DE102010041801B4

DE102010041801B4 - MR-Einzelpunkt-Bildgebung mit verkürzter Echozeit

Info

Publication number: DE102010041801B4
Application number: DE201010041801
Authority: DE
Inventors: David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: US9081072B2; DE102010041801A1; US20120081113A1

Abstract

Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Schalten von mindestens zwei Phasenkodiergradienten (Gx, Gy, Gz) in jeweils einer Raumrichtung, – Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (16), und – Auslesen von mindestens einem Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz je eine Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16), wobei die Zeitspanne für jeden Rohdatenpunkt abhängig von einer maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbaren Stärke desjenigen geschalteten Phasenkodiergradienten (Gx; Gy; Gz) bestimmt wird, welcher derjenigen Raumrichtung entspricht, in welcher der jeweilige Rohdatenpunkt das vom Betrag her größte Gradientenmoment (Kx, Ky oder Kz) besitzt, wobei die maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbare Stärke dieses Phasenkodiergradienten in Abhängigkeit von dem bestimmten größten Gradientenmoment bestimmt wird, wobei für jeden Rohdatenpunkt im K-Raum-Datensatz nach einem üblichen Verfahren jeweils die Gradientenmomente für jede der Raumrichtungen bestimmt werden, und von den Gradientenmomenten das vom Betrag...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um mittels einer Magnetresonanzanlage einen Bilddatensatz zu erstellen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage 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 Induction 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 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, wie es in den 1a und 1b dargestellt ist.
Ein weiteres Verfahren zur Einzelpunkt-Bildgebung ist in dem Artikel von Latta et al., „Single-point imaging with a variable Phase encoding interval”, Mag. Reson. Imaging 26 (2008), S. 109–116, beschrieben.
In dem Artikel von Grodzki et al., „Single Point Sequences with Shortest Possible TE – GOSPEL”, Proc. 18^th Annual Meeting ISMRM, Mai 2010, S. 2977 und dem Artikel von Sonia Nielles-Vallespin et al., ”3D Radial Projection Technique With Ultrashort Echo Times for Sodium MRI: Clinical Applications in Human Brain and Skeletal Muscle”, Magn. Reson. Med. 57 (2007), S. 74–81, werden weitere Verfahren zur MR-Bildgebung mit kurzen Echozeiten beschrieben.
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, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 11 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 mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung,
– Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (16), und
– Auslesen von mindestens einem Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz je eine Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16), wobei die Zeitspanne für jeden Rohdatenpunkt abhängig von einer maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbaren Stärke desjenigen geschalteten Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) bestimmt wird, welcher derjenigen Raumrichtung entspricht, in welcher der jeweilige Rohdatenpunkt das vom Betrag her größte Gradientenmoment (K_x, K_y oder K_z) besitzt, wobei die maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbare Stärke dieses Phasenkodiergradienten in Abhängigkeit von dem bestimmten größten Gradientenmoment bestimmt wird, wobei

