolischen Vorgangs angepasst. Diesbezüglich kann die Anregungsfrequenz der spektral-räumlichen Impulse 104, 106 auf die Resonanzfrequenz eines hyperpolarisierten Kontrastmittels (z.B. eines metabolischen Reaktanten) festgelegt sein. Beispielsweise kann die Anregungsfrequenz der spektral-räumlichen Impulse 104, 106 so ausgelegt sein, dass sie die Kerne von hyperpolarisierten mit 13C markierten Pyruvat anregt. Es ist jedoch zu erkennen, dass weitere Substanzen mit anderen anregbaren Kernen gleichermaßen anwendbar sind (wie z.B. andere 13C-angereicherte Verbindungen oder Substanzen mit 15-N, 31-P, 19-F, 29-Si, 129-Xe Kernen und andere NMR-relevanten Kerne).
Die Erfassungssequenz 102 beginnt mit der Emission eines ersten spektral-räumlichen Impulses 104, welcher eine Anregung einer Substanz mit entsprechender Resonanzfrequenz bewirkt. Ein zweiter spektral-räumlicher Impuls 106 (d.h., ein nachfolgender HF-Impuls) wird dann bei derselben Frequenz wie der erste spektral-räumliche Impuls 104 gesendet. Der zweite spektral-räumliche Impuls 106 wird bevorzugt zu einem Zeitpunkt in der Mitte zwischen der Anwendung des ersten spektral-räumlichen Impulses 104 und der Spitze eines Spinechos 108 angelegt (d.h. nach einer halben Echozeit (TE), TE/2). Bevorzugt haben spektral-räumliche Impulse 104, 106 Kippwinkel von angenähert 90 Grad. Gemäß Darstellung in 4 erzeugt die Kombination der ersten und zweiten spektral-räumlichen Impulse 104, 106 ein Spinecho 108 (d.h. Hahn-Echo). Ein Auslese- oder Daten-Abtast/Erfassungs-Stadium 109 beginnt nach der Anlegung des zweiten spektral-räumlichen Impulses 106, und Signale aus dem Spinecho 108 werden abgetastet oder anderweitig erfasst (d.h., ein erster Satz von MR-Signalen wird erfasst). Das Auslesen kann die Form von mehreren allgemein bekannten Erfassungssequenzen, wie z.B. einem EPI-Auslesevorgang (EPI - Echo Planer Imaging) (z.B. Spinecho-EPI), einem RARE-Auslesevorgang (RARE - Rapid Acquisition with Relaxation Enhancement)- einem TrueFISP-Auslesevorgang (TrueFISP - True Fast Imaging with Steady Precession) oder Varianten davon annehmen. Die aus dem Spinecho erfassten MR-Signale weisen Signale aus der angeregten Substanz (z.B. dem mit 13-C markierten Pyruvat) auf, und sind auf eine Scheibe oder interessierendes Volumen beschränkt.
Nach Erfassung der spektral und räumliche beschränkten Signale aus dem Spinecho 108 verzögert die Erfassungssequenz 102 einen Rest einer vorbestimmten Verzögerungsperiode 110, deren Länge ab der Anlegung des zweiten spektral-räumlichen Impulses 106 an gemessen wird. Obwohl die vordefinierte Verzögerungsperiode 110 in 4 als von der Anlegung des zweiten spektral-räumlichen Impulses 106 aus gemessen dargestellt ist, ist es auch erkennbar, dass die vorbestimmte Verzögerungsperiode 110 auch eine von der Einführung des hyperpolarisierten Kontrastmittels in dem Patienten aus gemessene Zeitperiode sein könnte. Die vordefinierte Verzögerungsperiode 110 weist eine metabolische Vermischungszeit Tm₁ auf, die das Stattfinden einer ausreichenden Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels ermöglicht. D.h., die metabolische Vermischungszeit Tm₁ erlaubt eine Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels in mehrere metabolische Produkte. Diese metabolischen Produkte können, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Lactat, Alalin und Bikarbonat umfassen. Die Länge der metabolischen Vermischungszeit Tm₁ kann von einem Systembediener gewählt werden und kann sich über mehrere T₁ Abfallperioden (z.B. 3 T₁-Perioden) erstrecken, wobei sie nur durch die Länge der Zeit bestimmt ist, die das Kontrastmittel in einem hyperpolarisierten Zustand verbleibt.
