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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um mittels einer Magnetresonanzanlage ein Differenzbild aus zwei MR-Bildern zu erstellen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Die
DE 10 2008 011 098 A1 betrifft ein Einzel-Punkt-Bildgebungsverfahren, bei welchem ein freies Induktionssignal zu mehreren Abtastzeitpunkten abgetastet wird. Dabei werden nach einer Einstrahlung eines Hochfrequenz-Anregungspulses mehrere K-Raum-Punkte gemessen.
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Die
DE 44 23 806 C1 beschreibt eine MR-Bildgewinnung über eine Folge von Einzelmessungen.
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Durch ein Erfassen von MR-Daten mit sehr kurzen Echozeiten (< 500 μs) bieten sich in der Magnetresonanztomographie neue Anwendungsgebiete. Dadurch ist es möglich, Stoffe oder Gewebe darzustellen, welche mittels herkömmlicher Sequenzen, wie z. B. einer (T)SE-Sequenz (”(Turbo) Spin Echo”) oder einer GRE-Sequenz (”Gradient Echo”), nicht dargestellt werden können, da ihre T2-Zeit deutlich kürzer als die Echozeit ist und somit ein entsprechendes Signal von diesen Stoffen oder Geweben zum Aufnahmezeitpunkt bereits zerfallen ist. Mit Echozeiten, welche im Bereich der entsprechenden Zerfallszeit liegen, ist es beispielsweise möglich, Knochen, Zähne oder Eis in einem MR-Bild darzustellen, obwohl die T2-Zeit dieser Objekte in einem Bereich von 30–80 μs liegt.
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Nach dem Stand der Technik sind bereits Sequenzen bekannt, welche eine sehr kurze Echozeit ermöglichen. Neben der radialen UTE-Sequenz (”Ultrashort Echo Time”) gibt es den Ansatz, den K-Raum punktartig abzurastern, indem der freie Induktionszerfall (FID (”Free Inducation Decay”)) erfasst wird. Ein solches Verfahren wird auch als Einzelpunkt-Bildgebung bezeichnet, da pro HF-Anregung im Wesentlichen nur ein Rohdatenpunkt bzw. K-Raum-Punkt im K-Raum erfasst wird.
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Ein Beispiel für ein solches Verfahren zur Einzelpunkt-Bildgebung ist das RASP-Verfahren (”Rapid Single Point (RASP) Imaging”, O. Heid, M. Deimling, SMR, 3rd Annual Meeting, Seite 684, 1995). Gemäß dem RASP-Verfahren wird zu einem festen Zeitpunkt nach der HF-Anregung zur ”Echozeit” TE ein Rohdatenpunkt im K-Raum ausgelesen, dessen Phase von Gradienten kodiert wurde. Die Gradienten werden mittels der Magnetresonanzanlage für jeden Rohdatenpunkt bzw. Messpunkt geändert und somit der K-Raum Punkt für Punkt abgetastet.