_x

_y

_z

_x

_y

_z

_x

_y

_z

Der entscheidende Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass jeder Rohdatenpunkt mit der für ihn individuell bestimmten minimalen Echozeit, der vorbestimmten Zeitspanne, 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. Durch die Bestimmung der maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbaren Stärke des Phasenkodiergradienten in der Raumrichtung, welche dem größten Gradientenmoment des jeweiligen Rohdatenpunktes entspricht, in Abhängigkeit des bestimmten größten Gradientenmoments, können die Stärken der Phasenkodiergradienten entsprechend ihrer Raumrichtung ausgereizt werden, wodurch sich die benötigten Echozeiten weiter reduzieren gegenüber einer Verwendung von globalen (nicht raumrichtungsabhängigen) Maximalwerten für die Phasenkodiergradientenstärken.
In einer Ausführungsform werden drei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung geschaltet und mehreren Rohdatenpunkte entlang einer geradlinigen Speiche erfasst, welche durch das Zentrum des K-Raums verläuft. 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.
Werden nach einem HF-Anregungspuls mehrere Rohdatenpunkte auf einer durch das K-Raum-Zentrum verlaufenden Speiche erfasst, kann das Verfahren beschleunigt werden, da weniger HF-Anregungspulse benötigt werden, um denselben K-Raum abzutasten als, wenn nur ein Rohdatenpunkt nach einem HF-Anregungspuls erfasst wird. Da die nach einem gemeinsamen HF-Anregungspuls erfassten Rohdatenpunkte auf derselben Speiche liegen, weisen alle Rohdatenpunkte unterschiedliche Stärken für jeden ihrer drei Phasenkodiergradienten auf, wenn man voraussetzt, dass die genannten 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 Starke aufweist, werden alle nach einem gemeinsamen HF-Anregungspuls zu erfassenden Rohdatenpunkte mit denselben geschalteten Phasenkodiergradienten ortskodiert und können daher vorteilhafterweise mit demselben HF-Anregungspuls erfasst werden.
Bei einem kartesisch 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 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.
Der zu dem Bilddatensatz gehörige K-Raum-Datensatz wird in jedem Fall derart mit Rohdatenpunkten (K_x, K_y, K_z) belegt, dass das Nyquisttheorem erfüllt ist. 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 stehen 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 (noch unbekannte) Echozeit TE ist für alle Raumrichtungen gleich und es gilt für die Beziehung zwischen Echozeit TE und den Gradientenmomenten (K_x, K_y, K_z) und der Gradientenstärke der Phasenkodiergradienten in der entsprechenden Raumrichtung (G_x, G_y, G_z) die folgende Gleichung (3).
Dabei steht i wiederum als Index für eine der drei Raumrichtungen (x, y oder z). Wie man aus Gleichung (3) erkennt, ist die Echozeit TE kleiner je größer die Stärke des Gradienten ist und, wenn die Stärke eines Phasenkodiergradienten gegeben ist, ist die Echozeit festgelegt, und die Stärken der verbleibenden Phasenkodiergradienten können aus den jeweiligen Gradientenmomenten und der Echozeit bestimmt werden.
Weiterhin ist aus Gleichung (3) ersichtlich, dass für eine minimale Echozeit TE derjenige Phasenkodiergradient so groß wie möglich gemacht werden muss, welcher derjenigen Raumrichtung entspricht, in welcher das vom Betrag her größte Gradientenmoment vorliegt.
Für das vom Betrag her größte Gradientenmoment gilt: |K_max(i)| ≥ K_i, wobei der Index „max(i)” somit für die Raumrichtung (x, y, z) steht, in welcher das vom Betrag her größte Gradientenmoment des jeweiligen Rohdatenpunktes vorliegt und in welcher somit auch der größte Phasenkodiergradient G_max(i) angelegt werden sollte, um die Echozeit, welche verstreicht bis nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses der entsprechende Rohdatenpunkt abgetastet wird, zu minimieren.
Dabei wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung mindestens eines Rohdatenpunktes dieser Phasenkodiergradient G_max(i) auf eine maximale Stärke in der jeweiligen Raumrichtung eingestellt, welche in Abhängigkeit des Gradientenmoments K_max(i) bestimmt werden kann. Die Echozeit TE kann nach Bestimmung von G_max(i) somit berechnet werden als
Die maximal in der Raumrichtung max(i) mögliche Stärke des Phasenkodiergradienten G_max(i) ist dabei durch die Magnetresonanzanlage derart limitiert, dass der durch Überlagerung der geschalteten Gradienten (G_x, G_y, G_z) erhaltene Gradient G, also
diese von der Hardware der Magnetresonanzanlage vorgegebene maximale Gradientenstärke nicht überschreitet.
Dazu kann beispielsweise vorgegeben werden, dass G ≤ G_nom√3 sein muss, wobei G_nom der nominellen maximalen Gradientenstärke der Magnetresonanzanlage und damit G_nom√3 der in einer beliebigen (auch schiefen) Raumrichtung maximal mit der Magnetresonanzanlage möglichen Gradientenstärke entspricht.
Durch Einsetzen der Gleichungen (3) und (4) in (5) erhält man:
Setzt man nun für G den durch die Magnetresonanzanlage vorgegebenen Maximalwert für beliebige Raumrichtungen G = G_nom√3 ein, erhält man für G_max(i):
Eine auf diese Weise berechnete maximale Gradientenstärke des Phasenkodiergradienten in Richtung max(i) nutzt das bestehende Gradientensystem der Magnetresonanzanlage besonders effektiv aus, da für jeden Rohdatenpunkt in Abhängigkeit von seinen Gradientenmomenten eine individuelle maximale Gradientenstärke des Phasenkodiergradienten in Richtung max(i) berechnet wird.
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 nach Bestimmung von G_max(i) gemäß Gleichung (4) bestimmt werden kann, wird die Stärke jeder weiteren Phasenkodiergradienten G_i mit i ≠ max(i), gemäß der folgenden Gleichung (7) 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.
Da die nominell minimale Echozeit durch die Magnetresonanzanlage vorgegeben wird, z. B. durch minimal von der Hardware der Magnetresonanzanlage benötigte Umschaltzeiten zwischen dem Einstrahlen eines HF-Anregungspulses und der Bereitmachung für den Empfang von Echosignalen, kann diese nominelle 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 nominelle minimale von der Magnetresonanzanlage vorgegebene Echozeit ist, werden die MR-Daten trotzdem nach der nominellen minimalen Echozeit nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses erfasst.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes gemäß dem beschriebenen Verfahren bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage insbesondere 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 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 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 ausführbar ist bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch kompiliert 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 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.
