DE102010010196A1

DE102010010196A1 - Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes

Info

Publication number: DE102010010196A1
Application number: DE102010010196A
Authority: DE
Inventors: Dr. Deimling Michael; David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-03-04
Filing date: 2010-03-04
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: DE102010010196B4; CN102193077B; US8604785B2; CN102193077A; US20110215804A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage (5). Dabei werden mindestens zwei Phasenkodiergradienten (Gx, Gy, Gz) in jeweils eine Raumrichtung geschaltet, ein HF-Anregungspuls (16) eingestrahlt und ein Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16) ausgelesen. Die vorbestimmte Zeitspanne entspricht dabei dem Maximum aus einer Menge von jeweils einer minimalen Zeitspanne für jeden der mindestens zwei Phasenkodiergradienten. Die minimale Zeitspanne des jeweiligen der mindestens zwei Phasenkodiergradienten wird abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zwei Verfahren, um mittels einer Magnetresonanzanlage einen Bilddatensatz zu erstellen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung zwei entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlagen sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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.
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 im K-Raum erfasst wird.
Ein Beispiel für ein solches Verfahren zur Einzelpunkt-Bildgebung ist das RASP-Verfahren ("Rapid Signale 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, wie es in 1a und 1b dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Bilddatensatz mit einer Magnetresonanzanlage zu erstellen, wobei die Echozeit gegenüber dem Stand der Technik weiter verkürzt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 16 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst:

• Schalten von zwei oder drei Phasenkodiergradienten zur Kodierung der Phase in jeweils einer Raumrichtung. Dabei werden zwei Phasenkodiergradienten geschaltet, wenn beispielsweise eine Schicht des K-Raums, welche Beispielsweise mittels eines HF-Anregungspulses selektiert wird, auszulesen ist. Drei Phasenkodiergradienten werden eingesetzt, wenn alle drei Raumrichtungen phasenkodiert werden. Unter den Raumrichtungen werden die drei Raumrichtungen verstanden, welche üblicherweise mit x-, y- und z-Richtung benannt sind.
• Einstrahlen eines HF-Anregungspulses.
• Auslesen von in der Regel nur einem Rohdatenpunkt im K-Raum eine bestimmte Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses. Dabei bildet die bestimmte Zeitspanne das Maximum von zwei bzw. drei Zeitspannen, welche für die zwei bzw. drei Phasenkodiergradienten bestimmt werden. Die jeweilige Zeitspanne für den jeweiligen Phasenkodiergradienten wird dabei abhängig von der Auflösung und der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem gerade eingehalten wird.

Der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass jeder Rohdatenpunkt mit der für ihn individuell bestimmten minimalen Echozeit erfasst wird. Indem nicht mit einer konstanten Echozeit gearbeitet wird, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, können auch bisher nicht darstellbare Stoffe in einem MR-Bild dargestellt werden. Darüber hinaus ist die Zeit zur Erfassung eines MR-Bildes gegenüber dem Stand der Technik vorteilhafterweise verkürzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein weiteres Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst:

• Schalten von drei Phasenkodiergradienten entlang der drei Raumrichtungen.
• Einstrahlen eines HF-Anregungspulses.
• Auslesen von mehreren Rohdatenpunkten in dem K-Raum, welche auf einer geradlinigen Speiche oder Geraden liegen, die durch das Zentrum des K-Raums verläuft. Dabei wird jeder der Rohdatenpunkte eine entsprechende Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses ausgelesen. Diese Zeitspanne wird dabei als das Maximum von drei Zeitspannen bestimmt, welche jeweils für drei zur Ortskodierung des entsprechenden Rohdatenpunktes bestimmten Phasenkodiergradienten des jeweiligen Rohdatenpunkts berechnet werden. Die Zeitspanne des jeweiligen Phasenkodiergradienten wird dabei abhängig von der Auflösung und von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem gerade eingehalten wird. Anders ausgedrückt würde das Nyquisttheorem verletzt werden, wenn der jeweilige Rohdatenpunkt früher als die für ihn bestimmte Zeitspanne ausgelesen würde.

Auch bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren besteht der entscheidende Vorteil darin, dass jeder Rohdatenpunkt zu einer für ihn bestimmten Echozeit, welche durch das Nyquisttheorem definiert wird, ausgelesen wird. Da, wie später noch im Detail gezeigt wird, die Zeitspanne, nach welcher der entsprechende Rohdatenpunkt ausgelesen wird, in der Regel von dem stärksten der drei Phasenkodiergradienten für diesen Rohdatenpunkt abhängt, können bei einem radialen Ausleseverfahren vorteilhafterweise mehrere auf einer durch das Zentrum des K-Raums verlaufenden Speiche liegende Rohdatenpunkte mit nur einem HF-Anregungspuls erfasst werden, da die für die jeweiligen Rohdatenpunkte einzuhaltenden Zeitspannen oder Echozeiten abhängig von dem Abstand des entsprechenden Rohdatenpunktes vom Zentrum unterschiedlich sind.
Um das Nyquisttheorem zu erfüllen, muss die folgende Gleichung (1) erfüllt sein:
Dabei steht i als Index für eine der drei Raumrichtungen (x, y oder z). K_max,i bzw. K_min,i steht für das maximale bzw. minimale Gradientenmoment der entsprechenden Raumrichtung. Das zur Erfassung eines Rohdatenpunktes einzustellende Gradientenmoment K_i muss zwischen diesen beiden Extremwerten (K_min,i, K_max,i) liegen.
Für die Schrittweite δK_i des Gradientenmoments K_i der jeweiligen Raumrichtung gilt dann in der Regel die folgende Gleichung (2):
Die (minimale) Zeitspanne TE_min,i für die jeweilige Raumrichtung wird vorteilhafterweise gemäß folgender Gleichung (3) bestimmt.
Dabei steht i wiederum als Index für eine der drei Raumrichtungen (x, y oder z). K_i steht für das Gradientenmoment in der entsprechenden Raumrichtung, und G_max,i entspricht der maximalen Gradientenstärke in der dem Index i entsprechenden Raumrichtung. Meist ist diese maximale Gradientenstärke in allen Raumrichtungen gleich.
Da G_max,x, G_max,y, G_max,z konstant sind, wird die einzuhaltende Echozeit (d. h. die Zeitspanne nach dem HF-Anregungspuls, zu welcher die MR-Daten für den Rohdatenpunkt erfasst werden) für den jeweiligen Rohdatenpunkt maßgeblich über seine zwei oder drei Gradientenmomente bestimmt.
Mit anderen Worten werden TE_min,x und TE_min,y (und gegebenenfalls TE_min,z) gemäß obiger Gleichung (3) bestimmt und der Maximalwert dieser zwei oder drei Zeiten bestimmt, welcher derjenigen Echozeit entspricht, welche verstreicht bis nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses der entsprechende Rohdatenpunkt abgetastet wird.
Dabei wird insbesondere bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung des Rohdatenpunktes oder zur Erfassung der mehreren Rohdatenpunkte bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren einer der Phasenkodiergradienten auf eine maximale Stärke eingestellt. Die maximale Stärke entspricht dabei insbesondere der maximal möglichen Stärke der Magnetresonanzanlage. Es ist aber auch möglich, die maximale Stärke geringer als die maximale mögliche Stärke zu wählen.
Indem – außer im Zentrum des K-Raums – immer einer der Phasenkodiergradienten auf maximale Stufe geschaltet wird, sinkt die Echozeit gerade in der Nähe des K-Raum-Zentrums auf einen durch die Hardware (durch die Magnetresonanzanlage) limitierten Wert, so dass beispielsweise auch die Darstellung von Knochen möglich wird.
Ausgehend von der Echozeit TE, welche insbesondere dem Maximum der gemäß Gleichung (3) bestimmten minimalen Echozeiten der zu betrachtenden Raumrichtungen entspricht, wird die Stärke jedes Phasenkodiergradienten G_i gemäß der folgenden Gleichung (4) bestimmt:
wobei K_i dem Gradientenmoment der entsprechenden Raumrichtung entspricht.
Vorteilhafterweise sind die Phasenkodiergradienten bereits eingeschaltet, d. h. sie weisen ihren endgültigen Wert auf, wenn der HF-Anregungspuls eingestrahlt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Bilddatensatz mittels der Magnetresonanzanlage wie folgt erstellt:
Gemäß einem nach dem Stand der Technik üblichen Verfahren werden für jeden Rohdatenpunkt im K-Raum die zwei oder drei Gradientenmomente für jeden Rohdatenpunkt bestimmt. Anschließend wird für jeden Rohdatenpunkt abhängig von dem jeweiligen Gradientenmoment die minimale Echozeit der entsprechenden Raumrichtung bestimmt (siehe insbesondere Gleichung (3)). Der Maximalwert dieser zwei oder drei minimalen Echozeiten ist dann die (maximale) Echozeit. Abhängig von dem Gradientenmoment der jeweiligen Raumrichtung und dieser Echozeit wird die Stärke des in der jeweiligen Raumrichtung zu schaltenden Phasenkodiergradienten bestimmt (siehe insbesondere Gleichung (4)).
Da die minimale Echozeit durch die Magnetresonanzanlage vorgegeben wird, kann diese minimale Echozeit nicht unterschritten werden. Wenn eine Bestimmung der vorbestimmten Zeitspanne bzw. Echozeit nach dem vorab beschriebenen Vorgehen eine Echozeit ergibt, welche kleiner als die minimale von der Magnetresonanzanlage vorgegebene Echozeit ist, werden die MR-Daten trotzdem die minimale Echozeit nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses erfasst.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorab beschriebenen Ausführungsformen, welche den entsprechenden abhängigen Ansprüchen entsprechen, sowohl Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch des weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens darstellen.
Im Folgenden werden das erfindungsgemäße Verfahren und das weitere erfindungsgemäße Verfahren verglichen, um bestimmte Merkmale herauszuarbeiten.
Während das weitere erfindungsgemäße Verfahren quasi gleichzeitig (d. h. mit einem HF-Anregungspuls) mehrere Rohdatenpunkte auf einer durch das K-Raum-Zentrum verlaufenden Speiche erfasst, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Wesentlichen mit einem HF-Anregungspuls nur ein Rohdatenpunkt erfasst. Da die gleichzeitig erfassten Rohdatenpunkte bei dem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren auf derselben Speiche liegen, weisen alle Rohdatenpunkte unterschiedliche Stärken für jeden ihrer drei Phasenkodiergradienten auf, wenn man voraussetzt, dass die gleichzeitig erfassten Rohdatenpunkte auf derselben Seite vom K-Raum-Zentrum auf der Speiche liegen. Aufgrund der unterschiedlichen Stärken ihrer drei Phasenkodiergradienten weisen die auf derselben Speiche liegenden Rohdatenpunkte auch unterschiedliche Echozeiten auf, so dass die Rohdatenpunkte zu unterschiedlichen Zeiten erfasst werden können. Darüber hinaus ist das Verhältnis der Stärken der Phasenkodiergradienten eines Rohdatenpunktes für alle Rohdatenpunkte auf derselben Speiche konstant. (D. h. die Verhältnisse G_x/G_y, G_x/G_z und G_y/G_z sind für alle Rohdatenpunkte derselben Speiche gleich.) Wenn die drei Phasenkodiergradienten der gleichzeitig zu erfassenden Rohdatenpunkte derart mit demselben Faktor multipliziert werden, dass der jeweils stärkste Phasenkodiergradient die maximale Stärke aufweist, werden alle gleichzeitig zu erfassenden Rohdatenpunkte mit denselben geschalteten Phasenkodiergradienten ortskodiert und können daher vorteilhafterweise mit demselben HF-Anregungspuls erfasst werden.
Bei einem kartesische arbeitenden Abtastverfahren, wie es beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, werden die Rohdatenpunkte zeilenweise erfasst, wobei sich im Wesentlichen nur ein Phasenkodiergradient zwischen zwei benachbarten Rohdatenpunkten ändert. Aus diesem Grund tritt häufig der Fall auf, dass zwei benachbarte Rohdatenpunkte dieselbe Echozeit aufweisen, da der schwächste Phasenkodiergradient, welcher die Echozeit bestimmt, für die benachbarten Rohdatenpunkte gleich ist. Daher müssten die beiden benachbarten Rohdatenpunkte zur selben Zeitspanne nach dem HF-Anregungspuls ausgelesen werden, weshalb sie in diesem Fall nicht mit demselben HF-Anregungspuls ausgelesen werden können. Darüber hinaus tritt bei einem kartesisch arbeitenden Abtastverfahren selten der Fall auf, dass das Verhältnis der Phasenkodiergradienten zweier nacheinander abzutastender Rohdatenpunkte konstant bleibt. Daher können in den meisten Fällen zwei benachbarte Rohdatenpunkte auch dann nicht mit denselben Phasenkodiergradienten erfasst werden, wenn diese Phasenkodiergradienten vorher derart mit demselben Faktor multipliziert worden sind, dass der jeweils stärkste Phasenkodiergradient die maximale Gradientenstärke aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen der Magnetresonanzanlage, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und zur Erstellung des Bilddatensatzes. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass sie zwei oder drei Phasenkodiergradienten in jeweils eine der drei Raumrichtungen einschaltet, einen HF-Anregungspuls einstrahlt und eine bestimmte Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses im Wesentlichen nur einen Rohdatenpunkt in dem K-Raum erfasst. Die Magnetresonanzanlage berechnet oder bestimmt diese Zeitspanne, indem sie das Maximum von zwei oder drei Zeitspannen bildet, welche die Magnetresonanzanlage vorher für die zwei oder drei Phasenkodiergradienten bestimmt hat. Dabei werden die zwei oder drei Zeitspannen der jeweiligen Phasenkodiergradienten von der Magnetresonanzanlage abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem gerade eingehalten wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine weitere Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes bereitgestellt. Auch diese Magnetresonanzanlage umfasst eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen der Magnetresonanzanlage, eine Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und zur Erstellung des Bilddatensatzes. Die Magnetresonanzanlage schaltet dabei drei Phasenkodiergradienten, strahlt einen HF-Anregungspuls ein und erfasst mehrere Rohdatenpunkte im K-Raum. Die Rohdatenpunkte liegen dabei auf einer geradlinigen Speiche, welche durch das Zentrum des K-Raums verläuft. Die Magnetresonanzanlage liest dabei jeden der Rohdatenpunkte eine individuelle Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses aus. Die individuelle Zeitspanne des jeweiligen Rohdatenpunktes wird dabei aus dem Maximalwert der drei Zeitspannen, welche jeweils für einen von drei zur Ortskodierung des jeweiligen Rohdatenpunktes eingesetzten Phasenkodiergradienten bestimmt werden. Dabei bestimmt die Magnetresonanzanlage die Zeitspanne für den jeweiligen der drei Phasenkodiergradienten abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage und der erfindungsgemäßen weiteren Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen weiteren Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
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 der erfindungsgemäßen Verfahren 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 der erfindungsgemäßen Verfahren 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.
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 der vorab beschriebenen Verfahren durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:

• Sehr kurze, im Wesentlichen nur durch die Hardware limitierte Echozeiten.
• Die Möglichkeit, Stoffe oder Gewebe mit sehr kurzen Echozeiten darstellen zu können.
• Eine Reduktion der Messzeit im Vergleich zu dem RASP-Verfahren, da die Repetitionszeit mit der Echozeit sinken kann.

Die vorliegende Erfindung ist für Verfahren der Einzelpunkt-Bildgebung geeignet, wobei ihm Wesentlichen ein Rohdatenpunkt pro eingestrahlten HF-Anregungspuls erfasst wird. Bei radialen Datenerfassungsverfahren ist die vorliegende Erfindung auch zur Erfassung mehrerer Rohdatenpunkte pro HF-Anregungspuls geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diese bevorzugten Anwendungsbereiche eingeschränkt, da beispielsweise auch bei nicht radialen Erfassungsverfahren bzw. erfindungsgemäßen Verfahren mehrere Rohdatenpunkte mit einem HF-Anregungspuls erfasst werden können, wenn pro Rohdatenpunkt das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
Anhand der 1a und 1b wird das nach dem Stand der Technik bekannte RASP-Verfahren beschrieben.
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
In 3 ist ein Flussplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Erstellung eines Bilddatensatzes dargestellt.
4 zeigt eine Sequenz zur Erfassung mehrerer Rohdatenpunkte in einem kartesisch abgetasteten K-Raum.
5 zeigt den Verlauf der drei Phasenkodiergradienten bei der kartesischen Erfassung von acht Schichten im K-Raum.
In 1a ist eine Sequenz zur Erfassung einer Zeile im K-Raum dargestellt. Man erkennt, dass die beiden Phasenkodiergradienten G_y und G_z mit einer konstanten Stärke eingeschaltet sind, während sich die Stärke des dritten Phasenkodiergradienten G_x kontinuierlich erhöht.
In 1b ist die Erfassung von zwei Rohdatenpunkten im Detail dargestellt. Man erkennt, dass die Echozeit, d. h. der Zeitabstand von dem HF-Anregungspuls 16 bis zu dem Beginn der Auslesezeitspanne 17 konstant ist. Darüber hinaus verläuft der Phasenkodiergradient G_x stufenförmig von unten nach oben. Dabei wird der Phasenkodiergradient G_x zum Auslesen eines Rohdatenpunktes konstant gehalten, was bedeutet, dass der Phasenkodiergradient G_x für die Zeitspanne TE (Echozeit) konstant gehalten wird.
In 2 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.
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 15, welches sich im Körperinneren eines auf dem Tisch 2 liegenden Patienten O befindet, erfasst werden.
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 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 eines der erfindungsgemäßen Verfahren umfassen. Es ist dabei auch möglich, dass eines der erfindungsgemäßen 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.
In 3 ist ein Flussplan für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage 5 dargestellt, wobei der dargestellte Flussplan das Auslesen einer Schicht beschreibt. Das in 3 dargestellte Verfahren arbeitet mit einer Schichtselektion, so dass nur zwei Phasenkodiergradienten G_x und G_y zur Ortskodierung innerhalb der selektierten Schicht eingesetzt werden.
In dem ersten Schritt S1 werden die Schrittgrößen δK_x und δK_y initialisiert und die Gradientenmomente K_x und K_y für den ersten zu erfassenden Rohdatenpunkt im K-Raum initialisiert.
Im zweiten Schritt S2 werden TE_min,x und TE_min,y bestimmt, indem das Gradientenmoment K_x bzw. K_y durch die maximale Gradientenstärke G_max,x bzw. G_max,y der entsprechenden Raumrichtung geteilt wird.
Gemäß dem Schritt S3 wird der größere Wert (oder das Maximum) von TE_min,x und TE_min,y bestimmt. Dieses Maximum wird im Schritt S4 gleich der kleinstmöglichen Echozeit der Magnetresonanzanlage 5 gesetzt, wenn es kleiner als diese kleinstmögliche Echozeit ist. Dieses Maximum ist die Echozeit, mit welcher in den folgenden Schritten S5 und S6 gearbeitet wird.
Im Schritt S5 werden über die Gleichung (4) abhängig von der eben angesprochenen Echozeit TE und von dem Gradientenmoment K_x bzw. K_y der Phasenkodiergradient G_x bzw. der Phasenkodiergradient G_y bestimmt.
Im nächsten Schritt S6 werden diese beiden derart bestimmten Phasenkodiergradienten G_x, G_y geschaltet. Nach einer HF-Anregung mit Schichtselektion wird im Wesentlichen ein Rohdatenpunkt nach der Echozeit TE ausgelesen.
Im Schritt S7 wird überprüft, ob die aktuelle K-Raum-Zeile vollständig ausgelesen worden ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird bei Schritt S9 das Gradientenmoment K_x entsprechend verändert und das Verfahren kehrt zu dem Schritt S2 zurück. Wenn die aktuelle K-Raum-Zeile vollständig ausgelesen worden ist (ja bei Schritt S7), wird im Schritt S8 überprüft, ob auch die K-Raum-Schicht vollständig ausgelesen worden ist. Ist dies der Fall, ist das Verfahren beendet. Wenn die K-Raum-Schicht noch nicht vollständig ausgelesen worden ist (nein bei Schritt S8), wird im Schritt S10 das Gradientenmoment K_x neu initialisiert und im Schritt S11 das Gradientenmoment K_y entsprechend verändert und das Verfahren kehrt zu Schritt S2 zurück.
In 4 ist eine Sequenz zum Auslesen der Rohdatenpunkte einer K-Raum-Zeile in einem kartesisch abgetasteten K-Raum dargestellt. Neben den HF-Anregungspulsen 16 und den Auslesezeitspannen 17 ist der Verlauf von drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G_z dargestellt. Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der in 4 dargestellten Sequenz nicht mit einer Schichtselektion gearbeitet, sondern alle drei Raumrichtungen (x, y und z) werden mittels der drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G_z ortskodiert.
Wie aus 4 ersichtlich ist, kann bei den Rohdatenpunkten zu Beginn der K-Raum-Zeile nur der Phasenkodiergradient G_y auf den Maximalwert geschaltet werden, während die Phasenkodiergradienten G_x und G_z relativ geringe Stärken aufweisen. Daher weist die Echozeit, welche in 4 aus dem zeitlichen Abstand zwischen dem jeweiligen HF-Anregungspuls 16 und der nächstfolgenden Auslesezeitspanne 17 ersichtlich ist, eine relativ lange Zeitspanne auf, um das Nyquisttheorem (siehe Gleichung (1)) nicht zu verletzen. Je weiter sich die zu erfassenden Rohdatenpunkte dem K-Raum-Zentrum nähern, desto größer wird die Stärke aller drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G_z. Da die Echozeit umso kürzer ist, je schwächer der stärkste der drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G_z ist, ist die Echozeit zur Erfassung der Rohdatenpunkte in der Nähe des K-Raum-Zentrums am geringsten, was man ebenfalls der 4 entnehmen kann.
Während in 4 nur eine Sequenz zur Erfassung einer K-Raum-Zeile dargestellt ist, stellt die 5 den Verlauf der drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G_z zur Erfassung des gesamten K-Raums dar. Bei der in 5 dargestellten Sequenz wird der K-Raum mittels acht Schichten abgetastet, was aus dem Verlauf des Phasenkodiergradienten G_z ersichtlich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Rapid Signale Point (RASP) Imaging”, O. Heid, M. Deimling, SMR, 3rd Annual Meeting, Seite 684, 1995 [0004]

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schalten von mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung, Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (16), und Auslesen von im Wesentlichen nur einem Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16), wobei die vorbestimmte Zeitspanne das Maximum aus einer Menge von jeweils einer minimalen Zeitspanne für jeden der mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) ist, wobei die minimale Zeitspanne des jeweiligen der mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) derart bestimmt wird, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schalten von drei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) in jeweils einer Raumrichtung, Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (16), und Auslesen von mehreren Rohdatenpunkten in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz, wobei die mehreren Rohdatenpunkte entlang einer geradlinigen Speiche erfasst werden, welche durch das Zentrum des K-Raums verläuft, wobei jeder der Rohdatenpunkte eine jeweilige Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16) ausgelesen wird, wobei die jeweilige Zeitspanne das Maximum aus einer Menge von jeweils einer minimalen Zeitspanne für jeden der drei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) für den jeweiligen Rohdatenpunkt ist, wobei die minimale Zeitspanne des jeweiligen der drei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt wird, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die minimale Zeitspanne TE_min,i für die jeweilige Raumrichtung durch folgende Gleichung bestimmt wird:
wobei i der Raumrichtung des jeweiligen Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) entspricht, wobei K_i dem Gradientenmoment der jeweiligen Raumrichtung entspricht, und wobei G_max,i die maximale Stärke eines Phasenkodiergradienten in der i entsprechenden Raumrichtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslesen eines der Rohdatenpunkte einer der Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) auf die maximal mögliche Stärke für einen Phasenkodiergradienten G_max,i eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Phasenkodiergradienten G_i (G_x; G_y; G_z) durch folgende Gleichung bestimmt wird:
wobei K_i das Gradientenmoment der entsprechenden Raumrichtung zum Auslesen des entsprechenden Rohdatenpunktes ist, und wobei TE die Zeitspanne ist, zu welcher der entsprechende Rohdatenpunkt nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) eingeschaltet sind, wenn der HF-Anregungspuls (16) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Rohdatenpunkt im K-Raum-Datensatz nach einem üblichen Verfahren jeweils die Gradientenmomente für jede der Raumrichtungen bestimmt werden (S9–S11), dass zur Erfassung jedes Rohdatenpunktes ausgehend von den für den jeweiligen Rohdatenpunkt vorab bestimmten Gradientenmomenten für jede Raumrichtung jeweils die minimale Echozeit bestimmt wird (S2), dass aus den für jede Raumrichtung bestimmten minimalen Echozeiten die maximale Echozeit bestimmt wird (S3), und dass jeder der Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) abhängig von dem Gradientenmoment der jeweiligen Raumrichtung und von der maximalen Echozeit bestimmt wird (S5).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Echozeit auf die kleinstmögliche Echozeit der Magnetresonanzanlage (5) eingestellt wird, wenn die maximale Echozeit kleiner als die kleinstmögliche Echozeit der Magnetresonanzanlage (5) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitspanne, welche vom Einstrahlen des HF-Anregungspulses bis zum Auslesen eines beliebigen Rohdatenpunktes verstreicht, nicht unterhalb einer von der Magnetresonanzanlage vorgegebenen Grenze liegt.