DE102010038777B4

DE102010038777B4 - Erstellung von MR-Bildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts bei kontinuierlicher Tischverschiebung

Info

Publication number: DE102010038777B4
Application number: DE102010038777A
Authority: DE
Inventors: Martin Harder; Heiko Meyer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2030-08-03
Also published as: US20120025824A1; CN102342833B; CN102342833A; DE102010038777A1; US8643365B2

Abstract

Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5) bei kontinuierlicher Tischverschiebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen von mindestens einer Schicht (27) mit jeweils einer vorbestimmten Dicke (30), wobei für jede der mindestens einen Schicht(en) (27) folgende Schritte durchgeführt werden: Auswählen eines jeweiligen Teilbereichs (28) aus einer dieser Schichten (27), wobei dieser Teilbereich (27) in einer zur Dickenrichtung der entsprechenden Schicht (27) senkrechten Richtung begrenzt ist, Erfassen von Messsignalen aus der entsprechenden Schicht (27), wobei die erfassten Messsignale nur aus dem jeweiligen Teilbereich (28) der entsprechenden Schicht (27) stammen, und Erstellen eines MR-Bildes mittels der Messsignale.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern, um insbesondere bei einer kontinuierlichen Tischverschiebung an ein Objekt angepasste MR-Bilder zu erstellen, und eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
”Variable Field of View for Spatial Resolution Improvement in Continously Moving Table Magnetic Resonance Imaging”, H. H. Hu u. a., Magnetic Resonance in Medicine 54: (2005), Seiten 146–151 beschreibt einen Ansatz, bei welchem das Gesichtsfeld entlang einer Phasenkodierungsrichtung während einer kontinuierlichen Tischbewegung dynamisch verändert wird.
US 2006/0184002 A1 offenbart eine MR-Bildgebungstechnik mit einem reduzierten Gesichtsfeld. Dabei werden räumliche Sättigungsschemata und eine räumlich selektive Anregung beschrieben, welche beide nicht für einen Einsatz bei einer kontinuierlichen Tischbewegung geeignet sind.
Die DE 102 03 237 A1 beschreibt die Erstellung einer MR-Übersichtsaufnahme vor der bildgebenden MR-Messung.
Die US 5 374 889 A offenbart ein Verfahren zur MR-Spektroskopie, bei welchem Gradientenspulen gleichzeitig eingesetzt werden, um das Gesichtsfeld einem bestimmten Volumen anzupassen.
Die US 7 417 430 B2 offenbart die Erstellung von MR-Bildern bei kontinuierlicher Tischverschiebung, wobei vorbereitende Operationen durchgeführt werden, um den Bildkontrast oder Erfassungsparameter während der Tischbewegung zu manipulieren.
Nach dem Stand der Technik wird zur Erstellung von MR-Bildern mit einer Magnetresonanzanlage mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik immer mit einem konstant großen und in seiner Position gegenüber dem Magnet-Isozentrum statischen ”Field of View” (FOV) bzw. Sichtfeld gearbeitet. Dies ist auch dann der Fall, wenn die darzustellenden anatomischen Strukturen, beispielsweise eine Wirbelsäule, nur einen Teil des FOVs und damit des zu erstellenden MR-Bildes ausmachen. Die Dimensionen, in denen das FOV kleiner als die Anatomie sein darf, können aufgrund von medizinischen, physiologischen oder technischen Randbedingungen nicht immer frei gewählt werden, so dass in vielen Fällen ein größeres FOV („vollständiges FOV”) als nötig aufgenommen werden muss, d. h. ein FOV, das zumindest in einer Dimension größer als die eigentlich interessierende Anatomie ist. Unter einem FOV wird die Oberfläche eines Quaders verstanden, aus welchem die MR-Messsignale erfasst werden. Die Erfassung der Messsignale mit einem vollständigen FOV führt zum einen nachteiligerweise zu einer deutlich längeren Messzeit (Zeit zur Erfassung der Messsignale), da auch (unnötigerweise) Messsignale außerhalb der interessierenden Strukturen erfasst werden. Zum anderen müssen die Bereiche außerhalb der interessierenden Strukturen, welche beispielsweise wichtige Organe (z. B. Leber, Nieren, Herz) umfassen, begutachtet werden, obwohl dies z. B. vom überweisenden Arzt nicht angefordert wurde.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, MR-Bilder mittels einer Magnetresonanzanlage mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik derart zu erstellen, dass zum einen die Messzeit im Vergleich zum Stand der Technik verringert wird und dass zum anderen möglichst nur interessierende Strukturen mittels der MR-Bilder dargestellt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, 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.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (z. B. eines Patienten) mittels einer Magnetresonanzanlage bei kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

1. Bestimmen von einer oder von mehreren Schichten mit jeweils einer vorbestimmten Schichtdicke. Dabei ist die Schicht (wenn es sich um eine Schicht handelt) oder die jeweilige der Schichten (wenn es sich um mehrere Schichten handelt) quasi nach oben und unten durch zwei zueinander parallele plane Ebenen begrenzt. Ein Abstand dieser beiden Ebenen wird als Schichtdicke bezeichnet.

Falls in dem vorherigen Schritt 1 nur eine Schicht bestimmt wurde, werden die folgenden Schritte jeweils nur einmal durchgeführt. Falls in dem vorherigen Schritt 1 mehrere Schichten bestimmt wurden, werden die folgenden Schritte mehrfach, d. h. jeweils einmal für jede Schicht durchgeführt.

2. In jeder Schicht wird ein jeweiliger Teilbereich ausgewählt oder bestimmt. Dabei ist der jeweilige Teilbereich in mindestens einer zur Dickenrichtung der entsprechenden Schicht senkrechten Richtung begrenzt.
3. MR-Messsignale werden aus der entsprechenden Schicht derart erfasst, dass die erfassten Messsignale nur aus dem jeweiligen Teilbereich der entsprechenden Schicht stammen.
4. Abhängig von den im Schritt 3 erfassten MR-Messsignalen werden ein oder mehrere MR-Bilder erstellt.

Durch die Begrenzung des Teilbereichs kann das FOV hinsichtlich seiner Abmessungen in der Ebene (senkrecht zur Schichtdickenrichtung) vorteilhafterweise an die interessierenden Strukturen angepasst werden, so dass nur relevante Bereiche von den erstellten MR-Bildern dargestellt werden. Da nur Messsignale aus dem begrenzten Teilbereich erfasst werden müssen, ist auch die Messzeit vorteilhafterweise reduziert.
Um die Messsignale derart aus der entsprechenden Schicht zu erfassen, dass sie nur aus dem jeweiligen Teilbereich stammen, gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten, welche auch kombiniert werden können:

• Durch räumlich selektive Sättigungsbänder (”Outer Volume Suppression”) werden die Bereiche neben dem jeweiligen Teilbereich gesättigt, so dass die aus der entsprechenden Schicht erfassten Messsignale keinen Anteil aus diesen gesättigten Bereichen aufweisen. Die räumliche Sättigung der Bereiche neben dem jeweiligen Teilbereich findet statt, um Bewegungsartefakte, Einfaltungsartefakte oder andere störende Bildsignale zu unterdrücken.
• Durch eine räumlich selektive Anregung wird nur der jeweilige Teilbereich angeregt, so dass die aus der entsprechenden Schicht erfassten Messsignale nur Anteile aus diesem Teilbereich aufweisen.

Die Bereiche neben dem jeweiligen Teilbereich können beispielsweise gesättigt werden, indem ein Gradient, welcher insbesondere senkrecht zur Flächennormalen der entsprechenden Schicht steht, gleichzeitig mit einem HF-Puls geschaltet wird, wodurch Spins einer weiteren Schicht angeregt werden, welche senkrecht zu der entsprechenden Schicht steht. Durch eine nachfolgende Dephasierung dieser Spins tragen diese nicht mehr zum Signal in der Bildgebungsschicht bei. Um zwei Bereiche (beispielsweise einen rechts neben dem jeweiligen Teilbereich und einen links neben dem jeweiligen Teilbereich) zu sättigen, kann anschließend ein weiterer HF-Puls zusammen mit dem senkrecht zur Flächennormalen der entsprechenden Schicht stehenden Gradienten geschaltet werden. Dadurch werden beispielsweise zuerst die Spins eines Schnittbereichs rechts neben dem jeweiligen Teilbereich und anschließend die Spins eines Schnittbereichs links neben dem jeweiligen Teilbereich innerhalb der entsprechenden Schicht um 90° gekippt. Die Sättigung muss dabei nicht notwendigerweise quaderförmig sein, sondern kann eine beliebige Form annehmen, wenn der Sättigungspuls ähnlich wie in der folgenden Möglichkeit erzeugt wird.
Die zweite erfindungsgemäße Möglichkeit, d. h. die räumlich selektive Anregung, kann realisiert werden, indem anstelle eines eindimensionalen ein sogenannter zweidimensionaler oder dreidimensionaler HF-Puls (auch 2D-HF-Puls bzw. 3D-HF-Puls genannt) gesendet wird. (Während ein eindimensionaler HF-Puls in einer Richtung des K-Raums wirkt, wirkt ein zweidimensionaler bzw. dreidimensionaler HF-Puls in zwei bzw. drei Richtungen des K-Raums.) Dabei handelt es sich bei dem zweidimensionalen oder dreidimensionalen HF-Puls um einen modulierten HF Puls, der gleichzeitig mit einem Gradientenpulszug (d. h. mehrere aufeinanderfolgende Gradientenpulse, welche auch in ihrer Amplitude variieren können) geschaltet wird. Dabei wird der Gradientenpulszug durch mindestens zwei aufeinander senkrecht stehende Gradienten realisiert. Es ist dabei auch möglich, dass zwei oder mehr Gradienten oder Gradientenpulse gleichzeitig aktiv sind. Um mit modulierten HF-Pulsen und Gradienten nur den Teilbereich (und nicht das gesamte FOV) anzuregen, wird gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ausgehend von dem Teilbereich mittels einer Fourieranalyse ein zeitlich variierender Gradienten-Verlauf und zugehöriger HF-Puls-Verlauf berechnet, welcher dann zur Anregung des Teilbereichs eingesetzt wird. Während also nach dem Stand der Technik während der HF-Anregung ein zeitlich konstantes (und räumlich variierendes) Gradientenfeld geschaltet wird, verändern sich die Gradienten erfindungsgemäß auch über der Zeit (und nicht nur über dem Raum) während der Anregung.
Gemäß dieser Ausführungsform kann durch den mittels der Fourieranalyse bestimmten Gradientenverlauf und zugehörigen HF-Puls-Verlauf das Anregungsvolumen (d. h. der Teilbereich) in mindestens zwei Dimensionen begrenzt werden. Der zu Grunde liegende Ansatz weist eine gewisse Analogie zur Erzeugung eines MR-Bildes auf: Durch das Anlegen eines zeitlich variierenden Magnetfeldgradienten wird quasi eine Trajektorie im Anregungsraum (K-Raum) abgetastet. Ein Schalten eines langen bzw. mehrerer kürzerer aufeinander folgender HF-Pulse stellt eine Gewichtung entlang dieser Trajektorie dar. Das resultierende Anregungsprofil (d. h. der Teilbereich) ergibt sich aus der Fouriertransformation dieses gewichteten K-Raums. Die erforderlichen HF- und Gradienten-Verläufe können aus dem gewünschten Anregungsprofil mittels einer Fourieranalyse erzeugt werden.
Wenn der Gradientenpulszug beispielsweise eine lineare Abtastung des Teilbereichs erzeugen soll, entspricht die Einhüllende der modulierten HF-Pulse einer zweidimensionalen Fouriertransformation eines Rechtecks. Damit wird, ähnlich wie während eines Auslesens der Messsignale des k-Raums, der Teilbereich abgetastet und so nur diejenigen Spins angeregt, welche in einem Quader (d. h. der Teilbereich ist quaderförmig) liegen, welcher in einer Richtung und in einer Richtung senkrecht dazu eingeschränkt ist. Alle Spins außerhalb dieses Quaders (des Teilbereichs) werden von den modulierten HF-Pulsen nicht beeinflusst und tragen damit später nicht zu den Messsignalen bei.