– Effektives Ausnutzen des bestehenden Gradientensystems der Magnetresonanzanlage individuell für jeden Rohdatenpunkt.
– 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 eingestrahltem 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 Magnetresonanzanlage.
In 3 ist ein Flussplan einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zur Erstellung eines Bilddatensatzes dargestellt.
4 zeigt den Verlauf der drei Phasenkodiergradienten bei der kartesischen Erfassung von vier Schichten im K-Raum.
5. zeigt schematisch ein Beispiel des Verlaufs der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Echozeiten TE in einer Schicht durch den 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 an sich bekannte 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 Tomographen 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 es können 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 schematisch 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 (ohne Beschränkung der Allgemeinheit in z-Rcihtung), so dass nur zwei Phasenkodiergradienten G_x und G_y zur Ortskodierung innerhalb der selektierten Schicht eingesetzt werden.
In dem ersten Schritt 101 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 102 wird durch geeignetes Vergleichen der Beträge der initialisierten Gradientenmomente K_x und K_y der vom Betrag her größte der initialisierten Gradientenmomente K_max(i) mit |K_max(i)| ≥ |K_x| und |K_max(i)| ≥ |K_y| und damit auch die Raumrichtung max(i) bestimmt.
Gemäß dem Schritt 103 wird in Abhängigkeit von den Gradientenmomenten und einer durch die Magnetresonanzanlage vorgegebenen nominellen maximalen Gradientenstärke die in der Raumrichtung max(i) maximale Gradientenstärke G_max(i) bestimmt; dies kann insbesondere nach der oben angegebenen Gleichung (6) geschehen.
In Schritt 104 wird die Echozeit TE, welche die Zeitspanne angibt, welche verstreicht bis nach einem HF-Anregungspuls der in Schritt 101 initialisierte Rohdatenpunkt ausgelesen wird, aus der in Schritt 103 bestimmten in der Raumrichtung max(i) maximalen Gradientenstärke G_max(i) und dem in Schritt 102 bestimmten vom Betrag her größten Gradientenmoment K_max(i) bestimmt, indem gemäß der oben angegebenen Gleichung (4) der Quotient der beiden Werte gebildet wird.
In Schritt 105 wird die in Schritt 104 bestimmte Echozeit gleich der kleinstmöglichen nominellen Echozeit der Magnetresonanzanlage 5 gesetzt, wenn sie kleiner als diese kleinstmögliche Echozeit ist. Die so ermittelte Echozeit wird in den folgenden Schritten 106 und 107 zur Erfassung der Rohdatenpunkte verwendet.
Im Schritt 106 werden über die Gleichung (7) abhängig von der eben bestimmten Echozeit TE und von dem entsprechenden Gradientenmoment K_x bzw. K_y mit x ≠ max(i) bzw. y ≠ max(i) der noch nicht bestimmte Phasenkodiergradient G_x bzw. der Phasenkodiergradient G_y bestimmt.
Im nächsten Schritt 107 werden die beiden derart bestimmten Phasenkodiergradienten G_x, G_y geschaltet. Nach einer HF-Anregung mit Schichtselektion wird z. B. im Wesentlichen ein Rohdatenpunkt nach der Echozeit TE ausgelesen.
Im Schritt 108 wird überprüft, ob die aktuelle K-Raum-Zeile vollständig ausgelesen worden ist. Wenn dies nicht der Fall ist („n”), wird bei Schritt S9 das Gradientenmoment K entsprechend verändert und das Verfahren kehrt zu dem Schritt 102 zurück. Wenn die aktuelle K-Raum-Zeile vollständig ausgelesen worden ist („j” bei Schritt 108), wird im Schritt 109 überprüft, ob auch die K-Raum-Schicht vollständig ausgelesen worden ist. Ist dies der Fall („j”), ist das Verfahren beendet. Wenn die K-Raum-Schicht noch nicht vollständig ausgelesen worden ist („n” bei Schritt S8), wird im Schritt 111 das Gradientenmoment K_x neu initialisiert und im Schritt 112 das Gradientenmoment K_y entsprechend verändert und das Verfahren kehrt zu Schritt 102 zurück.
Werden nicht nur zwei, sondern alle drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y, G_z geschaltet, wie später auch mit Bezug auf 4 erläutert, erweitert sich das Flussschema analog auf die dritte Raumrichtung und es kann pro Durchlauf, d. h. pro HF-Anregungspuls mehr als ein Rohdatenpunkt erfasst werden.
In 4 ist der Verlauf der drei Phasenkodiergradienten bei der kartesischen Erfassung von vier Schichten in einem kartesisch abgetasteten K-Raum dargestellt. Die zugehörigen HF-Anregungspulse und Auslesezeitspannen sind hierbei der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt, da sie im gewählten Maßstab nicht mehr darstellbar eng beieinander liegen würden. Es wird lediglich angemerkt, dass im Unterschied zu den in 1a gezeigten HF-Anregungspulsen 16 und zugehörigen Auslesezeitspannen 17 hier die zeitlichen Abstände zwischen den HF-Anregungspulsen und ihren zugehörigen Auslesezeitspannen entsprechend der Bestimmung der Echozeit variieren.
Im Unterschied zu dem in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der in 4 dargestellten, mit einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens konformen, 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 jeder 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 zu Beginn einer K-Raum-Zeile eine relativ lange Zeitspanne auf, um das Nyquisttheorem (siehe Gleichung (1)) nicht zu verletzen. Je mehr sich die zu erfassenden Rohdatenpunkte dem K-Raum-Zentrum nähern, desto größer wird die Stärke aller drei Phasenkodiergradienten G_x, G_y und G. Ein solcher Zeitpunkt ist z. B. in 4 in der siebten Schicht durch eine gestrichelte Linie markiert. Die Echozeit zur Erfassung der Rohdatenpunkte in der Nähe des K-Raum-Zentrums ist somit am geringsten.
5 zeigt schematisch ein Beispiel des Verlaufs der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichten Echozeiten TE in einer Schicht durch den K-Raum. Wie man sieht, variiert die Echozeit TE für verschiedene K-Raumpunkte (Rohdatenpunkte), wobei im Bereich des K-Raumzentrums (Mitte der Abbildung) die kürzesten Echozeiten erreicht werden können und die benötigten Echozeiten in hohem Maße symmetrisch nach außen hin (in Richtung höherer K-Raumwerte) zunehmen.