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes, wobei die Magnetresonanzanlage (5) eine Ansteuereinheit (11) zur Ansteuerung eines Tomographen (23), eine Empfangsvorrichtung (12) zum Empfang von von dem Tomographen (23) aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung (13) zur Auswertung der Signale und Erstellung des Bilddatensatzes umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) in jeweils einer Raumrichtung einschaltet, einen HF-Anregungspuls einstrahlt und eine vorgegebene Zeitspanne nach diesem Einstrahlen im Wesentlichen nur einen Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz aufnimmt, dass die Magnetresonanzanlage die vorgegebene Zeitspanne als Maximum einer Menge von jeweils einer minimalen Zeitspanne für jeden der mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) bestimmt, und dass die Magnetresonanzanlage (5) die minimale Zeitspanne des jeweiligen der mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes, wobei die Magnetresonanzanlage (5) eine Ansteuereinheit (11) zur Ansteuerung eines Tomographen (23), eine Empfangsvorrichtung (12) zum Empfang von von dem Tomographen (23) aufgenommenen Signalen und eine Auswertevorrichtung (13) zur Auswertung der Signale und Erstellung des Bilddatensatzes umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) drei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) schaltet, einen HF-Anregungspuls (16) einstrahlt und mehrere Rohdatenpunkte in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz ausliest, wobei die Magnetresonanzanlage (5) die mehreren Rohdatenpunkte entlang einer geradlinigen Speiche ausliest, welche durch das Zentrum des K-Raums verläuft, wobei die Magnetresonanzanlage (5) jeden der Rohdatenpunkte eine jeweilige Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16) ausliest, wobei die Magnetresonanzanlage (5) die jeweilige Zeitspanne als das Maximum aus einer Menge von jeweils einer minimalen Zeitspanne für jeden der drei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) für den jeweiligen Rohdatenpunkt bestimmt, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) die minimale Zeitspanne des jeweiligen der drei Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) abhängig von der Stärke des jeweiligen Phasenkodiergradienten derart bestimmt, dass das Nyquisttheorem eingehalten wird.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die minimale Zeitspanne T_min,i für die jeweilige Raumrichtung durch folgende Gleichung bestimmt:
wobei i der Raumrichtung des jeweiligen Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) entspricht, wobei K_i dem Gradientenmomenten der jeweiligen Raumrichtung entspricht, und wobei G_max,i die maximale Stärke eines Phasenkodiergradienten in der i entsprechenden Raumrichtung ist.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) jeweils einen der Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) zum Auslesen eines der Rohdatenpunkte auf die maximal mögliche Stärke für einen Phasenkodiergradienten einstellt.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) jeden der Phasenkodiergradienten G_i (G_x; G_y; G_z) durch folgende Gleichung bestimmt:
wobei K_i das Gradientenmoment der entsprechenden Raumrichtung zum Auslesen des entsprechenden Rohdatenpunktes ist, und wobei TE die Zeitspanne ist, zu welcher der entsprechende Rohdatenpunkt nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16) ausgelesen wird.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) eingeschaltet hat, wenn die Magnetresonanzanlage (5) den HF-Anregungspuls (16) einstrahlt.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 10–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) für jeden Rohdatenpunkt im K-Raum-Datensatz nach einem üblichen Verfahren jeweils die Gradientenmomente für jede Raumrichtung bestimmt, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Erfassung jedes Rohdatenpunktes ausgehend von den für den jeweiligen Rohdatenpunkt vorab bestimmten Gradientenmomenten für jede Raumrichtung jeweils die minimale Echozeit bestimmt, dass die Magnetresonanzanlage (5) aus den für jede Raumrichtung bestimmten minimalen Echozeiten die maximale Echozeit bestimmt, und dass die Magnetresonanzanlage (5) abhängig von dem Gradientenmoment der jeweiligen Raumrichtung und von der maximalen Echozeit für jede Raumrichtung den jeweiligen Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) bestimmt.
Magnetresonanzanlage nach einem der Ansprüche 10–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Zeitspanne, welche vom Einstrahlen des HF-Anregungspulses bis zum Auslesen eines beliebigen Rohdatenpunktes verstreicht, derart einstellt, dass diese Zeitspanne nicht unterhalb einer von der Magnetresonanzanlage vorgegebenen Grenze liegt.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (6) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (6) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (14) in einer Steuereinrichtung (6) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 durchführen.