DE102011007850A1

DE102011007850A1 - Verfahren zur getriggerten Akquisition von Messdaten mittels eines Magnetresonanzgeräts unter Unterdrückung von unerwünschten Signalen, Magnetresonanzgerät, Computerprogrammprodukt und elektronisch lesbarer Datenträger

Info

Publication number: DE102011007850A1
Application number: DE102011007850A
Authority: DE
Inventors: Alto Stemmer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-04-22
Also published as: US8831704B2; KR101630484B1; CN102743172A; DE102011007850B4; CN102743172B; US20120271155A1; KR20120120899A

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, bei dem die Akquisition der Messdaten über ein physiologisches Signal des Untersuchungsobjekts getriggert wird und bei dem unerwünschte Signalkomponenten unterdrückt werden, umfasst die Schritte: a) Erfassen von Datenpunkten eines physiologisches Signals, b) Auswerten einer Triggerbedingung in Abhängigkeit der erfassten physiologischen Datenpunkte, c) Ausführen mindestens eines Präparationsmoduls zur Unterdrückung von unerwünschten Signalen in dem Zeitraum, in dem die Triggerbedingung noch nicht erfüllt ist, d) Nach Erfüllen der Triggerbedingung, Starten einer Akquisitionsphase vorgegebener zeitlicher Dauer, umfassend mindestens zwei gleichartige Präparationsmodule wie dasjenige unter c) zur Unterdrückung unerwünschter Signale und je ein darauffolgendes Akquisitionsmodul zur Erfassung von Messdaten e) Nach der Akquisitionsphase, Wiederholen der Schritte a) bis d) bis alle gewünschten Messdaten des Untersuchungsobjekts akquiriert wurden, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präparationsmodulen nach einem ersten Ausführen eines Präparationsmoduls in Schritt c) bis zum Ende der Akquisitionsphase im nachfolgenden Schritt d) jeweils derselbe ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterdrückung von unerwünschten Signalkomponenten während einer, über ein physiologisches Signal des Untersuchungsobjekts getriggerten Akquisition von Messdaten eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, ein entsprechendes Magnetresonanzgerät, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und einen entsprechenden elektronisch lesbaren Datenträger.
Die MR-Technik (MR: Magnetresonanz) ist dabei eine seit einigen Jahrzehnten bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Stark vereinfacht beschrieben wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld (Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr) positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar. Die zeitliche Abfolge der Anregungspulse und der Gradientenfelder zur Anregung des zu messenden Bildvolumens, zur Signalerzeugung und zur Ortskodierung wird dabei als Sequenz (oder auch Pulssequenz oder Messsequenz) bezeichnet.
Bei der Magnetresonanz-Bildgebung (engl. „magnetic resonance imaging” – MRI) von durch die Atembewegung beeinflussten Untersuchungsbereichen, wie z. B. den Organen des Thorax und des Abdomen, kann die Atembewegung in den rekonstruierten MR-Bildern z. B. zu Geistern (engl. „ghosting”), zu Unschärfe (engl. „blurring”), zu Intensitätsverlust, sowie zu Registrierungsfehlern zwischen Bildern führen. Diese Artefakte erschweren die Befundung auf Basis dieser MR-Bilder durch einen Arzt und können dazu führen, dass krankhafte Veränderungen wie z. B. Läsionen übersehen werden.
Es existieren bereits zahlreiche Techniken um Artefakte in Folge der Atembewegung zu reduzieren. Einige dieser Techniken können unter der sogenannten Atemtriggerung zusammengefasst werden. Beispielsweise in dem Übersichtsartikel von Craig E. Lewis et al. „Comparison of Respiratory Triggering and Gating Techniques for the Removal of Respiratory Artifacts in MR Imaging", Radiology 1986; 160: 803–810, werden derartige Techniken beschrieben.
Die Atemtriggerung versucht die MR-Messung mit dem Atemzyklus des frei atmenden Patienten zu synchronisieren und die Messung auf die relativ ruhige, d. h. bewegungsarme Phase des Atemzyklus am Ende der Exspiration (engl. „end expiration”) zu beschränken. Dazu wird die Atmung des Patienten als physiologisches Signal mit einem, z. B. pneumatischen, Atemsensor erfasst. Üblicherweise wird dabei nach einer anfänglichen Lernphase des Triggeralgorithmus, in dem die Bedingungen, welche einen „Trigger” auslösen sollen, bestimmt werden, nachfolgend ein „Trigger” erzeugt, sobald das vorbestimmte Triggerereignis, z. B. eine bestimmte Phase des Atemzyklus, detektiert wird.
In Folge des „Trigger” akquiriert die MR-Sequenz einen wiederum vorbestimmten Teil der Daten von einer oder mehreren Schichten des Untersuchungsobjekts. Der „Trigger” löst also die Aufnahme vorbestimmter Daten in dem Untersuchungsbereich aus. Nachdem ein solches vorbestimmtes Datenpaket akquiriert ist, stoppt die Datenakquisition automatisch bis der Triggeralgorithmus den nächsten „Trigger” generiert. Daraufhin wird ein zweites Datenpaket akquiriert. Dieser Ablauf wird solange fortgeführt, bis alle Daten von allen Schichten des zu untersuchenden Untersuchungsbereichs akquiriert sind. Unter einer Schicht versteht man dabei den Teilbereich des Untersuchungsbereiches, der durch einen einzelnen selektiven Anregungspuls der Sequenz erfasst wird. Bei den im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besonders wichtigen sogenannten zweidimensionalen (2D) Sequenztechniken teilt man den Untersuchungsbereich meist in eine oder mehrere Gruppen zueinander paralleler Schichten ein.
In der Regel wird das Triggerereignis derart gewählt, dass „Trigger” während der Ausatmung erzeugt werden und derart, dass die Datenakquisition auf die relativ bewegungsarme Phase des Atemzyklus am Ende der Exspiration beschränkt wird. In der Regel wird ein Triggerereignis pro Atemzyklus erzeugt. Eine atemgetriggerte Sequenz akquiriert demnach einmal pro Atemzyklus Daten einer bestimmten Schicht des Untersuchungsbereichs.
Bei atemgetriggerten MR-Messungen ist die Repetitionszeit (TR), also die Zeit zwischen zwei Anregungen derselben Schicht, nicht fix sondern variiert mit dem Atemzyklus des Patienten. Die Repetitionszeit TR ist ein wichtiger, den Kontrast bestimmender Parameter in der Magnetresonanz-Bildgebung. In der atemgetriggerten Magnetresonanz-Bildgebung spricht man unter den genannten Vorraussetzungen von einer effektiven Repetitionszeit TR_eff, die dann gleich dem mittleren Atemzyklus des Patienten ist. Der Atemzyklus des Patienten unterliegt starken individuellen (und auch krankheitsbedingten) Schwankungen und beträgt typisch zwischen 3 und 6 Sekunden. Man setzt die Atemtriggerung deshalb bevorzugt für solche Sequenzen ein, bei denen die gewünschte Repetitionszeit TR in dieser Größenordnung liegt. Einige typische Beispiele sind die T2 gewichtete Bildgebung mit TSE-Sequenzen (TSE: Turbo-Spin-Echo) und diffusionsgewichtete Bildgebung mit Spin-Echo-EPI-Sequenzen (EPI: engl. „echo planar imaging”).
Im Folgenden bezeichnet ein Akquisitionsmodul eine Teilsequenz, die zur Anregung einer einzelnen Schicht des Untersuchungsbereiches und der darauffolgenden Datenerfassung des angeregten Volumens ausgeführt wird. Zur vollständigen Datenerfassung einer Schicht sind in der Regel mehrere Akquisitionsmodule dieser Schicht nötig. Bei der Atemtriggerung werden diese in verschiedenen Atemzyklen ausgeführt. Um trotz der relativ langen effektiven Repetitionszeiten eine akzeptable Effizienz bei den Messungen zu erreichen, werden z. B. sukzessive Daten von mehreren Schichten (statt nur einer) pro Atemzyklus akquiriert und somit während eines Atemzyklus Akquisitionsmodule verschiedener Schichten ausgeführt. Die Ausführung von Akquisitionsmodulen nach einem „Trigger” wird im Folgenden als eine Akquisitionsphase bezeichnet. Die Dauer der Akquisitionsphase nach einem einzelnen „Trigger” als Akquisitionsdauer Tac_p. Die vollständige Erfassung der Daten einer Schicht erfolgt in der Regel in mehreren Akquisitionsphasen.
Bei der Aufzeichnung von Bilddaten kommt es oftmals vor, dass Kernspins einer speziellen Gewebekomponente, beispielsweise Fettgewebe, ein starkes Signal geben. Dadurch stellt sich Fettgewebe in den erzeugten Bildern im Vergleich zu anderen Gewebearten sehr intensiv dar, sodass hierdurch eine korrekte Diagnosestellung erschwert sein kann. Daher sind einige Techniken entwickelt worden, um das Signal von Fettgewebe zu unterdrücken, z. B. durch spektrale Sättigung. Ähnlich kommt es vor, dass Kernspins in speziellen Bereichen, z. B. direkt benachbart zu dem zu untersuchenden Untersuchungsbereich, ein Signal abgeben, dass die gewünschte Aufnahme stört. Auch zur Unterdrückung derartiger Signale sind bereits Techniken entwickelt worden, z. B. durch räumliche (spatiale) Sättigung.
Zur Unterdrückung derartiger ungewünschter Signale in einer Datenakquisition mittels eines Akquisitionsmoduls werden (in der Regel) vor jedem Akquisitionsmodul ein oder mehrere Präparationsmodule geschaltet. Jedes Präparationsmodul besteht dabei in der Regel aus einem Hochfrequenz-Anregungs- oder -Inversionspuls sowie aus Spoiler-Gradienten zur Dephasierung der transversalen ungewünschten Signalkomponente.
Am Beispiel von Fettunterdrückung mit spektral selektiven Sättigungspulsen soll im Folgenden ein Problem erläutert werden, dass bei der atemgetriggerten MR-Bildgebung zu einer unzureichenden Unterdrückung des ungewünschten Signals (hier Fett) führt. Das gleiche bzw. ein ähnliches Problem besteht aber auch bei der Unterdrückung von anderen ungewünschten Signalkomponenten bzw. bei der Unterdrückung von Fett mit anderen Methoden.
Fett liefert z. B. in T2-gewichteten Turbo-Spin-Echo Bildern ein sehr intensives Signal, das andere Signale überstrahlen kann, und kann somit die Befundung von verschiedenen Krankheiten erschweren. In MR-Bildern, die mit EPI-Sequenzen akquiriert werden, ist Fett in Phasenkodierrichtung relativ zur Wasserkomponente verschoben. Das verschobene Fettbild stört den Bildeindruck und kann Läsionen überlagern. Zur Unterdrückung von Fettsignal kann man ausnutzen, dass sich die Resonanzfrequenz von Protonen, die in Fettmolekülen gebunden sind, von solchen, die in Wassermolekülen gebunden sind, um 3.3–3.5 Teile der Million (engl. parts per million (ppm)), also um ca. 217 Hz bei 1.5 T, unterscheidet.
Zur Unterdrückung der Fettsignale kann daher vor jedem Akquisitionsmodul ein spektral selektiver Anregungspuls, der Protonen, die in Fettmolekülen gebunden sind, in die transversale Ebene kippt und Protonen, die in Wassermolekülen gebunden sind, nicht beeinflusst geschaltet werden. Das so angeregte Fettsignal wird anschließend mit einem Spoiler-Gradienten dephasiert. In dem unmittelbar danach geschalteten Akquisitionsmodul liefert das Fettsignal demnach keinen Signalbeitrag bzw. nur noch einen stark reduzierten Signalbeitrag. Die Dauer eines Akquisitionsmoduls bei den zuvor genannten Sequenztechniken liegt in der Größenordnung der T1-Relaxationszeit von Fett (ca. 260 ms bei 1.5 T Feldstärke). Demzufolge ist nach der Ausführung des Akquisitionsmoduls ein signifikanter Teil der Fettprotonen wieder parallel zum Feld ausgerichtet. Diese würden in einem nachfolgenden Akquisitionsmodul ohne eigenes vorgeschaltetes Präparationsmodul einen Signalbeitrag liefern. Dies vermeidet man indem man vor jedem Akquisitionsmodul das Präparationsmodul erneut schaltet. Der spektral selektive Hochfrequenz-Puls des Präparationsmoduls ist in der Regel nicht schichtselektiv. Die Repetitionszeit der Präparationsmodule, im Beispiel TR-FAT, ist somit kürzer als die Repetitionszeiten der schichtselektiven Akquisitionsmodule TR_im_ac.