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 mindestens einem Rohdatenpunkt in einem zu dem Bilddatensatz gehörigen K-Raum-Datensatz je eine Zeitspanne nach dem Einstrahlen des HF-Anregungspulses (16), wobei die Zeitspanne für jeden Rohdatenpunkt abhängig von einer maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbaren Stärke desjenigen geschalteten Phasenkodiergradienten (G_x; G_y; G_z) bestimmt wird, welcher derjenigen Raumrichtung entspricht, in welcher der jeweilige Rohdatenpunkt das vom Betrag her größte Gradientenmoment (K_x, K_y oder K_z) besitzt, wobei die maximal mit der Magnetresonanzanlage erreichbare Stärke dieses Phasenkodiergradienten in Abhängigkeit von dem bestimmten größten Gradientenmoment bestimmt wird, wobei für jeden Rohdatenpunkt im K-Raum-Datensatz nach einem üblichen Verfahren jeweils die Gradientenmomente für jede der Raumrichtungen bestimmt werden, und von den Gradientenmomenten das vom Betrag her größte bestimmt wird, und in Abhängigkeit von den Gradientenmomenten und einem von der Magnetresonanzanlage vorgegebenen globalen Maximalwert für die Stärke eines effektiven Gradienten die maximal mögliche Stärke des Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in der Raumrichtung, welche dem größten Gradientenmoment entspricht, bestimmt wird, und zur Erfassung jedes Rohdatenpunktes ausgehend von dem für den jeweiligen Rohdatenpunkt bestimmten größten Gradientenmoment und der bestimmten maximal möglichen Stärke des zugehörigen Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) die minimale Echozeit bestimmt wird, und die noch nicht bestimmten Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) abhängig von dem Gradientenmoment der jeweiligen Raumrichtung und von der minimalen Echozeit bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei drei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung geschaltet werden und mehreren Rohdatenpunkte entlang einer geradlinigen Speiche erfasst werden, welche durch das Zentrum des K-Raums verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für jeden Rohdatenpunkt in Abhängigkeit von den Gradientenmomenten des Rohdatenpunkts und einem von der Magnetresonanzanlage vorgegebenen globalen Maximalwert für die Stärke eines effektiven Gradienten die in der Raumrichtung, welche dem größten Gradientenmoment des Rohdatenpunkts entspricht, maximal mögliche Stärke des Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die noch nicht bestimmten Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) für jeden Rohdatenpunkt in Abhängigkeit von den Gradientenmomenten des Rohdatenpunkts und der bestimmten maximal möglichen Stärke des Phasenkodiergradienten in der Raumrichtung, welche dem größten Gradientenmoment des Rohdatenpunkts entspricht, bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 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, wobei die Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) eingeschaltet sind, wenn der HF-Anregungspuls (16) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die minimale Echozeit auf die kleinstmögliche Echozeit der Magnetresonanzanlage (5) eingestellt wird, wenn die minimale Echozeit kleiner als die kleinstmögliche Echozeit der Magnetresonanzanlage (5) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei 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 eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen, eine Sende-/Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Echosignalen und zum Senden von HF-Anregungspulsen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und Erstellung des Bilddatensatzes umfasst, welche ausgestaltet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführen.