DE102010043956B4

DE102010043956B4 - Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt unter Vermeidung von Einfaltungs- und Bandartefakten

Info

Publication number: DE102010043956B4
Application number: DE102010043956A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2030-11-17
Also published as: US20120126813A1; US8803522B2; DE102010043956A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenebschnitt (40) eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5) und eine entsprechende Magnetresonanzanlage (5). Dabei wird der dreidimensionale Volumenabschnitt (40) mit einem HF-Anregungspuls (37) selektiv angeregt, wobei gleichzeitig ein Magnetfeldgradient (Gz1) geschaltet ist. Zur Ortskodierung werden zwei Phasenkodiergradienten (Gy, Gz2) und ein weiterer Magnetfeldgradient (Gx) geschaltet und abhängig davon die MR-Daten erfasst. Ein Frequenzbereich des HF-Anregungspulses (37) wird abhängig von Resonanzfrequenzen (33, 34) von mindestens zwei zu erfassenden Stoffen innerhalb des Volumenabschnitts (40) derart eingestellt, dass eine Mittenfrequenz des Frequenzbereiches zwischen den Resonanzfrequenzen angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt unter Vermeidung von Einfaltungs- und Bandartefakten MR-Daten zu erfassen sowie eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage.
In ”Handbook of MRI pulse sequences”, M. A. Bernstein u. a., Elsevier Academic Press, Burlington, USA, 2004 wird auf Seite 598 in Fig. 14.10. eine Pulssequenz dargestellt, um MR-Daten einer 2D-Schicht zu zwei verschiedenen Zeitpunkten nach dem HF-Anregungspuls zu erfassen. Dabei sind diese beiden Zeitpunkte (TE₁ und TE₂) derart gewählt, dass zum ersten Zeitpunkt TE₁ die Signale von Wasser und Fett gegenphasig und zum zweiten Zeitpunkt TE₂ gleichphasig sind.
In ”1H NMR chemical shift selective (CHESS) imaging”, A. Haase u. a., Phys. Med. Biol., Seiten 341–344, Vol. 30, 1985 wird die selective Unterdrückung bestimmter Frequenzen bei einer 2D-Schicht-Aufnahme beschrieben.
Die US 5 134 372 A betrifft ein MR-Bildgebungsverfahren zur Trennung von Wasser- und Fett-Signalen.
Die US 2003/0003053 A1 beschreibt ein MR-Bildgebungsverfahren, bei welchem 2D-Schichten erfasst werden. Dabei erfolgt die Anregung bei einer Frequenz, welche von der Mittenfrequenz zu der Resonanzfrequenz von Wasser um einen von einer chemischen Verschiebung und gemessenen Fehlern abhängigen Wert verschoben ist.
Die US 7 109 709 B2 beschreibt ein Verfahren zur Abschätzung einer Mittenfrequenz.
Zum Beispiel beim SPACE-Verfahren (”Sampling Perfection with Application Optimized Contrasts Using Different Flip Angle Evolution”), welches mit einer selektiven Anregung arbeitet, treten aufgrund der chemischen Verschiebung zwischen unterschiedlichen chemischen Strukturen (wie z. B. Fett und Wasser) Artefakte auf, welche die diagnostische Aussagekraft der erstellten MR-Bilder verschlechtern. zum einen treten in Richtung des Grundmagnetfelds auf der einen Seite des zu erfassenden dreidimensionalen Volumenabschnitts dunkle Bereiche (”dark bands”) auf und zum anderen werden auf der anderen Seite von außerhalb des Volumenabschnitts liegendem fetthaltigem Gewebe MR-Signale in den Volumenabschnitt eingefaltet. Der Grund für beide Artefaktetypen liegt in der auftretenden chemischen Verschiebung, wovon ein Großteil eines MR-Bildes betroffen sein kann.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Auswirkungen der von einer chemischen Verschiebung verursachten Artefakte zumindest abzuschwächen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten 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 Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Mit einem HF-Anregungspuls wird der dreidimensionale Volumenabschnitt selektiv angeregt, wobei gleichzeitig ein Magnetfeldgradient geschaltet ist. Der Frequenzbereich dieses HF-Anregungspulses wird abhängig von Resonanzfrequenzen von zwei oder mehreren durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erfassenden Stoffen innerhalb des Volumenabschnitts derart eingestellt, dass eine Mittenfrequenz des Frequenzbereiches zwischen diesen Resonanzfrequenzen angeordnet ist.