Nachdem die metabolische Vermischungszeit Tm₁ verstrichen ist, wird ein dritter HF-Impuls 112 (d.h., ein Leseimpuls) angelegt, um eine gewünschte Anzahl von Frequenzen anzuregen. In einer Ausführungsform ist der dritte HF-Impuls 112 ein nicht-spektral selektiver Lese-HF-Impuls, der dafür ausgelegt ist, die Anregung der Resonanzfrequenz für das hyperpolarisierte Kontrastmittel sowie der Resonanzfrequenzen von jedem der metabolischen Produkte zu bewirken. In einer weiteren Ausführungsform ist jedoch der dritte HF-Impuls 112 ein spektral selektiver Impuls, der dafür ausgelegt ist, für ein spezifisches metabolisches Produkt spektral selektiv zu sein. Nach Anlegen des dritten HF-Impulses 112 wird ein stimuliertes Echo 114 gebildet, aus welchem ein zweiter Satz von MR-Signalen abgetastet oder anderweitig erfasst wird. Insbesondere erzeugt die Kombination des ersten spektralen räumlichen Impulses 104, des zweiten spektral-räumlichen Impulses 106 und des dritten HF-Impulses 112 das stimulierte Echo 114. Abhängig von der spektralen Selektivität (d.h., unabhängig davon, ob der dritte HF-Impuls spektral selektiv oder nicht-spektral selektiv ist) des dritten HF-Impulses 112, der angelegt wird, können die in dem stimulierten Echo 114 enthaltenen Signale Signale aus dem ursprünglichen hyperpolarisierten Kontrastmittel, einem spezifizierten metabolischen Produkt, oder dem hyperpolarisierten Kontrastmittel und mehreren von den während der metabolischen Vermischungszeit Tm₁ erzeugten metabolischen Produkten sein.
Gemäß Darstellung in 4 ist es vorstellbar, dass zusätzliche spektral selektive oder nicht-spektral selektive Lese-HF-Impulse 116 in der Erfassungssequenz 102 angelegt werden können. D.h. Signale für das ursprüngliche hyperpolarisierte Kontrastmittel und/oder Signale von einem oder mehreren metabolischen Produkten können bei zusätzlichen variierten metabolischen Vermischungszeiten (Tm₂, Tm₃ ..) mittels zusätzlicher stimulierter Echos 118 erfasst werden. Somit können die Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels und die Ausbildung von metabolischen Produkten an variierenden Punkten in den T1-Abfallperioden des angeregten hyperpolarisierten Kontrastmittels (d.h. über mehrere T1-Abfallperioden des angeregten hyperpolarisierten Kontrastmittels) gemessen werden. Um die Signalstärke in jedem der stimulierten Echos 114, 118, die von dem einen oder mehreren Lese-HF-Impulsen 112, 116 erzeugt werden, aufrechtzuerhalten, können die Lese-HF-Impulse 112, 118 niedrige Kippwinkel (a) haben, wie z.B. 15 Grad. Die Impulse für niedrige Kippwinkel ermöglichen die Erzeugung mehrerer stimulierter Echos 114, 118 und ermöglichen die Erfassung von Signalen aus jedem dieser stimulierten Echos 114, 118. Die Anzahl zusätzlicher Lese-HF-Impulse 116, die in der Erfassungssequenz 102 angewendet werden können, ist nur durch die Längsrelaxationszeit des angeregten hyperpolarisierten Kontrastmittels beschränkt.
Gemäß Darstellung in 4 werden Gradientenimpulse 140 auch während der Erfassungssequenz 102, 120 als G1- und G2-Gradienten angelegt. Die Gradienten G1, G2 entsprechen Gradienten, die entlang einem Paar beliebiger Achsen (z.B. orthogonaler Achsen) angelegt werden, und die Gradientenimpulse 140 sind Zerstörungsgradienten mit der Funktion, Spinechoantworten und rephasierte stimulierte Echoantworten zu zerstören. Es ist vorstellbar, dass variierende Gradienten G1, G2 angelegt werden können, so dass sie der gewünschten Datenerfassung aus der spezifizierten Erfassungssequenz entsprechen, und dass Gradientenimpulsmuster nicht auf die in 4 dargestellten beschränkt sind.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Datenerfassungssequenz 120, welche einen spektral-räumlichen Impuls 122 enthält, dargestellt. In der Ausführungsform von 5 beginnt die Erfassungssequenz 120 mit der Emission eines spektral-räumlichen Impulses 122, welcher eine Anregung des hyperpolarisierten Kontrastmittels mit entsprechender Resonanzfrequenz bewirkt. Ein nachfolgender HF-Impuls 124 wird dann in der Form eines nicht-spektral selektiven HF-Impulses gesendet. Der nachfolgende HF-Impuls 124 bewirkt eine Anregung für eine Anzahl von metabolischen Produkten, die sich nach der in vivo Einführung des hyperpolarisierten Kontrastmittels auszubilden beginnen. Bevorzugt weisen der spektral-räumliche Impuls 122 und der nachfolgende HF-Impuls 124 Kippwinkel von angenähert 90 Grad auf, und bevorzugt wird der nachfolgende HF-Impuls 124 zu einem Zeitpunkt von TE/2 nach dem spektral-räumlichen Impuls 122 angelegt. Von dem ersten spektral-räumlichen Impuls 122 und dem nachfolgenden HF-Impuls 124 werden Signale 126 mit freiem Induktionsabfall (FID - free induction decay)) und ein Spinechosignal 128 erzeugt. Insbesondere erzeugt der nicht-spektral selektive nachfolgende HF-Impuls 124 FID-Signale 126 für das hyperpolarisierte Kontrastmittel sowie für jedes von den metabolischen Produkten, die aus der Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastelementes erzeugt werden. Die Kombination des spektral-räumlichen Impulses 122 und des nachfolgenden HF-Impulses 124 erzeugt Spinecho-(d.h. Hahn-Echo-)-Signale 128 nur aus dem hyperpolarisierten Kontrastmittel. Ein Auslese- oder Daten-Abtast/Erfassungs-Stadium 129 beginnt nach der Emission des nachfolgenden HF-Impulses 124, um die FID-Signale 126 und die Spinechosignale 128 zu erfassen, und die FID- und Spinecho-Signale 126, 128 werden während des Auslese- oder Daten-Abtast/Erfassungs-Stadiums 129 abgetastet oder anderweitig erfasst.
Weiter ermöglicht gemäß 5, nach der Erfassung der spektral und räumlich beschränkten Signale aus dem Spinecho 128 und den FID-Signalen 126, die Erfassungssequenz 120, dass der Rest einer vordefinierten Verzögerungsperiode 130 (d.h. der metabolischen Vermischungszeit Tm₁) verstreicht. Die metabolische Vermischungszeit Tm₁ ermöglicht das Stattfinden einer ausreichenden Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels dergestalt, dass mehrere metabolische Produkte erzeugt werden, wie z.B. Lactat, Alanin und Bikarbonat.
Nachdem die metabolische Vermischungszeit Tm₁ verstrichen ist, wird ein spektral selektiver oder nicht-spektral selektiver Lese-HF-Impuls 132 angelegt, um mehrere Frequenzen anzuregen. Der Lese-HF-Impuls 132 kann so ausgelegt sein, dass er eine Anregung der Resonanzfrequenz für ein spezifiziertes metabolisches Produkt oder der Resonanzfrequenz für das hyperpolarisierte Kontrastmittel sowie jedes der metabolischen Produkte bewirkt. Nach Anlegung des Lese-HF-Impulses 1323 wird ein stimuliertes Echo 134 erzeugt. Die in dem stimulierten Echo 134 enthaltenen Signale können Signale für das ursprüngliche hyperpolarisierte Kontrastmittel zusammen mit Signalen aus einem oder mehreren von den während der metabolischen Vermischungszeit Tm₁ erzeugten metabolischen Produkten enthalten.
Gemäß Darstellung in 5 ist es vorstellbar, dass zusätzliche Lese-HF-Impulse 136 ebenfalls in der Erfassungssequenz 120 angelegt werden können. D.h. Signale für das ursprüngliche hyperpolarisierte Kontrastmittel und/oder Signale aus einem oder mehreren von den metabolischen Produkten können bei zusätzlichen metabolischen Vermischungszeiten (Tm₂, Tm₃ ...) mittels zusätzlicher stimulierter Echos 138 erfasst werden. Somit können die Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels und die Ausbildung von metabolischen Produkten zu variierenden Zeitpunkten in den T1-Abfallperioden gemessen werden.
Gemäß Darstellung in 5 werden die Gradientenimpulse 140 während der Erfassungssequenz 102, 120 als G1- und G2-Gradienten angelegt und entsprechen Gradienten, die entlang einem Paar beliebiger Achsen (z.B. orthogonaler Achsen) angelegt werden. Die Gradientenimpulse 140 sind Zerstörungsgradienten mit der Funktion, Spinechoantworten und rephasierte stimulierte Echoantworten zu zerstören. Es ist vorstellbar, dass variierende Gradienten G1, G2 angelegt werden können, so dass sie der gewünschten Datenerfassung aus der spezifizierten Erfassungssequenz entsprechen, und dass Gradientenimpulsmuster nicht auf die in 5 dargestellten beschränkt sind.
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Technik 142 zur spektroskopischen Bildgebung eines hyperpolarisierten Kontrastmittels und seiner metabolischen Produkte gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Ein hyperpolarisiertes Kontrastmittel wird in ein abzubildendes Versuchsobjekt bei einem Block 144 eingeführt. Anschließend wird eine Serie von zwei HF-Impulsen bei dem Block 146 gesendet. Die Serie der zwei HF-Impulse kann für eine spezifische Zeitdauer nach der Einführung des Mittels verzögert sein, um eine Perfusion in die Gewebe zu ermöglichen, oder dass das Mittel ein Organ von diagnostischem Interesse erreicht. Wenigstens einer von den zwei HF-Impulsen wird bei der Resonanzfrequenz des Kontrastmittels gesendet, um die Anregung des Kontrastmittels zu induzieren, und wenigstens einer von den zwei HF-Impulsen wird zusammen mit einem scheibenselektiven Gradienten gesendet, um einen spektral-räumlichen Impuls zu erzeugen, der die Anregung auf eine Scheibe oder ein interessierendes Volumen beschränkt. Bei dem Block 148 wird eine Verzögerung der metabolischen Vermischungszeit nach der Anlegung des zweiten von der Serie der zwei HF-Impulse gestartet. Sobald die Anregung abgeschlossen ist, beginnt dann eine Signalauslesung bei dem Block 150, während welcher MR-Daten aus Spinechosignalen erfasst werden, die sich aus der Serie der zwei HF-Impulse ergeben, wobei die Signale auf das angeregte hyperpolarisierte Kontrastmittel begrenzt sind. Ferner enthalten in einer Ausführungsform die MR-Daten zusätzlich FID-Signale, die sich aus der Serie der zwei HF-Impulse ergeben, wenn einer dieser Impulse nicht-spektral selektiv ist.
Die Technik 142 fährt fort, indem der Rest der metabolischen Vermischungszeitverzögerung abgewartet wird, die bei dem Block 148 während der Anlegung des zweiten von der Serie der zwei HF-Impulse gestartet wird. Die Verzögerung der metabolischen Vermischungszeit ermöglicht eine Metabolisierung des hyperpolarisierten Kontrastmittels in dem Patienten und die Ausbildung von metabolischen Produkten. Nach Abschluss der Verzögerung der metabolischen Vermischungszeit wird ein Lese-HF-Impuls (spektral oder nicht-spektral selektiv) bei dem Block 152 angelegt, um die Resonanzfrequenzen des hyperpolarisierten Kontrastmittels und/oder eines oder mehrerer metabolischer Produkte anzuregen. Sobald die Anregung abgeschlossen ist, beginnt dann eine Signalauslesung bei dem Block 154, während welcher MR-Daten aus einem stimulierten Echo erfasst werden, das aus der Anlegung des Lese-HF-Impulses (z.B. eines spektral oder nicht-spektral selektiven Impulses) erzeugt wird. Die MR-Daten enthalten Signale aus dem hyperpolarisierten Kontrastmittel und/oder von dem einen oder den mehreren metabolischen Produkten. Einer oder mehrere zusätzliche Lese-HF-Impulse können bei dem Block 156 (spektral oder nicht-spektral selektiv) angelegt werden, wobei jeder Impuls ein zusätzliches stimuliertes Echosignal erzeugt, das bei dem Block 158 ausgelesen wird. Sobald alle MR-Daten erfasst worden sind, werden die Daten verarbeitet, um gemäß einer beliebigen von bekannten Rekonstruktionstechniken bei dem Block 160 eine räumliche Zuordnung auszuführen oder ein spektroskopisches Bild zu rekonstruieren.
Man erkennt, dass die Anwendung der Technik 142 nicht auf einen spezifischen Typ einer räumlichen Abbildung beschränkt ist. Beispielsweise könnte die Technik 142 in einem Einzel-Voxel-Modus, wie z.B. STEAM, in welchem die Sequenz von drei (vorstehend im Detail beschriebenen) HF-Impulsen mit orthogonalen Gradienten angewendet wird, um ein interessierendes metabolisches Volumen ohne weitere räumliche Abbildung auszuwählen. Die Technik 142 ist jedoch auch auf weitere räumlich beschränkte und nicht-räumlich beschränkte spektroskopische Bildgebungstechniken anwendbar.
In 1 ist die spektrale Trennung des 13C-1-Pyruvats und dessen metabolischer Produkte bei 3T dargestellt. Wie hierin dargestellt, wird eine selektive Anregung für das 13C-1-Pyruvat durch einen spektral beschränkten HF-Anregungsimpuls erzielt. Signale aus dem 13C-1-Pyruvat und den metabolischen Produkte können mittels der in 6 dargestellten Technik erfasst werden.
8 stellt die Dynamik und das metabolische Verhalten des 13C-1-Pyruvats und dessen Metabolisierung in metabolische Produkte in Bezug auf den Zeittakt der Anlegung einer spektral-räumlichen stimulierten Echosequenz, wie z.B. den in 4 und 5 dargestellten Impulssequenzen, dar. In der von einer in 8 dargestellten exemplarischen Impulssequenz dargestellten Ausführungsform wird eine Serie von zwei HF-Impulsen 162, 164 gesendet. Wenigstens einer von den zwei HF-Impulsen wird bei der Resonanzfrequenz des Kontrastmittels (d.h., 13C-1-Pyruvat) gesendet, um eine Anregung des Kontrastmittels zu induzieren, und wenigstens einer von den zwei HF-Impulsen wird zusammen mit einem scheibenselektiven Gradienten gesendet, um eine spektral-räumlichen Impuls zu erzeugen, der die Anregung auf eine interessierende Scheibe oder ein Volumen begrenzt. Gemäß Darstellung ist die Serie der zwei HF-Impulse 162, 164 durch eine Zeit TE/2 getrennt, welche die Hälfte der Zeit zwischen der Anregung des ersten HF-Impulses 162 und der Spitze eines durch die Serie der zwei HF-Impulse 162, 164 erzeugten (nicht dargestellten) Spinechos ist. Wie es weiter in 8 dargestellt ist, erfolgt eine Anlegung eines nicht-spektral selektiven HF-Impulses 166 für die Erzeugung eines stimulierten Echos nicht, bis eine vorbestimmte Verzögerungsperiode 167 (d.h., eine metabolische Vermischungszeit, Tm) abgelaufen ist, während welcher sich das 13C-1-Pyruvat in einem ausreichenden Umfang metabolisieren kann. Eine spektroskopische Bilderfassung 168 kann durch Auslösen des durch den dritten HF-Impuls 166 stimulierten Echos erzielt werden.
Ein technischer Beitrag für das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung besteht darin, dass sie eine Computer-implementierte gewebespezifische MR-Bildgebung von Metaboliten unter Anwendung von spektral-räumlich erzeugten stimulierten Echos bereitstellt. Spektral-räumliche Funkfrequenz-(HF)-Impulse werden zur Erzeugung einer Magnetisierung in einem spezifischen Frequenzprofil ohne signifikante Beeinträchtigung benachbarter Scheiben oder naher Frequenzbereiche verwendet. Ein spektral oder nicht-spektral selektiver HF-Impuls wird dann zum Erzeugen eines stimulierten Echos verwendet, um eine Magnetisierung über ein breites Frequenzprofil zu erzeugen, was die Auslesung eines metabolischen Prozesses als ein spektroskopisches Bild ermöglicht.
Daher enthält gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Magnetresonanz-(MR)-Spektroskopiesystem mehrere Gradientenspulen, eine HF-Spulenanordnung, und eine Systemsteuerung. Die Systemsteuerung ist dafür programmiert, die HF-Spulenanordnung zu veranlassen, einen ersten HF-Impuls und einen zweiten HF-Impuls auszusenden, wobei wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen spektral selektiv und wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen räumlich selektiv ist. Die Systemsteuerung ist auch so programmiert, dass sie die HF-Spulenanordnung veranlasst, einen dritten HF-Impuls nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung auszusenden, um ein stimuliertes Echo zu erzeugen und MR-Signale zu detektieren, die sich aus dem stimulierten Echo ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält ein Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung die Anregung einer Resonanzfrequenz eines Kontrastmittels, eine räumliche Beschränkung der Anregung des Kontrastmittels auf eine interessierende Scheibe oder ein Volumen und die Detektion eines ersten Satzes von MR-Signalen aus der räumlich beschränkten Anregung des Kontrastmittels. Das Verfahren beinhaltet auch nach einer metabolischen Vermischungszeit die Anregung von Resonanzfrequenzen für das Kontrastmittel und wenigstens eines aus dem Kontrastmittel erzeugten metabolischen Produktes, die Detektion eines zweiten Satzes von MR-Signalen, die sich aus der Anregung des Kontrastmittels und des wenigstens einen metabolischen Produktes nach der metabolischen Vermischungszeit ergeben, und die Erzeugung eines spektroskopischen Bildes aus dem detektierten ersten und zweiten Satz von MR-Signalen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein computerlesbares Speichermedium ein darauf gespeichertes Computerprogramm, das eine Sequenz von Instruktionen repräsentiert, die, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer veranlassen, eine Aussendung eines spektral-räumlichen Impulses bei der ersten Frequenz anzufordern und die Aussendung eines nachfolgenden HF-Impulses anzufordern, wobei der spektral-räumliche Impuls und der nachfolgende HF-Impuls ein Spinecho erzeugen. Die Sequenz von Instruktionen bewirkt auch, dass der Computer die Aussendung wenigstens eines eine oder mehrere Frequenzen umfassenden Lese-HF-Impulses mit dem spektral-räumlichen Impuls, dem nachfolgenden HF-Impuls und dem wenigstens einen ein stimuliertes Echo erzeugenden Lese-HF-Impulses, umfasst. Die Sequenz der Instruktionen veranlasst ferner den Computer, Magnetresonanz-(MR)-Signale aus dem Spinecho und dem stimulierten Echo zu erfassen, um ein spektroskopisches Bild zu generieren und die MR-Signale im Computerspeicher zu speichern.
Die Erfindung wurde in Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, und man erkennt, dass Äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben den ausdrücklich dargestellten möglich sind und innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche liegen. Die Reihenfolge und Sequenz von Prozess oder Verfahrensschritten kann variiert oder gemäß alternativen Ausführungsformen anders angeordnet werden.
Ein System für Magnetresonanz-(MR)-Spektroskopie 10 enthält mehrere um eine Bohrung eines Magneten 52 herum angeordnete Gradientenspulen 50 und eine HF-Spulenanordnung 56, die mit einem Impulsgenerator 38 gekoppelt ist, um HF-Impulssequenzen zu emittieren, und dafür eingerichtet ist, sich daraus ergebende MR-Signale aus einem interessierenden Versuchsobjekt zu empfangen. Eine Systemsteuerung 32 ist ebenfalls in dem MR-Spektroskopiesystem enthalten und ist mit den mehreren Gradientenspulen 50 und der HF-Spulenanordnung 56 gekoppelt. Die Systemsteuerung 32 ist dafür programmiert, die HF-Spulenanordnung 56 zu veranlassen, einen ersten HF-Impuls 104 und einen zweiten HF-Impuls 106 zu emittieren, wobei wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen spektral selektiv ist und wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen räumlich selektiv ist. Die Systemsteuerung 32 ist auch dafür programmiert, die HF-Spulenanordnung 56 zu veranlassen, einen dritten HF-Impuls 112 nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung 110 zu emittieren, um ein stimuliertes Echo 114 zu erzeugen und sich aus dem stimulierten Echo 114 ergebende MR-Signale zu detektieren.
Bezugszeichenliste

10: Magnetresonanz-Bildgebungs-(MRI)-System
12: Bedienerkonsole
13: Tastatur oder andere Eingabevorrichtung
14: Bedienungsfeld
16: Anzeigebildschirm
18: Verbindung
20: Computersystem
20a: Rückwandplatine
22: Bildprozessormodul
24: CPU-Modul
26: Speichermodul
32: Systemsteuerung
32a: Rückwandplatine
34: Serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung
36: CPU-Modul
38: Impulsgeneratormodul
40: Serielle Verbindung
42: Gradientenverstärker
44: Physiologieerfassungs-Steuerung
46: Scan-Raum-Schnittstellenschaltung
48: Patientenpositionierungssystem
50: Gradientenspulenanordnung
52: Magnetanordnung
54: Polarisierungsmagnet
56: Ganzkörper-HF-Spule
58: Sender/Empfänger-Modul
60: HF-Verstärker
62: Sende/Empfangs-Umschalter
64: Vorverstärker
66: Speichermodul
68: Array-Prozessor
80: Spektral-räumlicher Anregungsimpuls
82: HF-Teilelemente
84: Scheibencodierungsgradient
86: Obere graphische Darstellung
88: Untere graphische Darstellung
92: Primäre Quermagnetisierung
94: Quermagnetisierung außerhalb der primären Scheibe
96: Längsmagnetisierung
98: Längsmagnetisierung außerhalb der primären Scheibe
102: Datenerfassungssequenz
104: Erster spektral-räumlicher Impuls
106: Zweiter spektral-räumlicher Impuls
108: Spinecho
109: Daten-Abtast/Erfassungs-Stadium
110: Vordefinierte Verzögerungsperioden/Vermischungszeit
112: Dritter HF-Impuls
114: Stimuliertes Echo
116: Zusätzliche Lese-HF-Impulse
118: Zusätzliche stimulierte Echos
120: Datenerfassungssequenz
122: Spektral-räumlicher Impuls
124: nachfolgender HF-Impuls
126: Signal mit freiem Induktionsabfall (FID)
128: Spinechosignal
130: Vordefinierte Verzögerungsperiode/Vermischungszeit
132: Lese-HF-Impuls
134: Stimuliertes Echo
136: Zusätzliche Lese-HF-Impulse
138: Zusätzliche stimulierte Echos
140: Gradientenimpulse
142: Spektroskopische Bildgebungstechnik
144: Einführen von hyperpolarisiertem Kontrastmittel
146: Senden einer Serie von zwei HF-Impulsen
148: Starten der metabolischen Vermischungszeitverzögerung
150: Signalauslesen
152: Anlegen eines Lese-HF-Impulses
154: Signalauslesen
156: Anlegen zusätzlicher Lese-HF-Impulse
158: Auslesen zusätzlicher stimulierter Echosignale
160: Spektroskopische Bildrekonstruktion
162: HF-Impuls
164: HF-Impuls
166: Nicht-spektral selektiver HF-Impuls
167: Vorbestimmte Verzögerungsperiode
168: Spektroskopische Bilderfassung

Claims

Magnetresonanz-(MR)-Spektroskopiesystem (10), aufweisend: mehrere Gradientenspulen (50), die um eine Bohrung eines Magnetes (52) herum angeordnet sind; eine HF-Spulenanordnung (56), die mit einem Impulsgenerator (38) gekoppelt ist, um HF-Impulssequenzen zu emittieren, und dafür eingerichtet ist, sich ergebende MR-Signale aus einem interessierenden Versuchsobjekt zu empfangen; und eine Systemsteuerung (32), die mit den mehreren Gradientenspulen (50) und der HF-Spulenanordnung (56) gekoppelt ist, wobei die Systemsteuerung so programmiert ist, dass sie die HF-Spulenanordnung (56) veranlasst: einen ersten HF-Impuls (104) und einen zweiten HF-Impuls (106) zu emittieren, wobei wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen spektral selektiv ist und wenigstens einer von den ersten und zweiten HF-Impulsen räumlich selektiv ist; und einen dritten HF-Impuls (112) nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung (110) zu emittieren, um ein stimuliertes Echo (114) zu erzeugen; und MR-Signale zu detektieren, die sich aus dem stimulierten Echo (114) ergeben, wobei der wenigstens eine von dem ersten HF-Impuls und dem zweiten HF-Impuls (104, 106), der spektral selektiv ist, dafür ausgelegt ist, einen metabolischen Reaktanten bei einer spezifizierten Frequenz anzuregen, wobei die vorbestimmte Zeitverzögerung (110) eine Vermischungszeit aufweist, die von der Emission des zweiten HF-Impulses (106) ausgehend gemessen wird, wobei die Vermischungszeit (110) so ausgelegt ist, dass sie dem metabolischen Reaktanten ermöglicht, sich in mehrere metabolische Produkte zu metabolisieren.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dafür programmiert ist, spektral-räumlich selektive MR-Signale zu detektieren, die sich aus den ersten und zweiten HF-Impulsen (104, 106) ergeben.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 2, wobei die spektral-räumlich selektiven MR-Signale, die sich aus den ersten und zweiten HF-Impulsen (104, 106) ergeben, wenigstens ein Signal (126) mit freiem Induktionsabfall (FID) und ein Spinechosignal (108) aufweisen.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 1, wobei der metabolische Reaktant 13C-1-Pyruvat aufweist.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Systemsteuerung (32) ferner dafür programmiert ist, die HF-Spulenanordnung (56) zu veranlassen, zusätzliche HF-Impulse (116) nach zusätzlichen Zeitverzögerungen anschließend an die vorbestimmte Zeitverzögerung (110) auszusenden, wobei die zusätzlichen HF-Impulse (116) zusätzliche stimulierte Echos (118) erzeugen.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 5, wobei wenigstens einer von dem dritten HF-Impuls (112) und den zusätzlichen HF-Impulsen (116) ein nicht-spektral selektiver Impuls ist und die MR-Signale, die sich aus dem stimulierten Echo (114, 118) ergeben, Signale aus einem metabolischen Reaktanten enthalten und Signale von mehreren metabolischen Produkten enthalten, die während der vorbestimmten Zeitverzögerung (110) gebildet werden.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine von dem dritten HF-Impuls (112) und den zusätzlichen HF-Impulsen (116) für ein spezifisches metabolisches Produkt spektral selektiv ist.
MR-Spektroskopiesystem (10) nach Anspruch 5, wobei der dritte HF-Impuls (112) und die zusätzlichen HF-Impulse (116) Impulse mit geringen Kippwinkeln sind.