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Zur Erstellung eines Bildes, welches nur Stoffe oder Gewebe darstellt, welche eine sehr kurze T2-Zeit aufweisen, wie z. B. Knochen, ist es nach dem Stand der Technik üblich, beispielsweise das RASP-Verfahren zweimal durchzuführen, wobei das RASP-Verfahren bei dem ersten Durchgang mit einer derart kurzen Echozeit TE arbeitet, das z. B. die Knochen noch ein Signal liefern, und wobei das RASP-Verfahren bei dem zweiten Durchgang mit einer entsprechend längeren Echozeit TE arbeitet, so dass die Knochen kein Signal mehr liefern. Jeder Durchgang des RASP-Verfahrens liefert jeweils ein Bild, wobei die derart erstellten beiden Bilder voneinander abgezogen werden, so dass im resultierenden Differenzbild nur noch Gewebe oder Stoffe dargestellt sind, welche eine sehr kurze T2-Zeit aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein solches Differenzbild schneller (mit einer kürzeren Gesamtmesszeit) zu erzeugen, als es nach dem Stand der Technik möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Differenzbildes nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Differenzbildes nach Anspruch 6, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Differenzbildes mit einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Bei diesem Verfahren wird nach einem Einstrahlen eines HF-Anregungspulses nur ein K-Raum-Punkt in einem dem Differenzbild zugeordneten K-Raum-Datensatz zumindest zweimal erfasst. Dazu werden entweder zwei oder drei Phasenkodiergradienten in jeweils einer Raumrichtung geschaltet und nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses der eine K-Raum-Punkt das erste Mal ausgelesen. Anschließend werden die Phasenkodiergradienten derart geändert, dass für eine Zeitspanne vom ersten Auslesen des K-Raum-Punktes bis zu einem zweiten Auslesen des K-Raum-Punktes ein Gradientenmoment für jeden der Phasenkodiergradienten gleich Null ist. Nachdem diese Bedingung (Gradientenmoment gleich Null) für jeden der Phasenkodiergradienten erfüllt ist, wird der K-Raum-Punkt zum zweiten Mal ausgelesen, ohne dass dazu ein weiterer HF-Anregungspuls eingestrahlt worden ist.
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Erfindungsgemäß werden die MR-Daten im K-Raum demnach mittels einer Einzelpunkt-Bildgebung erfasst, bei welcher pro Phasenkodierschritt (Schalten der Phasenkodiergradienten) nur ein Messpunkt bzw. K-Raum-Punkt (auch mehrmals) aufgenommen wird. Dabei wird ein Hochfrequenz-Puls zur Anregung erzeugt und ein einziger Messpunkt im K-Raum nach dieser Anregung mindestens zweimal abgetastet, indem insbesondere das freie Induktionssignal mindestens zweimal erfasst wird. Aufgrund der direkten oder reinen Phasenkodierung (mittels der Phasenkodiergradienten) zur Ortskodierung ist die Einzelpunkt-Bildgebung nahezu unbeeinflusst von Inhomogenitäten des B0-Feldes, von Veränderungen der magnetischen Suszeptibilität und von Artefakten der chemischen Verschiebung.
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Indem pro HF-Anregungspuls nicht nur ein Ergebnis, sondern mehrere Ergebnisse für den entsprechenden K-Raum-Punkt erfasst werden, können vorteilhafterweise nach einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für alle abzutastenden Punkte des K-Raums quasi in einem Durchgang mehrere MR-Bilder konstruiert werden. Nach dem Stand der Technik sind dazu beispielsweise mit dem RASP-Verfahren mehrere Durchgänge notwendig, so dass sich die Messzeit bei der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik zumindest halbiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können mit nur einer Durchführung vorteilhafterweise beliebig viele MR-Bilder mit verschiedenen Echozeiten erstellt werden.
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Damit das Gradientenmoment für jeden der Phasenkodiergradienten in der Zeitspanne vom ersten Auslesen bis zu dem zweiten Auslesen gleich Null ist, werden die Phasenkodiergradienten jeweils beginnend beim ersten Auslesen auf Null heruntergefahren.
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Wenn die Phasenkodiergradienten nach dem Herunterfahren auf Null einen weiteren Verlauf aufweisen, so dass ein Gradientenmoment, welches durch das Herunterfahren entstanden ist, ausgeglichen wird, bietet das Herunterfahren der Phasenkodiergradienten die Möglichkeit, das zweite Auslesen möglichst zeitnah nach dem ersten Auslesen dürchzuführen.
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Vorteilhafterweise werden die Phasenkodiergradienten nach dem Herunterfahren jeweils derart geschaltet, dass sie im Vergleich zu dem jeweiligen Phasenkodiergradienten beim Herunterfahren einen invertierten Wert aufweisen. D. h. sollte der jeweilige Phasenkodiergradient beim Herunterfahren von einem positiven (negativen) Wert heruntergefahren werden, so weist der entsprechende Phasenkodiergradient nach dem Herunterfahren zum Ausgleich des bei dem Herunterfahren entstandenen Gradientenmoments einen negativen (positiven) Wert auf.
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Dadurch ist sichergestellt, dass das bei dem Herunterfahren entstandene Gradientenmoment vorteilhafterweise recht schnell ausgeglichen werden kann, um denselben K-Raum-Punkt zum zweiten Mal auszulesen.
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Um denselben K-Raum-Punkt ein drittes, viertes, usw. Mal auszulesen, bleiben die Phasenkodiergradienten vorteilhafterweise ausgeschaltet, sobald das Gradientenmoment seit dem ersten Auslesen den Wert Null aufweist.
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Erfindungsgemäß wäre es auch möglich, dass die Phasenkodiergradienten zwischen dem zweiten und dem dritten Auslesen nicht ausgeschaltet sind, aber jeweils ein Gradientenmoment von Null aufweisen. Wichtig ist, dass das Gradientenmoment für jeden Phasenkodiergradienten seit dem ersten Auslesen bis zu dem jeweiligen weiteren Auslesen Null ist.
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Erfindungsgemäß existieren folgende Möglichkeiten:
- • Durch den HF-Anregungspuls wird eine Schicht des K-Raums selektiert. Bei dieser Möglichkeit bestehen die mehreren Phasenkodiergradienten aus zwei Phasenkodiergradienten, welche zur Ortskodierung eingesetzt werden.
- • Durch den HF-Anregungspuls wird keine Schicht des K-Raums selektiert. Bei dieser Möglichkeit bestehen die mehreren Phasenkodiergradienten aus drei Phasenkodiergradienten, welche zur Ortskodierung eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß wird anhand der Ergebnisse des ersten Auslesens aller aus dem K-Raum auszulesender K-Raum-Punkte ein erstes MR-Bild erstellt. In gleicher Weise wird anhand der Ergebnisse des zweiten Auslesens derselben K-Raum-Punkte ein zweites MR-Bild erstellt. Indem Bildpunkt für Bildpunkt die Werte des zweiten Bildes von dem ersten Bild abgezogen werden, wird ein Differenzbild erstellt.
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Während in den Ergebnissen, welche bei dem ersten Auslesen erfasst werden, Signale von nahezu allen Stoffen und Geweben (einschließlich von Knochen, Zähnen, Eis) enthalten sind, sind in den Ergebnissen, welche bei dem zweiten Auslesen erfasst werden, nur noch Signale von Stoffen und Geweben enthalten, welche eine entsprechend lange T2-Zeit aufweisen. Daher enthält das Differenzbild nur noch diejenigen Stoffe und Gewebe, welcher eine derart kurze T2-Zeit aufweisen, dass sie in dem zweiten Bild nicht mehr enthalten sind. Damit ist es beispielsweise möglich, dass in dem Differenzbild nur noch Knochen dargestellt werden. Dazu reicht es z. B. aus, wenn das zweite Auslesen etwas länger als 400 μs nach dem HF-Anregungspuls (also mit einer Echozeit von 400 μs) stattfindet, da das Signal von Knochen nach dieser Zeit (400 μs) bereits zerfallen ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Differenzbildes bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und zur Erstellung des Differenzbildes. Dazu strahlt die Magnetresonanzanlage einen HF-Anregungspuls ein und erfasst nur einen K-Raum-Punkt in dem zugehörigen K-Raum zumindest zweimal. Ausgehend von den für jeden K-Raum-Punkt im K-Raum zumindest zwei Ergebnissen erstellt die Magnetresonanzanlage das Differenzbild. Zur Erfassung dieser Ergebnisse schaltet die Magnetresonanzanlage für jeden K-Raum-Punkt mehrere Phasenkodiergradienten in jeweils eine Raumrichtung und liest den K-Raum-Punkt ein erstes Mal aus. Anschließend verändert die Magnetresonanzanlage die Phasenkodiergradienten derart, dass die Phasenkodiergradienten jeweils von dem ersten Auslesen bis zu einem zweiten Auslesen des K-Raum-Punktes ein Gradientenmoment von Null aufweisen. Danach liest die Magnetresonanzanlage den K-Raum-Punkt ein zweites Mal aus.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
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Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Verfahren der Einzelpunkt-Bildgebung geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt. Zum Beispiel ist es denkbar, dass beim ersten Auslesen das freie Induktionssignal mehrfach in aufeinander folgenden gleichen Zeitabständen abgetastet wird, wodurch mehrere Messpunkte bzw. K-Raum-Punkte im K-Raum erfasst werden, ohne dass beispielsweise zum Erfassen jedes dieser Messpunkte der Hochfrequenz-Anregungspuls jedes Mal neu erzeugt wird, wie es bei der vorab beschriebenen ,reinen' Einzelpunkt-Bildgebung der Fall ist.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
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1 stellt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dar. In
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2 ist der Verlauf der Phasenkodiergradienten zum zweimaligen Erfassen desselben K-Raum-Punkts gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform dargestellt. In
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3 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 5 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzanlage 5 umfasst im Wesentlichen einen Tomograph 3, mit welchem das für die MR-Untersuchung notwendige Magnetfeld in einem Messraum 4 erzeugt wird, einen Tisch 15, eine Steuereinrichtung 6, mit welcher der Tomograph 3 gesteuert wird und MR-Daten von dem Tomograph 3 erfasst werden, und ein an die Steuereinrichtung 6 angeschlossenes Terminal 7.
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Die Steuereinrichtung 6 umfasst ihrerseits eine Ansteuereinheit 11, eine Empfangsvorrichtung 12 und eine Auswertevorrichtung 13. Während der Erstellung eines Bilddatensatzes werden MR-Daten mittels des Tomograph 3 von der Empfangsvorrichtung 12 erfasst, wobei der Tomograph 3 und der Tisch 2 von der Ansteuereinheit 11 derart angesteuert werden, dass MR-Daten in einem Messvolumen, welches sich im Körperinneren eines auf dem Tisch 15 liegenden Patienten O befindet, erfasst werden.
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Die Auswertevorrichtung 13 bereitet dann die MR-Daten derart auf, dass sie auf einem Bildschirm 8 des Terminals 7 grafisch dargestellt werden können und dass erfindungsgemäß erstellte Bilder, insbesondere Differenzbilder, angezeigt werden. Neben der grafischen Darstellung der MR-Daten kann mit dem Terminal 7, welches neben dem Bildschirm 8 eine Tastatur 9 und eine Maus 10 umfasst, von einem Anwender z. B. ein zu vermessender dreidimensionaler Volumenabschnitt vorgegeben werden und weitere Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Über das Terminal 7 kann auch die Software für die Steuereinrichtung 6 in die Steuereinrichtung 6 geladen werden. Diese Software der Steuereinrichtung 6 kann dabei auch das erfindungsgemäße Verfahren umfassen. Es ist dabei auch möglich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer Software enthalten ist, welche in dem Terminal 7 abläuft. Unabhängig davon, in welcher Software das erfindungsgemäße Verfahren enthalten ist, kann die Software auf einer DVD 14 gespeichert sein, so dass diese Software dann von dem Terminal 7 von der DVD 14 gelesen und entweder in die Steuereinrichtung 6 oder in eine Recheneinheit des Terminals 7 selbst kopiert werden kann.
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In 2 ist der Verlauf der Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz über der Zeit 16 dargestellt, um ausgehend von einem HF-Anregungspuls denselben K-Raum-Punkt zweimal zu erfassen. Man erkennt, dass die Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz denjenigen Wert, welchen sie zum Zeitpunkt der Einstrahlung des HF-Anregungspulses 21 aufweisen, bis zum ersten Auslesen 1 konstant beibehalten. Ungefähr zur Mitte des ersten Auslesepulses 1, während dem das freie Induktionssignal (FID) von einem Analog-Digital-Wandler aufgenommen wird, werden alle drei Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz auf Null heruntergefahren. Anschließend wird das Gradientenmoment 22, welches bei dem Herunterfahren des jeweiligen Phasenkodiergradienten entsteht, dadurch ausgeglichen, dass dasselbe Gradientenmoment 23 nur mit dem umgekehrten Vorzeichen für den jeweiligen Phasenkodiergradienten erzeugt wird (die mit dem Bezugszeichen 22 bezeichnete Fläche besitzt denselben Flächeninhalt wie die mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnete Fläche). Da das Gradientenmoment 22, 23, welches der jeweilige Phasenkodiergradient seit dem ersten Auslesen 1 bis zum Beginn des zweiten Auslesens 2 erzeugt, den Wert Null aufweist, wird bei dem zweiten Auslesen 2 derselbe K-Raum-Punkt ausgelesen, wie bei dem ersten Auslesen 1.
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Indem die Phasenkodiergradienten ausgeschaltet bleiben, wäre es möglich denselben K-Raum-Punkt ein drittes, viertes, usw. Mal auszulesen. Die Zeitspanne zwischen dem HF-Anregungspuls 21 und dem jeweiligen Auslesen 1, 2 gibt dabei die jeweilige Echozeit TE an. Ein drittes, viertes, usw. Auslesen kann demnach immer nur eine längere Echozeit aufweisen, als das davor liegende Auslesen.
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In 3 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Nach dem Start werden im Schritt S1 drei Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz geschaltet, welche dann von der HF-Anregung (Schritt S2) bis zu dem ersten Auslesen eines K-Raum-Punktes im Schritt S3 konstant gehalten werden. Bei dem in 3 dargestellten Verfahren findet die Ortskodierung demnach in allen drei Raumrichtungen über jeweils einen der drei Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz statt.
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Während des ersten Auslesens werden die drei Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz im Schritt S4 heruntergefahren, und im Schritt S5 wird das Gradientenmoment, welches der jeweilige Phasenkodiergradient Gx; Gy; Gz während des Herunterfahrens bei Schritt S4 erzeugt, durch einen entsprechenden Verlauf des jeweiligen Phasenkodiergradienten Gx; Gy; Gz ausgeglichen. Der Verlauf der Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz in den Schritten S4 und S5 entspricht dabei dem Verlauf der Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz in 2 zwischen dem ersten Auslesepuls 1 und dem zweiten Auslesepuls 2.
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Im Schritt S6 wird der K-Raum-Punkt, der bereits beim ersten Auslesen erfasst worden ist, zum zweiten Mal ausgelesen. Im nächsten Schritt S7 wird überprüft, ob der K-Raum vollständig erfasst worden ist. Dies ist der Fall, wenn alle im K-Raum zu erfassenden K-Raum-Punkte erfasst worden sind. Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht unbedingt erforderlich ist, alle (möglichen) K-Raum-Punkte zu erfassen, um den K-Raum vollständig zu erfassen, da gerade im Randbereich des K-Raums der ein oder andere K-Raum-Punkt nicht erfasst werden kann und seine MR-Daten beispielsweise durch die MR-Daten seiner erfassten Nachbarn ermittelt werden können.
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Wenn der K-Raum noch nicht vollständig erfasst worden ist (nein bei Schritt S7), kehrt das Verfahren wieder zu Schritt S1 zurück, in welchem dann die Phasenkodiergradienten Gx, Gy, Gz auf einen anderen Wert eingestellt werden (zumindest einer der Phasenkodiergradienten wird auf einen anderen Wert als im vorherigen Schritt S1 eingestellt), um den nächsten K-Raum-Punkt zu erfassen.
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Wenn der K-Raum vollständig erfasst worden ist (ja bei Schritt S7), wird die obere Schleife verlassen und im Schritt S8 wird ein erstes MR-Bild abhängig von den Ergebnissen des ersten Auslesens erstellt. Im folgenden Schritt S9 wird ein zweites MR-Bild abhängig von den Ergebnissen des zweiten Auslesens erstellt, und im Schritt S10 wird ein Differenzbild erstellt, indem beispielsweise pixelweise das zweite MR-Bild von dem ersten MR-Bild abgezogen wird. Anschließend ist das erfindungsgemäße Verfahren beendet.