• Zur Ortskodierung werden zwei Phasenkodiergradienten und ein weiterer Magnetfeldgradient geschaltet.
• Die MR-Daten werden erfasst.

Abhängig von der Art der chemischen Bindung, in welcher sich der jeweilige Atomkern befindet, und proportional zur Magnetfeldstärke weist jeder Stoff seine eigene Resonanzfrequenz auf. Indem die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses zwischen den für die entsprechende Stärke des Grundmagnetfelds geltenden Resonanzfrequenzen der zu erfassenden Stoffe angeordnet wird, werden die Atomkerne der verschiedenen Stoffe geeigneter angeregt, als wenn die Mittenfrequenz der Resonanzfrequenz von Wasser entspricht, wie es nach dem Stand der Technik der Fall ist. Dies wird im Folgenden noch genauer erläutert.
Unter der Mittenfrequenz wird dabei diejenige Frequenz verstanden, welche in der Mitte des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses liegt.
Beispielsweise kann die Mittenfrequenz auf den Mittelwert der Resonanzfrequenzen der zu erfassenden Stoffe eingestellt werden, wobei es sich bei dem Mittelwert um den arithmetischen Mittelwert, den geometrischen Mittelwert oder den Median handeln kann.
Wenn es sich bei den zu erfassenden Stoffen beispielsweise um Wasser und Fett handelt, und die Mittenfrequenz dem Mittelwert aus der Resonanzfrequenz von Wasser und der Resonanzfrequenz von Fett entspricht, werden die Protonen (H-Atome) von wässrigem Gewebe und die Protonen von Fett im Zielvolumen (d. h. im vorbestimmten Volumenabschnitt) gleich gut angeregt, wie es im Folgenden mit Bezug zu den Figuren noch im Detail erläutert wird. Dadurch können vorteilhafterweise die vom Fettgewebe verursachten Artefakte gegenüber dem Stand der Technik zumindest verringert werden.
Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung sei auf folgendes hingewiesen. Im Vergleich zum Stand der Technik wird der Frequenzbereich des HF-Anregungspulses gemäß der vorliegenden Erfindung abhängig von den zu erfassenden Stoffen (genauer gesagt: abhängig von den jeweiligen Resonanzfrequenzen der zu erfassenden Stoffe) verschoben. Dadurch wird für jeden der zu erfassenden Stoffe von demselben HF-Anregungspuls ein jeweiliger Volumenabschnitt angeregt, welcher in aller Regel nicht dem vorbestimmten Volumenabschnitt entspricht. (Die einzige erfindungsgemäße Ausnahme von der eben beschriebenen Regel liegt dann vor, wenn mehr als zwei Stoffe zu erfassen sind und die Mittenfrequenz genau einer Resonanzfrequenz dieser Stoffe entspricht). Trotzdem wird der vorbestimmte Volumenabschnitt bei der Erfassung der MR-Daten ausgelesen. D. h. die dreidimensionale Ortskodierung zur Erfassung der MR-Daten erfolgt derart, dass der vorbestimmte Volumenabschnitt ausgelesen wird.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Stärke des Magnetfeldgradienten, welcher zur Selektion während des HF-Anregenspulses geschaltet ist, derart abgesenkt, dass jeweils auch ein Randbereich vor und hinter (in Richtung dieses Magnetfeldgradienten) dem bezüglich des jeweiligen Stoffs angeregten Volumenabschnitt angeregt und MR-Daten in diesen Randbereichen erfasst werden.
Durch diese Vergrößerung des angeregten Volumens werden nun vorteilhafterweise auch die entsprechenden Stoffe am Rand innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts angeregt, welche ohne diese Absenkung aufgrund ihrer von der Mittenfrequenz versetzten Resonanzfrequenz nicht angeregt würden. Durch dieses Vorgehen werden demnach die dunklen Bereiche, welche von nicht angeregten Stoffen innerhalb des Zielvolumens herrühren, zumindest verkleinert.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden mittels einer Überabtastung auch MR-Daten in Randbereichen vor und hinter (in Richtung des Magnetfeldgradienten) dem Volumenabschnitt erfasst.
Durch die Überabtastung ist das Volumen, in welchem MR-Daten erfasst werden, größer als der vorbestimmte Volumenabschnitt. Da die von Einfaltungen herrührenden Artefakte am Rand des erfassten Volumens auftreten, können dadurch die Einfaltungen quasi aus dem vorbestimmten Volumenabschnitt hinausgeschoben werden. Zur Erstellung eines MR-Bilddatensatzes des vorbestimmten Volumenabschnitts wird aus dem MR-Bilddatensatz des abgetasteten Volumens der dem vorbestimmten Volumenabschnitt entsprechende Teil extrahiert. Anders ausgedrückt wird ausgehend von den MR-Daten, welche von dem abgetasteten Volumen erfasst werden, ein MR-Bilddatensatz des Volumens erstellt. Dieser MR-Bilddatensatz weist am Rand Einfaltungsartefakte auf. Da der vorbestimmte Volumenabschnitt kleiner als dieses Volumen ist, entspricht der MR-Bilddatensatz des Volumenabschnitts nur einem Teil des MR-Bilddatensatzes des Volumens. Wenn die Überabtastung so eingestellt ist, dass die Einfaltungen nur denjenigen Teil des MR-Bilddatensatzes des Volumens betreffen, welcher nicht zu dem MR-Bilddatensatz des vorbestimmten Volumenabschnitts gehört, kann aus dem MR-Bilddatensatz des Volumens der MR-Bilddatensatz des vorbestimmten Volumenabschnitts erstellt werden, ohne dass der letztgenannte Einfaltungsartefakte aufweist.
Im Normalfall verläuft der Magnetfeldgradienten, welcher gleichzeitig mit dem HF-Anregungspuls geschaltet wird, in Richtung des Grundmagnetfelds der Magnetresonanzanlage. Darüber hinaus verläuft ein erster der beiden Phasenkodiergradienten ebenfalls in Richtung dieses Grundmagnetfelds, während der zweite Phasenkodiergradient senkrecht auf dem ersten Phasenkodiergradienten und damit auch senkrecht auf der Richtung des Grundmagnetfelds steht. Der weitere Magnetfeldgradient, welcher insbesondere zur Frequenzkodierung eingesetzt wird, steht nun sowohl senkrecht auf dem ersten als auch senkrecht auf dem zweiten Phasenkodiergradienten.
Während vorab die Erfassung der MR-Daten innerhalb eines kartesischen Koordinatensystems beschrieben ist, sei darauf hingewiesen, dass die Erfassung der MR-Daten (durch Schalten der Phasenkodiergradienten und des weiteren Magnetfeldgradienten) in beliebiger Form erfolgen kann, so dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Erfassung der MR-Daten beispielsweise auch mit Kugelkoordinaten oder Zylinderkoordinaten arbeiten kann.
Wenn der weitere Magnetfeldgradient zur Frequenzkodierung eingesetzt wird, kann vorteilhafterweise in einem Schritt eine K-Raum-Zeile (beispielsweise 256 Punkte) in Richtung dieses weiteren Magnetfeldgradienten ausgelesen werden.
Erfindungsgemäß können Refokussierungspulse zur Refokussierung der Spins eingesetzt werden. Dabei können diese Refokussierungspulse selektiv oder nicht selektiv ausgeprägt sein. Falls selektive Refokussierungspulse eingesetzt werden, ist es sinnvoll, wenn der Frequenzbereich der Refokussierungspulse dem Frequenzbereich des HF-Anregungspulses entspricht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten eines vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antennen und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der HF-Antenne(n), zum Empfang der Messsignale, welche von der/den HF-Antenne(n) aufgenommen werden, und zur Auswertung der Messsignale sowie zur Erstellung der MR-Bilddatensätze. Die Magnetresonanzanlage regt den dreidimensionalen Volumenabschnitt mit einem HF-Anregungspuls selektiv an, wobei gleichzeitig ein Magnetfeldgradient geschaltet ist. Der Frequenzbereich des HF-Anregungspulses wird dabei von der Magnetresonanzanlage abhängig von Resonanzfrequenzen eingestellt, welche zwei oder mehrere Stoffe innerhalb des Volumenabschnitts aufweisen, so dass eine Mittenfrequenz dieses Frequenzbereiches zwischen diesen Resonanzfrequenzen liegt. Um die MR-Daten innerhalb des Volumenabschnitts zu erfassen, schaltet die Magnetresonanzanlage zur Ortskodierung zwei Phasenkodiergradienten und einen weiteren Magnetfeldgradienten.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail beschrieben 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 Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten gesagt, soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung 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 Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Erfassung von MR-Daten in einem dreidimensionalen Volumenabschnitt geeignet, um ausgehend von diesen MR-Daten einen Bilddatensatz des Volumenabschnitts zu erzeugen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da sie beispielsweise auch zur Erstellung ortsabhängiger Spektralinformationen innerhalb eines Volumenabschnitts eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt eine an sich bekannte Magnetresonanzanlage dar.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Gradientenpulssequenz zur Erfassung von MR-Daten innerhalb eines dreidimensionalen Volumenabschnitts dargestellt.
In 3 ist eine chemische Verschiebung zwischen Wasser und Fett dargestellt.
In 4 ist ein bezüglich Wasser angeregtes Volumen im Vergleich zu einem bezüglich Fett angeregten Volumen nach dem Stand der Technik dargestellt.
In 5 ist erfindungsgemäß ein Zielvolumen im Vergleich zu einem bezüglich Wasser angeregten Volumen und zu einem bezüglich Fett angeregten Volumen dargestellt.
In 6 sind für ein MR-Verfahren nach dem Stand der Technik Einfaltungsartefakte bei einem Phantombeispiel dargestellt.
In 7 sind für ein erfindungsgemäßes MR-Verfahren Einfaltungsartefakte bei demselben Phantombeispiel wie in der 7 dargestellt.
8 zeigt einen Flussplan für ein erfindungsgemäßes Verfah- ren.
1 ist 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 Volumenabschnitt eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet 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) Hochfrequenzantennen 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 Mittenfrequenz entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlen 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 bzw. dreidimensionaler Bilddatensatz 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 eine erfindungsgemäße Pulssequenz dargestellt. Nach einem Spoiler-Gradient 38 zur Zerstörung ”alter” Magnetisierung wird zusammen mit einem Magnetfeldgradienten G_z1 ein HF-Anregungspuls 37 geschaltet, um die Spins innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts anzuregen. Die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs dieses HF-Anregungspulses 37 liegt in der Mitte der Resonanzfrequenzen von Wasser und von Fett bezüglich der eingestellten Stärke des Grundmagnetfelds B0.
Der erste Refokussierungspuls 36, eingerahmt von Spoiler-Gradienten 38, dient dazu, die Spins des vorbestimmten Volumenabschnitts in einen Gleichgewichtszustand zu bringen. Das Auslesen der MR-Daten für eine Zeile des K-Raumes entlang der x-Richtung erfolgt jeweils nach einem Refokussierungspuls 36 und direkt nach dem ersten Phasenkodiergradienten G_y und dem zweiten Phasenkodiergradienten G_z2, wobei während des Auslesens der Frequenzkodiergradient G_x geschaltet ist.
In 3 ist die chemische Verschiebung 6 zwischen Wasser und Fett dargestellt, welche 3,5 ppm beträgt. D. h. bei einer Stärke des Magnetfelds B₀ von 1,5 T beträgt die Frequenzdifferenz zwischen der Resonanzfrequenz 34 von Wasserprotonen und der Resonanzfrequenz 33 von Fettprotonen 220 Hz.
Mit Hilfe der 4 und 5 soll die vorliegende Erfindung genauer erläutert werden.
Nach dem Stand der Technik wird der Frequenzbereich des HF-Anregungspulses 37 entsprechend der Resonanzfrequenz von Wasser eingestellt, so dass nach dem Stand der Technik das Zielvolumen 40 demjenigen Volumen entspricht, in welchem die Wasserprotonen angeregt werden. Aufgrund der chemischen Verschiebung regt ein derartiger eingestellter HF-Anregungspuls 37 bezüglich Fett ein Volumen 41 an, welches dieselben Abmessungen wie das Volumen 40 aufweist, aber gegenüber diesem Zielvolumen 40 um ca. 30% in Richtung des Grundmagnetfelds B₀ verschoben ist.
Aufgrund dieser Verschiebung werden im oberen Volumenabschnitt 44 des Zielvolumens 40, welcher nicht Bestandteil des Volumens 41 ist, keine Fettprotonen angeregt, was zu dunklen Bereichen (”dark bands”) im erstellten MR-Bilddatensatz führt. Auf der anderen Seite werden im unteren Volumenabschnitt 45 des Volumens 41, welcher nicht zu dem Zielvolumen 40 gehört, Fettprotonen angeregt, was zu Einfaltungsartefakten im unteren Bereich des Zielvolumens 40 führt.
Erfindungsgemäß wird nun die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses 37 auf die Frequenz eingestellt, welche in der Mitte zwischen der Resonanzfrequenz 34 von Wasser und der Resonanzfrequenz 33 von Fett liegt. Beispielsweise wird die Mittenfrequenz und damit der Frequenzbereich des HF-Anregungspulses 37 gegenüber dem Stand der Technik um 110 Hz abgesenkt.
Dadurch verschiebt sich zwar das Volumen 42, in welchem die Wasserprotonen angeregt werden, bezüglich des Zielvolumens 40 geringfügig entgegen der Richtung des Grundmagnetfelds B₀ (nach oben in 5), aber die Verschiebung des Volumens 43, in welchem die Fettprotonen angeregt werden, beträgt gegenüber dem Stand der Technik nur die Hälfte, wodurch der dunkle Bereich (”dark band”) gegenüber dem Stand der Technik halbiert wird.
Die Erfassung der MR-Daten findet erfindungsgemäß im Zielvolumen 40 statt. Mit anderen Worten gesagt, werden die beiden Phasenkodiergradienten G_y, G_z2 und der Frequenzkodiergradient G_x derart eingestellt, dass das Zielvolumen 40 abgetastet wird. Anders ausgedrückt, entspricht der vorbestimmte Volumenabschnitt (das Zielvolumen 40) erfindungsgemäß weder dem Volumen 42, in welchem die Wasserprotonen angeregt sind, noch dem Volumen 43, in welchem die Fettprotonen angeregt sind.
Damit das Volumen 42 bzw. das Volumen 43 das gesamte Zielvolumen 40 umfasst, kann die Stärke des Selektionsgradienten G_z1 derart abgesenkt werden, dass sich das Volumen 42 gerade bis zur unteren Grenze (siehe 5) des Zielvolumens 40 und dass sich das Volumen 43 gerade bis zur oberen Grenze des Zielvolumens 40 erstreckt. Durch dieses Vorgehen können die dunklen Bereiche im zu erstellenden MR-Bilddatensatz des Zielvolumens 40 nahezu vollständig vermieden werden.
Darüber hinaus kann die Abtastung der Messsignale bei der MR-Daten-Erfassung mit einer höheren Frequenz, als es nach dem Nyquist-Theorem notwendig wäre, um die MR-Daten innerhalb des Zielvolumens 40 zu erfassen, erfolgen, was auch als Überabtastung bekannt ist. Durch diese Überabtastung werden neben dem Zielvolumen 40 auch Bereiche über und unter (siehe 5) dem Zielvolumen 40 erfasst. Anschließend wird ein MR-Bilddatensatz des durch die Überabtastung gegenüber dem Zielvolumen 40 vergrößerten Volumens erstellt und aus diesem MR-Bilddatensatz des vergrößerten Volumens der MR-Bilddatensatz des Zielvolumens 40 extrahiert, wodurch die Einfaltungsartefakte im Wesentlichen eliminiert werden.
Mit den 6 und 7 werden Ergebnisse der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik dargestellt.
Während in 6 ein MR-Bild eines Phantoms für ein MR-Verfahren nach dem Stand der Technik, bei welchem die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses der Resonanzfrequenz von Wasser entspricht, dargestellt ist, zeigt die 7 ein MR-Bild, welches durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzeugt wurde, wobei die Mittenfrequenz des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses genau in die Mitte zwischen die Resonanzfrequenz von Wasser und die Resonanzfrequenz von Fett eingestellt wurde. Man erkennt, dass die Artefakte 31 bei dem MR-Bild nach dem Stand der Technik in 6 deutlich zu erkennen sind, während in dem erfindungsgemäß erstellten MR-Bild in 7 nahezu keine Artefakte zu erkennen sind.
8 stellt einen Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Im ersten Schritt S1 werden die Resonanzfrequenzen von Fett und Wasser abhängig von der Stärke des Grundmagnetfelds B₀ der Magnetresonanzanlage bestimmt.
Im folgenden Schritt S2 wird die Mittenfrequenz der HF-Anregungspulse derart eingestellt, dass sie zwischen der Resonanzfrequenz von Fett und der Resonanzfrequenz von Wasser liegt.
Anschließend werden im Schritt S3 die MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts beispielsweise mit der in 2 dargestellten Pulssequenz erfasst.

Claims

Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt (40) eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: selektives Anregen des dreidimensionalen Volumenabschnitts (40) mit einem HF-Anregungspuls (37), wobei gleichzeitig ein erster Magnetfeldgradient (G_z1) geschaltet ist, Schalten von zwei Phasenkodiergradienten (G_y, G_z2) und von einem weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) zur Ortskodierung, und Erfassen der MR-Daten, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich des HF-Anregungspulses (37) abhängig von den Resonanzfrequenzen (33, 34) von mindestens zwei zu erfassenden Stoffen innerhalb des Volumenabschnitts (40) derart eingestellt wird, dass eine Mittenfrequenz des Frequenzbereiches zwischen den Resonanzfrequenzen (33, 34) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert der Resonanzfrequenzen (33, 34) der mindestens zwei zu erfassenden Stoffe berechnet wird, und dass die Mittenfrequenz auf diesen Mittelwert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei zu erfassenden Stoffe Wasser und Fett sind, und dass die Mittenfrequenz auf eine Frequenz in der Mitte zwischen der Resonanzfrequenz (34) von Wasser und der Resonanzfrequenz (33) von Fett eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Magnetfeldgradient (G_x) zur Frequenzkodierung eingesetzt wird, und dass in einem Schritt eine Zeile in Richtung des weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des ersten Magnetfeldgradienten (G_z1) derart geringer eingestellt wird, dass jeweils auch ein Randbereich in Richtung dieses Magnetfeldgradienten (G_z1) vor und hinter dem Volumenabschnitt angeregt wird und MR-Daten in diesen Randbereichen erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überabtastung auch MR-Daten jeweils in einem Randbereich in Richtung des ersten Magnetfeldgradienten (G_z1) vor und hinter dem Volumenabschnitt (40) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetfeldgradient (G_z1) in Richtung des Grundmagnetfelds (B₀) der Magnetresonanzanlage (5) verläuft, dass der erste (G_z2) der Phasenkodiergradienten ebenfalls in Richtung des Grundmagnetfelds (B₀) verläuft, dass der weitere Magnetfeldgradient (G_x) senkrecht zu der Richtung des Grundmagnetfelds (B₀) verläuft, und dass der zweite (G_y) der Phasenkodiergradienten senkrecht auf dem ersten Phasenkodiergradienten (G_z2) und auf dem weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem jeweiligen Erfassen der Daten ein selektiver Refokussierungspuls (36) geschaltet wird, und dass der Frequenzbereich des Refokussierungspulses (36) dem Frequenzbereich des HF-Anregungspulses (37) entspricht.
Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten eines vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitts (40) innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O), 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 der von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) den dreidimensionalen Volumenabschnitt (40) mit einem HF-Anregungspuls (37) selektiv anregt, wobei die Magnetresonanzanlage (5) gleichzeitig einen ersten Magnetfeldgradienten (G_z1) schaltet, und dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Ortskodierung zwei Phasenkodiergradienten (G_y, G_z2) und einen weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) schaltet, um abhängig davon die MR-Daten zu erfassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Einstellung des Frequenzbereichs des HF-Anregungspulses (37) abhängig von den Resonanzfrequenzen (33, 34) von mindestens zwei zu erfassenden Stoffen innerhalb des Volumenabschnitts (40) ausgestaltet ist, so dass eine Mittenfrequenz des Frequenzbereiches zwischen den Resonanzfrequenzen (33, 34) angeordnet ist.
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.