HF-Sendepulse können mit Hilfe einer einzelnen oder mit mehreren HF-Sendespulen gleichzeitig gesendet werden. Die Verwendung von mehreren HF-Sendespulen erlaubt eine räumliche und zeitliche Überlagerung von unterschiedlichen HF-Pulsen, sogenanntes paralleles Senden oder parallel Transmit. Damit muss, analog zu parallelen Empfangsmethoden, nicht mehr der gesamte K-Raum beim Senden abgetastet werden. Dies bringt insbesondere bei räumlich selektiven HF-Pulsen Vorteile.
Im Vergleich zu eindimensionalen HF-Pulsen verlängert sich die Zeitdauer für die räumlich selektive Anregung nach dem Stand der Technik beispielsweise von 2–5 ms auf 15–20 ms. Durch den Einsatz paralleler Transmit-Methoden bzw. durch den gleichzeitigen Einsatz von mehreren (z. B. 2, 8, oder mehr) HF-Sendespulen kann diese Zeitdauer entsprechend verkürzt werden. Da jede HF-Sendeantenne (oder Sendespule) ein eigenes räumliches Profil aufweist, können die unterschiedlichen von den verschiedenen HF-Sendespulen erzeugten HF-Pulse (definiert durch Amplitude und Phase) derart geschickt kombiniert werden, dass nicht mehr der gesamte Anregungsraum (Teilbereich) abgetastet werden muss.
Nach dem Stand der Technik werden Aufnahmen entweder mit reduziertem FOV an einer feststehenden Tischposition durchgeführt, oder bei bewegtem Tisch mit vollständigem FOV. Eine Messung mit bewegtem Tisch bietet den Vorteil, dass die Messung immer in der Magnetmitte (Isozentrum) vorgenommen wird. Dadurch wirken sich geometrische Abbildungsfehler, die mit dem Abstand vom Isozentrum zunehmen und Größenordnungen bis zu einem oder gar mehreren Zentimetern erreichen können, nicht auf das Bild aus. Allerdings benötigen Messungen mit Tischverschiebung aufgrund des vollständigen FOVs eine längere Messzeit Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Schichten und die Teilbereiche an interessierende Strukturen (z. B. an die Wirbelsäule) des Untersuchungsobjekts automatisch angepasst. Beispielsweise können die Schichten oder Teilbereiche bei transversalen Schnitten der Wirbelsäule automatisch dem Verlauf der Wirbelsäule angepasst werden. Ebenso sind Anpassungen an die sagittale oder coronare Form der Wirbelsäule möglich.
Dazu werden die jeweiligen Teilbereiche derart gewählt oder bestimmt, dass sie nahezu ausschließlich die interessierenden Strukturen umfassen. Mit anderen Worten werden die Abmessungen der jeweiligen Teilbereiche zumindest in einer Dimension senkrecht zur Schichtdicke derart bestimmt, dass die Abmessungen nur noch um einen vorbestimmten Sicherheitswert größer als die entsprechenden Abmessungen der interessierenden Strukturen sind.
Die Anpassung der jeweiligen Teilbereiche an die interessierenden Strukturen kann dabei mittels eines weiteren MR-Bilds (z. B. eines MR-Übersichtsbilds), welches von der Magnetresonanzanlage erstellt wird, durchgeführt werden. Dabei werden die interessierenden Strukturen mit Hilfe dieses weiteren MR-Bilds automatisch lokalisiert und anschließend die jeweiligen Teilbereiche an die lokalisierten interessierenden Strukturen angepasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung von MR-Bildern von einem vorbestimmten Volumenabschnitt in einem Untersuchungsobjekt bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der mindestens einen HF-Antenne, zum Empfang von von der oder den HF-Antennen aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Bilder. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage Messsignale von einer oder von mehreren vorbestimmten Schichten mit jeweils einer vorbestimmten Dicke erfasst. Dazu wählt die Magnetresonanzanlage für die Schicht oder für jede dieser Schichten einen jeweiligen Teilbereich aus der entsprechenden Schicht aus. Der jeweilige Teilbereich ist dabei zumindest in einer zur Dickenrichtung der entsprechenden Schicht senkrechten Richtung begrenzt. Beim Erfassen der Messsignale aus den entsprechenden Schichten erfasst die Magnetresonanzanlage nur Messsignale aus dem jeweiligen Teilbereich. Die Erfassung der Messsignale erfolgt während einer Tischbewegung. Mit Hilfe der Messsignale erstellt die Magnetresonanzanlage MR-Bilder.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen 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 ein Computerprogramm oder 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 oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage 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 ein Computerprogramm oder 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 (übersetzt) 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 des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst folgende Kombinationsmöglichkeiten:

• Kombination eines reduzierten (insbesondere rechteckigen) FOVs mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik durch Einsatz räumlich selektiver Sättigungsbänder.
• Kombination eines reduzierten (insbesondere rechteckigen) FOVs mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik durch Einsatz einer räumlich selektiven Anregung.
• Kombination eines reduzierten (insbesondere rechteckigen) FOVs mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik durch Einsatz einer räumlich selektiven Anregung, welche mit mehreren HF-Sendespulen (d. h. mit einer parallelen Transmit-Technik) durchgeführt wird.
• Kombination eines reduzierten (insbesondere rechteckigen) FOVs mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik durch Einsatz einer räumlich selektiven Anregung, wobei das reduzierte FOV an die Anatomie von interessierenden Strukturen angepasst wird.
• Kombination eines reduzierten (insbesondere rechteckigen) FOVs mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik durch Einsatz räumlich selektiver Sättigungsbänder, wobei das reduzierte FOV an die Anatomie von interessierenden Strukturen angepasst wird.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Aufnahme von MR-Bildern mit kontinuierlicher Tischverschiebungstechnik geeignet, wobei das FOV an die Anatomie des Untersuchungsobjekts angepasst wird. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da das FOV auch aus anderen Gründen in beliebiger Weise eingeschränkt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine Magnetresonanzanlage nach dem Stand der Technik dargestellt.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Pulssequenzdiagramm zur räumlich selektiven Anregung dargestellt.
In 3 ist schematisch ein Vergleich zwischen einem FOV nach dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen FOV dargestellt.
4 stellt ein Pulssequenzdiagramm zur räumlich selektiven Sättigung dar.
In 5 ist perspektivisch dargestellt, wie ein Randbereich der bildgebenden Schicht gesättigt wird.
In 6 ist dargestellt, wie die Schichten oder Teilbereiche erfindungsgemäß an die Wirbelsäule eines Patienten angepasst werden.
7 stellt ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mit einer räumlich selektiven Anregung arbeitet, dar.
8 stellt ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens, welches mit einer räumlich selektiven Sättigung arbeitet, dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend kontinuierlich in die Magnetresonanzanlage 5 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, durch welches die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers kontinuierlich geschoben werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantenne(n) 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist ein Pulssequenzdiagramm zur räumlich selektiven Anregung dargestellt. Während der Zeitdauer 25 wird ein modulierter HF-Puls 24 zusammen mit sich zeitlich verändernden Gradienten G_y und G_z geschaltet, um gezielt nur den jeweiligen Teilbereich 28 der entsprechenden Schicht 27 anzuregen. Anschließend wird das MR-Signal ausgelesen, beispielsweise mit einem Einzelschussverfahren (u. a. EPI oder HASTE). In 2 ist dafür eine EPI(”Echo Planar Imaging”)-Auslese 35 verwendet, wie man es dem Verlauf des Auslesesignals 31 entnehmen kann. Alternativ kann auch nach jeder Anregung nur jeweils eine oder ein Teil der Bildzeilen ausgelesen werden wie in 4 [33, 39 und rechts davon] dargestellt.
Nach dem Stand der Technik wird das gesamte FOV (vgl. 3) abgetastet, was zu einer vergleichsweise langen Echozuglänge oder einer Vielzahl von aufzunehmenden Bildzeilen führt. Durch die erfindungsgemäße Reduzierung des FOVs, d. h. durch die Reduzierung des Anregungsvolumens in der Phasenkodierrichtung (y-Richtung), verkürzen sich die Echozuglänge oder die Anzahl der aufzunehmenden Bildzeilen auf Kosten einer längeren HF-Puls-Dauer 25. Insgesamt verkürzt sich die Zeitdauer zur Erstellung der Messsignale gegenüber dem Stand der Technik, wobei zusätzlich bei Einzelschussverfahren noch die Bildqualität verbessert wird. Da die Phasenkodierrichtung (in diesem Beispiel die y-Richtung) frei gewählt werden kann, kann sie vorteilhafterweise entlang der kürzesten Abmessung der interessierenden Strukturen angeordnet werden.
In 3 ist das erfindungsgemäß begrenzte bzw. reduzierte rFOV (der Teilbereich) 28 im Vergleich zu dem FOV nach dem Stand der Technik dargestellt. Man erkennt, dass die Abmessungen des erfindungsgemäßen rFOV in der Phasenkodierrichtung PE (”Phase Encoding”) wesentlich geringer als die entsprechenden Abmessungen des FOV nach dem Stand der Technik sind. Die Schichtdicke 30 (in Schichtselektionsrichtung SS) und die Abmessungen in Ausleserichtung RO (”Read Out”) ) unterscheiden sich nicht gegenüber dem Stand der Technik. Da weniger Phasenkodierschritte durchgeführt werden müssen, verkürzt sich die Gesamtmesszeit gegenüber dem Stand der Technik.
Die Erfassung von Messsignalen in dem FOV nach dem Stand der Technik führen zu dem MR-Bild 36, während die Erfassung von Messsignalen in dem erfindungsgemäßen rFOV 28 zu dem MR-Bild 37 führen. Man erkennt an der Bildqualität des MR-Bildes 37, dass durch die räumlich selektive Anregung Überfaltungsartefakte vermieden werden.
Neben der räumlich selektiven Anregung existiert erfindungsgemäß als weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Überfaltungsartefakten eine räumlich selektive Sättigung der Bereiche 29, welche quasi die Differenzbereiche des FOVs nach dem Stand der Technik abzüglich des erfindungsgemäßen rFOV 28 darstellen.
In 4 ist ein beispielhaftes Pulssequenzdiagramm zur Sättigung eines der Bereiche 29 dargestellt. Dazu wird ein schichtselektiver HF-Puls 24 zusammen mit dem G_x 34 geschaltet, um eine Schicht 38 senkrecht zur x-Richtung anzuregen und die Magnetisierung der Spins in dieser Schicht 38 um 90° gegenüber dem Grundmagnetfeld (d. h. gegenüber der z-Richtung) zu kippen. Durch entsprechende Wahl des HF-Pulses 24 und des G_x 34 umfasst die angeregte Schicht 38 einen der Bereiche 29. Nach der Anregung werden zusätzlich noch Gradienten 32 (in y- und z-Richtung) geschaltet, um eine möglichst gute Dephasierung der Spins zu erreichen. Dieses Vorgehen kann zur Sättigung der Magnetisierung der Spins des zweiten Bereichs 29 wiederholt werden.
Anschließend erfolgt die Anregung der Bildgebungsregion oder Schicht 27 mit einem gewöhnlichen HF-Puls 33 und einem gleichzeitig geschalteten zeitlich konstanten G_z 39, wodurch die Schicht 27 senkrecht zur z-Achse angeregt wird, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist. Da die Bereiche 29 neben dem rFOV 28 gesättigt und dephasiert sind, tragen die Spins in diesen Bereiche 29 nichts zu den nachfolgend erfassten Messsignalen bei.
In 5 ist die räumlich selektive Sättigung eines Bereichs 29 noch einmal perspektivisch dargestellt. Durch das Schalten des zeitlich konstanten G_x 34 gleichzeitig zu dem entsprechenden HF-Puls 24 werden die Spins innerhalb der Schicht 38 senkrecht zur x-Achse angeregt. Durch entsprechende Wahl der Schicht 38 und der Schichtdicke 40 der Schicht 38 entspricht der Schnittbereich zwischen der Schicht 38 und der Schicht 27 genau dem Bereich 29, wodurch räumlich selektiv die Spins in diesem Bereich 29 gesättigt werden.
In 6 ist die erfindungsgemäße Wahl von Schichten 27 oder Teilbereichen 28 abhängig von interessierenden Strukturen (in diesem Fall einer Wirbelsäule) teilweise im Vergleich zum Stand der Technik dargestellt.
In 6a sind die Schichten 27 oder Teilbereiche 28 nicht verschoben übereinander angeordnet. Mittels einer räumlich selektiven Sättigung werden diejenigen Bereiche 29 gesättigt, welche in keiner Schicht 27 einen Teil der Wirbelsäule 26 enthalten. Der jeweilige Teilbereich 28 der entsprechenden Schicht 27 ergibt sich aus der jeweiligen Schicht 27 abzüglich des jeweiligen Bereichs 29. Dabei kann der Bereich 29 auch nicht-rechteckig geformt sein.
In 6b ist im Vergleich dazu der Stand der Technik dargestellt, bei welchem jeweils Messsignale aus der gesamten Schicht 27 erfasst werden, welche sich über die gesamte Körperbreite erstrecken. Neben der nachteiligerweise längeren Messdauer, werden dabei auch Organe rechts und links neben der Wirbelsäule erfasst, welche dann beispielsweise von einem Radiologen befundet werden müssen.
Im Vergleich dazu ist in 6c das erfindungsgemäße Vorgehen dargestellt. Man erkennt, dass die Teilbereiche 28 zwar die Wirbelsäule 26, aber nicht die benachbarten Organe umfassen.
In 6d ist darüber hinaus eine erfindungsgemäße Ausführungsform dargestellt, wobei die Schichten oder Teilbereiche 28 gegeneinander verschoben sind, wodurch sie nahezu optimal an den Verlauf der Wirbelsäule 26 angepasst sind.
In 7 ist der Flussplan einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In einem ersten Schritt S1 wird mittels der Magnetresonanzanlage 5 ein Übersichtsbild eines Patienten oder Untersuchungsobjekts O erstellt.
Mit diesem Übersichtsbild wird in dem folgenden Schritt S2 ein Objekt (z. B. die Wirbelsäule 26) innerhalb des Untersuchungsobjekts O bestimmt oder lokalisiert, wobei dieses Objekt beispielsweise mittels MR-Bildern zu analysieren ist.
In dem dritten Schritt S3 werden Schichten 27 mit jeweiligen rechteckigen Teilbereichen 28 automatisch oder über einen manuellen Planungsschritt bestimmt, wobei die Schichten 27 beispielsweise übereinander angeordnet und die Teilbereiche 28 hinsichtlich ihrer Abmessungen an das Objekt angepasst sind.
Im folgenden Schritt S4 wird ein speziell modulierter HF-Anregungspuls 24 gleichzeitig mit zwei oder mehr sich verändernden Gradienten orthogonalen Gradienten (z. B. G_y, G_z) geschaltet, um nur die Spins innerhalb des jeweiligen rechteckigen Teilbereichs 28 der entsprechenden Schicht 27 räumlich selektiv anzuregen.
Anschließend werden in dem Schritt S5 Messsignale aus dem angeregten Teilbereich 28 ausgelesen, woraus in dem Schritt S6 MR-Bilder erstellt werden.
Die Schritte S4 und S5 werden pro Schicht 27 bzw. pro Teilbereich 28 jeweils einmal durchgeführt.
In 8 ist ein Flussdiagramm einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Ähnlich wie bei der ersten Variante werden in dem Schritt S11 ein Übersichtsbild des Untersuchungsobjekts erstellt und ausgehend von diesem Übersichtsbild in dem Schritt S12 ein Objekt innerhalb des Untersuchungsobjekts bestimmt, welches mittels MR-Bildern analysiert werden soll. Im folgenden Schritt S13 werden abhängig von diesem Objekt die Schichten 27 und die jeweiligen rechteckigen Teilbereiche 28 derart bestimmt, dass sie übereinander liegen und die Teilbereiche 28 hinsichtlich ihrer Abmessungen an das Objekt 26 angepasst sind.
Um nur die Spins innerhalb der Bereiche 29 der entsprechenden Schicht 27 neben dem jeweiligen Teilbereich 28 anzuregen und zu sättigen, wird ein HF-Anregungspuls 24 gleichzeitig mit einem zeitlich konstanten Gradienten 34 parallel. zur Bildgebungsebene in dem Schritt S14 geschaltet. Darüber hinaus werden in dem folgenden Schritt S15 Gradienten beispielsweise in G_y und G_z 32 geschaltet, um die Spins in den angeregten Bereichen 29 zu dephasieren.
Anschließend wird in dem Schritt S16 ein HF-Anregungspuls 33 zusammen mit einem Gradienten G_z 39 geschaltet, um Signale ohne den Bereich 38 zu erhalten. In dem folgenden Schritt S17 werden die Messsignale aus dem Teilbereich 28 ausgelesen, um abhängig von diesen Messsignalen in dem Schritt S18 die MR-Bilder zu erstellen.
Die Schritte S14 bis S17 werden pro Schicht 27 bzw. pro Teilbereich 28 jeweils einmal durchgeführt.

Claims

Verfahren zur Erstellung von MR-Bildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5) bei kontinuierlicher Tischverschiebung, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen von mindestens einer Schicht (27) mit jeweils einer vorbestimmten Dicke (30), wobei für jede der mindestens einen Schicht(en) (27) folgende Schritte durchgeführt werden: Auswählen eines jeweiligen Teilbereichs (28) aus einer dieser Schichten (27), wobei dieser Teilbereich (27) in einer zur Dickenrichtung der entsprechenden Schicht (27) senkrechten Richtung begrenzt ist, Erfassen von Messsignalen aus der entsprechenden Schicht (27), wobei die erfassten Messsignale nur aus dem jeweiligen Teilbereich (28) der entsprechenden Schicht (27) stammen, und Erstellen eines MR-Bildes mittels der Messsignale.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale aus der entsprechenden Schicht (27) erfasst werden, welche nur aus dem jeweiligen Teilbereich (28) stammen, indem der jeweilige Teilbereich (28) räumlich selektiv angeregt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignale aus der entsprechenden Schicht (27) erfasst werden, welche nur aus dem jeweiligen Teilbereich (28) stammen, indem vor dem Erfassen der Messsignale Bereiche (29) der entsprechenden Schicht (27), welche nicht dem jeweiligen Teilbereich (28) angehören, räumlich selektiv gesättigt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (29), welche nicht dem jeweiligen Teilbereich (28) angehören, räumlich selektiv gesättigt werden, indem für jeden Bereich (29) ein Gradient (34) oder mehrere Gradienten mit einem an die räumliche Position der Bereiche (29) angepassten HF-Puls (24) geschaltet wird, um nur die Spins innerhalb des jeweiligen Bereichs (29) anzuregen, und indem anschließend mit mindestens einem weiteren Gradienten (32) die Spins innerhalb dieser Bereiche (29) dephasiert werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Teilbereich (28) räumlich selektiv angeregt wird, indem zwei oder mehr senkrecht stehende Gradienten geschaltet werden, während gleichzeitig ein an Abmessungen des jeweiligen Teilbereichs (28) und an eine räumliche Position des jeweiligen Teilbereichs (28) angepasster HF-Puls (24) geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Teilbereich (28) räumlich selektiv angeregt wird, indem mit mehreren HF-Sendespulen an verschiedenen Positionen HF-Pulse gleichzeitig erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht (27) und die jeweiligen Teilbereiche (28) an ein Objekt (26) in dem vorbestimmten Volumenabschnitt automatisch angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein MR-Übersichtsbild mittels der Magnetresonanzanlage (5) erstellt wird, und dass das Objekt (26) mit Hilfe eines weiteren MR-Bildes automatisch lokalisiert wird.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung von MR-Bildern eines vorbestimmten Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O) bei kontinuierlicher Tischbewegung, wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang von von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung von MR-Bildern umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass sie Messsignale von mindestens einer vorbestimmten Schicht (27) mit jeweils einer vorbestimmten Dicke (30) erfasst, indem die Magnetresonanzanlage (5) für jede der mindestens einen Schicht(en) (27) einen jeweiligen Teilbereich (28) aus der mindestens einen Schicht (27) auswählt, wobei der jeweilige Teilbereich (28) in einer zur Dickenrichtung der entsprechenden Schicht (27) senkrechten Richtung begrenzt ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) Messsignale aus der entsprechenden Schicht (27) erfasst, welche nur aus dem jeweiligen Teilbereich (28) stammen, und dass die Magnetresonanzanlage (5) MR-Bilder mit Hilfe der Messsignale erstellt.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.