Zur optimalen Fettunterdrückung muss man den Anregungsflipwinkel des Präparationsmoduls in Abhängigkeit von der Repetitionszeit der Präparationsmodule, sowie der Zeit zwischen dem Anregungspuls des Präparationsmoduls und dem Anregungspuls des darauffolgenden Akquisitionsmoduls (sowie der Feldstärkeabhängigen T1-Relaxationszeit von Fett) wählen. Den optimalen Flipwinkel berechnet man dabei für einen dynamischen Gleichgewichtszustand der Fettspins, bei dem die Längsmagnetisierung der Fettspins unmittelbar vor dem Anregungspuls eines Präparationsmoduls jeweils den gleichen Wert hat. Dieser Gleichgewichtszustand stellt sich aber nicht sofort nach dem ersten Präparationsmodul ein. Vielmehr durchläuft die Längsmagnetisierung einen transzendenten Zustand und nähert sich dem Gleichgewichtszustand erst nach einer Reihe von Präparationsmodulen. Die Fettunterdrückung in den Akquisitionsmodulen, die nach den ersten Präparationsmodulen der gesamten Sequenz ausgeführt werden, ist demzufolge nicht ideal, d. h. Fett ist nicht hinreichend unterdrückt.
Bei einer nicht atemgetriggerten Magnetresonanz-Messung besteht dieses Problem nur einmalig zu Beginn der Messung. Bei einer atemgetriggerten Magnetresonanz-Messung muss sich der Gleichgewichtzustand der Fettprotonen nach jedem Trigger, also während jedes Atemintervalls, neu einstellen, da in dem Zeitintervall zwischen dem letzen Präparationsmodul der n-1-ten Akquisitionsphase (nach dem n-1-ten Triggerereignis) und dem ersten Präparationsmodul der n-ten Akquisitionsphase (nach dem n-ten Trigger) Fett fast vollständig relaxiert, da dieses Zeitintervall bei einem typischen Atemintervall ungefähr fünf bis zehnmal so lang ist wie die T1-Zeit von Fett. Insbesondere sind alle Daten einer Schicht (und demzufolge die MR-Bilder, die aus diesen Daten berechnet werden), deren Akquisitionsmodule jeweils früh nach einem Trigger ausgeführt werden (in 1 z. B. die Schicht S1) unzureichend Fett gesättigt. Dies kann die Diagnose mit Hilfe dieser Bilder erheblich erschweren.
Die Begriffe „Atemgating” und „Atemtriggering” werden im Stand der Technik nicht konsistent verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Atemtriggerung eine Technik verstanden, die die bildgebende MR-Messung mit der Atmung des frei atmenden Patienten synchronisiert und versucht, ein festgelegtes Paket von Messdaten während einer ausgezeichneten Phase des Atemzyklus zu akquirieren. Wird hierbei eine bestimmte Schicht nur einmal pro Trigger angeregt, so ist das effektive TR der Sequenz wie oben beschrieben gleich dem oder ein Vielfaches des mittleren Atemzyklus des Patienten.
Unter Atemgating wird hier eine MR-Messung verstanden, während der die Atmung des Patienten erfasst wird und den akquirierten Messdaten zugeordnet wird, aber deren Wiederholrate (insbesondere deren TR, also die Zeit zwischen der sukzessiven Anregung einer Schicht) unabhängig von der Atmung des Patienten ist. Die Wiederholrate ist beim Atemgating vielmehr durch einen (Sequenz-)Parameter gesteuert oder durch ein weiteres physiologisches Signal (nicht die Atmung!), z. B. einem EKG. Beim Atemgating wird die Ateminformation dazu genutzt, einzelne Datenpakete, die z. B. während starker Atembewegung akquiriert wurden, wiederholt zu akquirieren oder vorausschauend besonders bewegungsempfindliche oder den Bildeindruck bestimmende k-Raum Zeilen in einer ausgezeichneten Atemphase oder Diaphragma-Position zu akquirieren (z. B. bei ROPE – respiratory ordered phase encoding). Demnach besteht das oben geschilderte Problem der unzureichenden Unterdrückung unerwünschter Signale vorwiegend bei Techniken mit Atemtriggerung, nicht aber bei Techniken, welche Atemgating einsetzten, da dort kontinuierlich (oder im Fall einer EKG-gesteuerten Messung quasi kontinuierlich) gemessen werden kann.
Aus der Patentschrift DE 10 2007 011 807 ist bereits eine Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung bekannt, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden, und mit der Signale von Kernspins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, welche folgende Schritte umfasst:

(a) Anwenden eines Suppressionsmoduls zur Unterdrückung von Signalen der Kernspins des bestimmten Typus,
(b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls nach einer Wartezeit (TI) zur Aufzeichnung von Messdaten,
(c) Wiederholen von Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit (TR), und
(d) vor den Schritten (a), (b) und (c) Anwenden eines Spin-Präparations-Moduls, das eine Magnetisierung der Kernspins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der durch die Anwendung der nachfolgenden Schritte (a), (b) und (c) aufrechterhalten wird.

Alternativ kann dort anstelle des Spin-Präparations-Moduls auch das erste Suppressionsmodul so ausgebildet werden, dass es einen HF-Puls umfasst, dessen Flipwinkel so gewählt wird, dass die Magnetisierung der Kernspins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt wird.
Somit sollen die Kernspins des bestimmten Typus bereits vor der „Kernsequenz” (Schritte (a), (b) und (c)) in den Gleichgewichtszustand versetzt werden. Dies gelingt jedoch in der Praxis nicht hinreichend gut.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts anzugeben, bei dem die Akquisition der Messdaten über ein physiologisches Signal des Untersuchungsobjekts getriggert wird und bei dem unerwünschten Signalkomponenten hinreichend gut unterdrückt werden. Es ist eine weitere Aufgabe ein entsprechendes Magnetresonanzgerät, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und einen entsprechenden elektronisch lesbaren Datenträger anzugeben, welche eine hinreichend gute Unterdrückung ungewünschter Signale ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts unter Unterdrückung von unerwünschten Signalkomponenten gemäß Anspruch 1, ein Magnetresonanzgerät gemäß Anspruch 12, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 13 und einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 14.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, bei dem die Akquisition der Messdaten über ein physiologisches Signal des Untersuchungsobjekts getriggert wird und bei dem unerwünschte Signalkomponenten unterdrückt werden, umfasst die Schritte:

a) Erfassen von Datenpunkten eines physiologisches Signals,
b) Auswerten einer Triggerbedingung in Abhängigkeit der erfassten physiologischen Datenpunkte,
c) Ausführen mindestens eines Präparationsmoduls zur Unterdrückung von unerwünschten Signalen in dem Zeitraum, in dem die Triggerbedingung noch nicht erfüllt ist,
d) Nach Erfüllen der Triggerbedingung, Starten einer Akquisitionsphase vorgegebener zeitlicher Dauer, umfassend mindestens zwei gleichartige Präparationsmodule wie dasjenige unter c) zur Unterdrückung unerwünschter Signale und je ein darauffolgendes Akquisitionsmodul zur Erfassung von Messdaten
e) Nach der Akquisitionsphase, Wiederholen der Schritte a) bis d) bis alle gewünschten Messdaten des Untersuchungsobjekts akquiriert wurden,

Durch das Ausführen mindestens eines Präparationsmoduls zur Unterdrückung von unerwünschten Signalen bereits bevor die Triggerbedingung zum start der Akquisition von Messdaten erfüllt ist, also vor dem Start einer Akquisitionsphase (die frühestens nach Erfüllen der Triggerbedingung startet) und durch das Beibehalten des zeitlichen Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präparationsmodulen vom ersten Ausführen vor dem Erfüllen der Triggerbedingung bis zum Ende einer jeweiligen Akquisitionsphase, kann sich ein dynamisches Gleichgewicht der Spins der ungewünschten Gewebekomponente bereits vor der Akquisition der Messdaten (für Bildgebung oder Spektroskopie) zumindest näherungsweise einstellen und die Qualität der Unterdrückung der ungewünschten Signale wird signifikant erhöht. Insbesondere werden die ungewünschten Signale in allen akquirierten Messdaten einheitlich unterdrückt, unabhängig von der Akquisitionsreihenfolge während einer Akquisitionsphase.
In allen Ausführungsbeispielen wird somit quasi eine nicht physiologisch gesteuerte Folge von Präparationsmodulen mit einer physiologisch gesteuerten Folge von Akquisitionsmodulen verschachtelt. Dabei wird der feste zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden identischen Präparationsmodulen außerhalb einer Akquisitionsphase, also vor Erfüllen der Triggerbedingung, bis zum Ende der zeitlich unmittelbar folgenden Akquisitionsphase derart gewählt, dass er jeweils gleich dem zeitlichen Abstand zwischen diesen Präparationsmodulen während der Akquisitionsphase ist.
Werden mehrere verschiedene Präparationsmodule vor jedem Akquisitionsmodul geschaltet (z. B. zur Unterdrückung verschiedener ungewünschter Signalkomponenten), so kann der fixe zeitliche Abstand zwischen verschiedenen Präparationsmodulen ebenfalls identisch zu dem zeitlichen Abstand dieser Präparationsmodule während der Akquisitionsphase gewählt werden.
Während der Akquisitionsphase ist der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden identischen Präparationsmodulen durch die akkumulierte Dauer verschiedener Präparationsmodule und die Dauer eines Akquisitionsmoduls nach unten begrenzt. Betrachtet man nun zunächst die nicht physiologisch gesteuerte Folge von Präparationsmodulen so existieren mit der eben beschriebenen zeitlichen Anordnung der Präparationsmodule zwischen zwei aufeinanderfolgenden identischen Präparationsmodulen, jeweils zeitlichen Lücken, die lang genug sind, um ein Akquisitionsmodul auszuführen. Unmittelbar vor jeder dieser Lücken wird unter Verwendung der erfassten physiologischen Atemsignale geprüft, ob die Triggerbedingung für den Start einer Akquisitionsphase erfüllt ist. Ist die Triggerbedingung nicht erfüllt, wird in der unmittelbar folgenden Lücke zwischen zwei identischen Präparationsmodulen kein Akquisitionsmodul ausgeführt und die Triggerbedingung unmittelbar vor der nächsten Lücke erneut geprüft. Dabei stehen in der Regel weitere, in der Zwischenzeit erfasste, physiologische Datenpunkte zur Verfügung. Ist die Triggerbedingung erfüllt, werden in den folgenden N Lücken jeweils Akquisitionsmodule ausgeführt. Dabei ist N (N ≥ 1) eine vorbestimmte Anzahl von Akquisitionsmodulen, die pro Trigger akquiriert werden sollen. Jedes dieser N Akquisitionsmodule kann dabei Messdaten von verschiedenen Schichten erfassen. Während dieser Akquisitionsphase wird in der Regel keine Prüfung der Triggerbedingung vorgenommen. Nach Abschluss der Akquisitionsphase kann jedoch mit der Überprüfung der Triggerbedingung jeweils unmittelbar vor einer Lücke zwischen zwei Präparationsmodulen fortgefahren werden, bis die Triggerbedingung erneut erfüllt ist, wodurch die nächste Akquisitionsphase ausgelöst wird. Die Gesamtsequenz endet, wenn alle Messdaten, die zur Bildrekonstruktion und/oder für eine Spektroskopie benötigt werden, akquiriert sind. In der Regel ist dies nach einer vorbestimmten Anzahl von Akquisitionsphasen der Fall.
Es ist seit langem bekannt, dass die Atmung des Patienten auch mit MR-Signalen über sogenannte Navigatoren oder Navigatorsequenzen, detektiert werden kann. Ein Navigator ist in der Regel eine kurze Sequenz, die z. B. MR-Signale vom Diaphragma akquiriert, aus denen z. B. die Atemphase des Patienten zum Zeitpunkt der Akquisition extrahiert werden kann. In dem Spezialfall, dass die Atmung des Patienten mit einem Navigator erfasst wird, wird in den Lücken zwischen den Präparationsmodulen, vor denen die Triggerbedingung nicht erfüllt war, mindestens eine Navigatorsequenz ausgeführt. Ergebnis der Navigatorsequenz ist in der Regel ein physiologischer Signalpunkt. Dieser steht dann bei der erneuten Überprüfung der Triggerbedingung unmittelbar vor der nächsten Lücke zur Verfügung.
Es sind bereits verschiedene Arten von Präparationsmodulen zur Unterdrückung von unerwünschten Signalen in MR-Messungen bekannt, welche in der Regel (zumindest) einen Hochfrequenz-Anregungs- oder -Inversionspuls sowie Spoiler-Gradienten zur Dephasierung der transversalen Signalkomponente umfassen, und welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können. Einige wichtige sollen hier kurz erwähnt werden.
Eine Gruppe derartiger Präparationsmodule umfasst einen spektral selektiven Anregungspuls (auch Sättigungspuls genannt) zur Unterdrückung von Signalen von Kernen des Untersuchungsobjekts, deren Resonanzfrequenz als Folge ihrer molekularen Umgebung eine bestimmte chemische Verschiebung aufweist. Primäre Anwendung in der MR-Bildgebung ist hier die oben bereits erwähnte Fettunterdrückung, bei der man die chemische Verschiebung von Protonen, die an Fettmoleküle gebunden sind, gegenüber solchen, die in Wassermolekülen gebunden sind, ausnutzt. In der sogenannten Protonen-Spektroskopie werden spektral selektive Pulse auch umgekehrt eingesetzt, um das dominante Signal von Wasser z. B. gegenüber N-acetylaspartate, citrate, creatine, cholin, lactate oder anderen interessierenden Metaboliten zu unterdrücken.
Wie oben bereits bezüglich der Fettunterdrückung beschrieben wird hierbei vor jedem Akquisitionsmodul als Präparationsmodul ein spektral selektiver Anregungspuls geschaltet, der Protonen die in Fettmolekülen gebunden sind, in die transversale Ebene kippt und Protonen, die in Wassermolekülen gebunden sind, nicht beeinflusst. Das so angeregte Fettsignal wird anschließend mit einem Spoiler-Gradienten dephasiert. In dem unmittelbar danach geschalteten Akquisitionsmodul liefert das Fettsignal demnach keinen oder einen stark unterdrückten Signalbeitrag. Der Flipwinkel des Anregungspulses ist dabei in der Regel etwas größer als 90 Grad, und wird derart gewählt, dass die longitudinale Magnetisierung der ungewünschten Signalkomponente zum Zeitpunkt des Anregungspulses des darauf folgenden Akquisitionsmoduls Null ist. Den optimalen Flipwinkel berechnet man dabei für einen dynamischen Gleichgewichtszustand der Fettspins, bei dem die Längsmagnetisierung der Fettspins unmittelbar vor dem Anregungspuls eines Präparationsmoduls jeweils den gleichen Wert hat. Das Ergebnis ist eine Funktion der Repetitionszeit der Präparationsmodule (TR-FAT), sowie der Zeit zwischen dem Anregungspuls des Präparationsmoduls und dem Anregungspuls des darauffolgenden Akquisitionsmoduls, sowie der Feldstärkeabhängigen T1-Relaxationszeit von Fett. In einer genauen Berechnung ist zusätzlich zu Berücksichtigen, dass die (in der Regel nicht spektral selektiven) Hochfrequenz-Pulse der Akquisitionsmodule ebenfalls das Fettsignal beeinflussen. Da diese jedoch hier als räumlich selektiv vorausgesetzt sind und das Atemintervall – und damit die effektive Wiederholrate eines bestimmten Akquisitionsmoduls (später TR_im_ac genannt) – lang gegenüber der T1-Relaxationszeit von Fett ist, kann dieser Einfluss hier in der Regel vernachlässigt werden.
Eine Variation der eben beschrieben spektralen Unterdrückungstechnik ersetzt den eben beschriebenen spektral selektiven Anregungspuls durch einen spektral selektiven Inversionspuls bei einer gleichzeitigen Verlängerung der Zeit zwischen HF-Puls des Präparationsmoduls und Anregungspuls des darauf folgenden Akquisitionsmoduls derart, dass die Magnetisierung der ungewünschten Signalkomponente zum Zeitpunkt des Anregungspulses des Akquisitionsmoduls wiederum nahe Null ist. Vorteil ist, dass sogenannte adiabatische Hochfrequenz-Pulse eingesetzt werden können, die unempfindlich gegenüber einer Variation der B1-Amplitude sind. Nachteil der Inversionsvariante gegenüber der Sättigungsvariante ist die längere Dauer des Präparationsmoduls, sowie die in der Regel größere Spezifische Absorptionsrate (SAR; engl. „specific absorption rate”).
Eine dritte wichtige Gruppe von Präparationsmodulen umfasst räumlich selektive Sättigungspulse zur Unterdrückung von ungewünschten Signalen von einem bestimmten Ort. Ein derartiges Präparationsmodul besteht aus einem räumlich selektiven Anregungspuls. Nach dem Anregungspuls wird jedoch kein Schichtrefokusierungs Gradient geschaltet. Stattdessen schaltet man Spoiler-Gradienten zur zusätzlichen Dephasierung des angeregten Signals. In dem unmittelbar danach geschalteten Akquisitionsmodul liefert das Signal das sich zum Zeitpunkt des Sättigungspulses an dem vom Sättigungspuls beeinflussten Ort befand keinen oder einen stark unterdrückten Signalbeitrag. Wichtige Anwendungen z. B. in der axialen abdominellen Bildgebung sind z. B. zwei zu den Schichten parallele Sättigungsbänder jeweils ober- und unterhalb des zu befundenen Bildgebungsvolumens. Diese unterdrücken einfließendes Blut, das andernfalls zu Pulsations-Artefakten führen kann.
Ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät umfasst einem Magneten, Hochfrequenzantennen zum Einstrahlen von RF-Pulsen und Empfangen von Echosignalen, ein Gradientensystem umfassend Gradientenspulen zum Anlegen von Gradientenfeldern und eine Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen von physiologischen Signalen, eine Triggereinheit und eine Recheneinheit, die die einzelnen Anlagekomponenten des Magnetresonanzgeräts entsprechend einem hierin beschriebenen Verfahren steuert.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm und ist direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar, mit Programm-Mitteln, um mit dem Magnetresonanzgerät alle Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts mit dem Magnetresonanzgerät ein hierin beschriebenes Verfahren durchführen.
Die bezüglich des Verfahrens beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten für das Magnetresonanzgerät, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger analog.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Sequenz einer atemgetriggerten MR-Messung nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Darstellung einer möglichen erfindungsgemäßen Sequenz einer atemgetriggerten MR-Messung,
3 eine schematische Darstellung einer weiteren möglichen erfindungsgemäßen Sequenz einer atemgetriggerten MR-Messung,
4 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms zu einem erfindungsgemäßen Verfahren und
5 den schematischen Aufbau eines MR-Gerätes.
1 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf einer beispielhaften Sequenz einer atemgetriggerten MR-Messung. Eine Navigatorsequenz NAV wird zunächst mit konstantem zeitlichem Abstand TR-SCOUT wiederholt. Ergebnis jeder Navigatormessung ist ein physiologischer Datenpunkt, dargestellt als Kreis, der z. B. einer Diaphragmaposition entspricht und somit die Atembewegung wiedergibt. Die durchgezogene Linie S_ph, die die gemessenen Datenpunkten (Kreise) verbindet, dient der besseren Visualisierung der zugrundeliegenden Bewegung und ist daher durchgehend dargestellt, obwohl tatsächlich nur die als Kreise dargestellten gemessenen Datenpunkte bei der Untersuchung vorliegen. Anstelle des Erfassens der physiologischen Datenpunkte mittels einer sogenannten Navigatorsequenz kann das physiologische Signal (hier: Atemsignal) auch mittels eines mit dem Magnetresonanzgerät verbindbaren, externen Sensors, wie z. B. einem Atemkissen oder einem Atemgürtel, erfasst werden. In diesem Fall können die physiologischen Datenpunkte kontinuierlich über die gesamte Messdauer erfasst werden. Es genügt aber bereits nur diejenigen physiologischen Datenpunkte in den Zeiten nach einer Akquisitionsphase bis zu einer folgenden Erfüllung der Triggerbedingung zu betrachten.
Sobald eine gewählte Triggerbedingung erfüllt ist, wird ein Trigger T generiert (auch „Triggerereignis” genannt). In Folge des Triggerereignisses werden keine weiteren Navigatorsequenzen NAV ausgeführt, sondern stattdessen eine bildgebende (oder auch spektroskopische) Sequenz gestartet, welche ein erstes Messdatenpaket akquiriert. Die die Messdaten akquirierende Sequenz besteht hier aus einer Abfolge von Präparationsmodulen FS und Akquisitionsmodulen S1, S3, S5. Die Präparationsmodule FS sind dabei identisch, die Akquisitionsmodule S1, S3, und S5 können jeweils eine andere Schicht des zu untersuchenden Untersuchungsbereichs erfassen. Dieser Vorgang der Messdaten akquirierenden Sequenz benötigt ein zuvor festgelegtes Zeitintervall („Akquisitionsdauer”) Tac_p und wird im Folgenden als eine Akquisitionsphase bezeichnet. Nach einer Akquisitionsphase kann eine kurze Füllzeit eingefügt werden, in der keine Manipulation der Kernspins in dem Untersuchungsbereich durchgeführt wird, und welche dazu dient, dass die Störung der Magnetisierung durch die Messdaten akquirierende Sequenz, die eine nachfolgende Messung mittels einer weiteren Navigatorsequenz NAV beeinflussen kann, zumindest teilweise abklingt.
Danach werden wieder physiologische Datenpunkte z. B. über Navigatorsequenzen NAV bestimmt, bis die genannte Triggerbedingung während des nächsten Atemintervalls des Patienten ein weiteres Mal erfüllt wird. Das Erfüllen der Triggerbedingung stoppt über einen weiterer Trigger T wiederum das Ausführen von Navigatorsequenzen und löst eine weitere Akquisitionsphase aus, während der ein weiteres Messdatenpaket akquiriert wird. Dieser Ablauf wird so lange wiederholt, bis alle gewünschten Bild- bzw. Spektroskopiedaten des Untersuchungsbereichs akquiriert sind. Dabei wird ein Trigger generiert, wenn z. B. mehrere Bedingungen erfüllt sind. Eine Bedingung kann sein, dass die Folge der gemessenen physiologischen Datenpunkte (Kreise) ansteigend ist. Mit der hier verwendeten Vorzeichenkonvention bedeutet dies, dass der Patient ausatmet. Eine weitere Triggerbedingung kann sein, dass der gemessene physiologische Datenpunkt in ein zuvor festgelegtes Akzeptanzfenster W fällt. Die Position eines solchen Akzeptanzfensters W kann z. B. am Ende einer initialen Lernphase, in der die physiologische Bewegung beobachtet wurde, festgelegt werden. Eine solche Lernphase ist hier nicht dargestellt. Während einer solchen kann die Navigatorsequenz z. B. ohne eine Unterbrechung durch eine bildgebende Sequenz mit konstantem zeitlichem Abstand TR-SCOUT wiederholt werden.
In der 1 ist die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präparationsmodulen FS während der Akquisitionsphase der Dauer Tac_p als TR-FAT eingezeichnet. Während der Akquisitionsphase ist dieses Zeitintervall TR-FAT konstant, sodass sich die Spins der unerwünschten Gewebekomponente (im Beispiel Fett) einem dynamischen Gleichgewichtszustand nähern. Dieser wird jedoch mit Abschluss der Akquisitionsphase jäh unterbrochen. Die Zeit zwischen dem letzten Präparationsmodul FS einer Akquisitionsphase und dem ersten Präparationsmodul FS der darauf folgenden Akquisitionsphase ist in der Regel wesentlich länger als TR-FAT, sodass sich der dynamische Gleichgewichtszustand der Spins der unerwünschten Gewebekomponente erst wieder aufbauen muss. Die Folge ist, wie oben ausführlich dargelegt, eine unzureichende Unterdrückung der Signale der Spins der unerwünschten Gewebekomponente zumindest in den ersten von den Akquisitionsmodulen akquirierten Schichten, insbesondere der Schicht, die jeweils von dem ersten Akquisitionsmodul einer Akquisitionsphase erfasst wird. In 1 also insbesondere die Schicht S1.
Die Zeit, welche zwischen den aufeinanderfolgenden Anregungen der gewünschten Kernspins, z. B. derer von an Wasser gebundenen Protonen, einer bestimmten Schicht verstreicht, ist in 1 als TR_im_ac bezeichnet. Im Grenzfall einer idealen periodischen Atmung wäre diese Zeit TR_im_ac konstant und es könnte sich ein dynamischer Gleichgewichtszustand einstellen. Jede reale Atmung ist aber nicht perfekt periodisch, sodass das aktuelle TR_im_ac einer gewissen Schwankung unterliegt. Diese ist der Atemtriggertechnik inhärent. Man spricht von einer „quasi periodischen Bewegung” und einem „quasi dynamischen Gleichgewicht” der Kernspins der gewünschten Gewebekomponente, z. B. der an Wasser gebundenen Protonen. Des Weiteren ist die T1-Zeit der meisten interessierenden Gewebekomponenten kurz gegenüber einem typischen Atemzyklus, sodass die Spins zwischen zwei Anregungen fast vollständig relaxieren können. Ausnahme bildet lediglich freies Wasser mit extrem langer T1-Zeit, was hier aber weiter nicht adressiert wird.
Es sei noch betont, dass es sich bei 1 um eine schematische Darstellung handelt. Insbesondere ist die Skalierung der Zeitachse nicht realistisch: Die Dauer eines Akquisitionsmoduls für die hier relevanten Sequenztypen liegt typisch zwischen 30 ms und 200 ms, die Dauer eines Präparationsmoduls zwischen 20 ms und 60 ms. Die Akquisitionsdauer wählt man typischerweise zwischen 25% und 50% des Atemintervalls. Das Atemintervall eines Patienten beträgt typisch drei bis sechs Sekunden. Demnach kann die Akquisitionsdauer typisch zwischen kleiner eine Sekunde und bis zu drei Sekunden betragen. Die Zahl der pro Trigger T (und damit pro Atemintervall bzw. pro Akquisitionsphase) ausgeführten Präparationsmodule FS und Akquisitionsmodule S1, S3, S5 ist in der Regel also wesentlich größer als wie hier dargestellt drei. Beispielsweise bei einer Akquisitionsdauer von 1200 ms, einer Dauer eines Akquisitionsmoduls S1, S3, S5 von 90 ms, und einer Dauer eines Präparationsmoduls FS von 30 ms, können z. B. zehn Präparationsmodule FS und korrespondierend zehn Akquisitionsmodule z. B. S1, S3, S5, S7, S9, S11, S13, S15, S17, S19 (nicht dargestellt) ausgeführt werden.
2 zeigt eine der 1 analoge, schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs einer erfindungsgemäßen Sequenz, die das erfindungsgemäße Verfahren implementiert.
Im Gegensatz zu 1 werden hier Präparationsmodule FS mit konstantem zeitlichem Abstand TR-FAT voneinander von Anfang an während der kompletten Laufzeit der Sequenz ausgeführt. Während der Akquisitionsphase ist der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Präparationsmodule durch die Dauer des dazwischen liegenden Akquisitionsmoduls nach unten begrenzt. Dieser minimale zeitliche Abstand kann zur Bestimmung von TR-FAT verwendet werden. Durch das fortgeführte Ausführen von Präparationsmodulen mit konstantem zeitlichen Abstand TR-FAT wird der dynamische Gleichgewichtszustand der Spins der ungewünschten Gewebekomponente nach Abschluss einer Akquisitionsphase nicht unterbrochen und muss sich am Beginn der nächsten Akquisitionsphase nicht erst wieder einstellen. Dies gilt insbesondere bereits für die allererste Akquisitionsphase, da Präparationsmodule FS auch während der Messung der physiologischen Daten auf der Suche nach dem ersten Erfüllen der Triggerbedingung ausgespielt werden. Es ist auch denkbar, die Präparationsmodule FS bereits während einer oben bereits erwähnten initialen Lernphase auszuspielen (nicht dargestellt). Sofern die Erfassung des physiologischen Signals, wie im Beispiel der 2, mit einer Navigatorsequenz erfolgt, wird dies sogar empfohlen, da das Präparationsmodul möglicherweise auch das Navigatorsignal beeinflusst und diese Beeinflussung konstant gehalten werden soll.
Durch das Ausführen der Präparationsmodule in konstantem zeitlichen Abstand bereits vor der Akquisitionsphase und bis zum Ende einer solchen, sind in allen Schichten ungewünschte Signale von Kernspins einer unerwünschten Gewebekomponente gleich gut unterdrückt, unabhängig von der zeitlichen Position des zugehörigen Akquisitionsmoduls S1, S3, S5 in der Akquisitionsphase.
Bei bekannten Verfahren wird in der Regel mit jedem Erfassen eines physiologischen Datenpunkts des Atemsignals geprüft, ob die Triggerbedingung erfüllt ist. Mögliche Triggerpunkte liegen also auf einem Zeitraster, das durch das Zeitraster der physiologischen Datenerfassung vorgegeben ist. Bei einem Erfassen der physiologischen Datenpunkte mittels eines physiologischen Sensors wie etwa einem Atemkissen oder -gürtel beträgt dieses Zeitraster z. B. ca. 20 ms, bei der Erfassung des Atemsignals mit Navigatorsequenzen ist dieses Zeitraster durch die Dauer einer Navigatorsequenz nach unten begrenzt. Eine Navigatorsequenz dauert zwischen wenigen Millisekunden und 100 ms, je nach eingesetzter Navigatortechnik.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird berücksichtigt, dass mit dem Ausführen von Akquisitionsmodulen S1, S3, S5 ... jedoch nur in einer Lücke der nicht physiologisch gesteuerten Reihe von Präparationsmodulen FS begonnen werden kann, da sowohl die Zeit zwischen zwei identischen Präparationsmodulen FS, wie auch die Zeit zwischen einem Präparationsmodul FS und dem darauffolgenden Akquisitionsmodul S1, S3, S5 ... während der Akquisitionsphase fix ist. Mögliche Triggerpunkte liegen somit auf einem Zeitraster, das durch die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden identischen Präparationsmodulen FS (zur Unterdrückung der gleichen ungewünschten Signalkomponente) bestimmt ist. In 2 entspricht das Zeitraster somit TR-FAT. Dieses Zeitintervall ist durch die akkumulierte Dauer der verschiedenen Präparationsmodule FS und die Dauer eines einzelnen Akquisitionsmoduls S1, S3, S5 ... nach unten begrenzt und muss kurz gegenüber dem Atemintervall (entspricht TR_im_ac) sein, damit das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann. Letzteres ist für die meisten in Verbindung mit Atemtrigger-Techniken eingesetzten MR-Sequenzen (und insbesondere in den oben genannten Beispielen einer T2 gewichtete Bildgebung mit TSE und diffusionsgewichtete Bildgebung mit Spin-Echo EPI der Fall.
Wird das physiologische Signal (hier die Atmung) mit Navigatoren erfasst, so sollte der zeitliche Abstand zwischen einer Navigatorsequenz NAV und einem vorausgehenden Präparationsmodul FS vorteilhaft konstant sein. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn mindestens eines der verwendeten Präparationsmodule nicht selektiv ist oder sich das Anregungsvolumen der Navigatorsequenz NAV und das eines selektiven Präparationsmoduls überschneidet, da dann das Präparationsmodul auch das Navigatorsignal NAV beeinflusst. Somit ergibt sich, dass der zeitliche Abstand zwischen zwei Navigatoren TR-NAV gleich dem zeitlichen Abstand zwischen zwei Präparationsmodulen ist. In der Regel wird das physiologische Signal durch den Vergleich einer aktuellen Navigatormessung mit einer früheren Referenzmessung gewonnen. Dabei wird angenommen, dass alle Signaländerungen zwischen den beiden Navigatormessungen Folge der physiologischen Bewegung sind. Demzufolge muss auch der zeitliche Abstand zwischen einer Navigatormessung und einem Präparationsmodul zur Unterdrückung einer bestimmten Signalkomponente konstant gehalten werden. Andernfalls erhielte man einen variierenden Signalbeitrag der ungewünschten Komponente im Navigatorsignal der fälschlicherweise als Signaländerungen in Folge der physiologischen Bewegung interpretiert würde.
Dies bedingt auch wiederum, dass das Zeitraster TR-NAV, mit dem das physiologische Signal erfasst wird, unter den genannten Vorraussetzungen, durch die Zeit zwischen zwei Präparationsmodulen FS zur Unterdrückung der gleichen ungewünschten Signalkomponente bestimmt ist.
In dem Fall, in dem das physiologische Signal mit einem Navigator erfasst wird, wird wie beschrieben in den Lücken zwischen je zwei Präparationsmodulen FS, vor denen die Triggerbedingung noch nicht erfüllt war, mindestens eine (genau eine, in dem in den Figuren dargestellten Beispiel) Navigatorsequenz NAV ausgeführt. Dies setzt voraus, dass die Dauer einer Navigatorsequenz NAV kurz genug ist, um während der genannten Lücke ausgeführt zu werden. Anders gesagt, muss die Dauer einer Navigatorsequenz NAV kürzer oder gleich lang sein wie die Dauer eines Akquisitionsmoduls S1, S3, S5 .... In der Regel sind Navigatorsequenzen NAV sehr kurz und die Bedingung ist erfüllt. Ist sie nicht erfüllt kann die Lücke (also die Zeit zwischen identischen Präparationsmodulen FS) entsprechend verlängert werden. Dadurch verlängert sich notwendigerweise aber auch die Dauer der Akquisitionsphase Tac_p (bei konstanter Zahl N an Akquisitionsmodulen pro Akquisitionsphase; in 2 N = 3). Da man in der Regel die Dauer der Akquisitionsphase Tac_p relativ zum Atemintervall TR_im_ac des Patienten wählt, kann durch Verkleinerung der Zahl N der Akquisitionsmodule pro Akquisitionsphase die Dauer der Akquisitionsphase wieder reduziert werden. Dadurch verlängert sich in der Regel die Zahl der Akquisitionsphasen, die nötig ist um alle Daten zu Erfassen und damit die Messdauer. Des Weiteren ist gegebenenfalls der optimale Flipwinkel der Präparationsmodule an die neue Repetitionszeit TR-FAT anzupassen.
In dem in 2 gezeichneten Ablauf wird die Triggerbedingung jeweils unmittelbar nach dem Ausführen eines Navigators geprüft und nicht erst wie oben in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben nach dem auf einen Navigator folgenden Präparationsmodul (also unmittelbar vor einer Lücke). Dies ist beim Erfassen der Atmung mit einem Navigator gleichwertig, da zum späteren Zeitpunkt keine weitere Information über den Atemzustand des Patienten vorliegt.
3 zeigt eine weitere prinzipiell der 1 analoge, schematische Darstellung des zeitlichen Ablaufs einer erfindungsgemäßen Sequenz, die das erfindungsgemäße Verfahren implementiert.
Im Unterschied zu 2 werden hier jedoch nicht durchgehend Präparationsmodule FS geschalten, sondern es werden zunächst nur physiologische Datenpunkte z. B. wie in der Darstellung mit je einer Navigatorsequenz NAV erfasst.
Das erste Präparationsmodul FS wird zwar vor Erfüllen der Triggerbedingung für den Trigger T ausgeführt aber erst nachdem eine weitere Bedingung erfüllt ist (T'). Nachdem diese weitere Bedingung erfüllt ist (T'), werden Präparationsmodule bis zum Ende einer nachfolgenden Akquisitionsphase wiederum mit konstantem zeitlichem Abstand TR-FAT ausgeführt, damit sich ein dynamischer Gleichgewichtszustand der ungewünschten Signalkomponente einstellen kann. Das Erfüllen der weiteren Bedingung kann in Abhängigkeit der aktuell erfassten physiologischen Signale und/oder in Abhängigkeit vorgegebener zeitlicher Schwellen überprüft werden. Beispielsweise ist es denkbar, in den erfassten physiologischen Datenpunkten zu überprüfen, wann der Zeitpunkt „maximale Inspiration erreicht” erreicht ist, z. B. durch Unterschreiten eines angegebenen Minimalwertes oder Detektieren eines Ansteigens der Werte der physiologischen Datenpunkte nach einem vorausgehenden Abfallen, und dann, also etwa zu Beginn der Phase des Einatmens, das erste Präparationsmodul FS vor einer Akquisitionsphase auszulösen. Alternativ oder zusätzlich kann die zu erfüllende Bedingung T' fordern, dass z. B. eine gewisse Zeitdauer nach Ende einer Akquisitionsphase abgelaufen ist, nach welcher erneut ein Präparationsmodul FS vor einer nächsten Akquisitionsphase ausgeführt werden soll. Derartige zeitliche Schwellen können z. B. die mittlere Atemphase TR_im_ac und die (vorgegebene) Dauer einer Akquisitionsphase Tac_p berücksichtigen und so sicherstellen, dass nach einer Akquisitionsphase erneut mit einer Reihe zeitlich äquidistanter Präparationsmodule FS begonnen wird, bevor ein nächster Trigger T zum Starten einer erneuten Akquisitionsphase zu erwarten ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird somit immer wieder durch Erfüllen der weiteren Bedingung (T') eine Folge von in zeitlich konstantem Abstand ausgeführten Präparationsmodulen ausgelöst. Obwohl diese weitere Bedingung sich auf physiologische Werte beziehen kann, wird die Folge dennoch nicht als „physiologisch gesteuert” im eigentlichen Sinne angesehen, da sie nicht zwangsläufig einer physiologischen Steuerung bedarf, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Beispielsweise genügt für die weitere Bedingung eine reine zeitliche Schranke.
Durch das in diesem Ausführungsbeispiel bestehende Aussetzen der Ausführung von Präparationsmodulen nach einer Akquisitionsphase wird die SAR-Belastung des untersuchten Untersuchungsobjekts, z. B. eines Patienten, reduziert.
Im Übrigen wird in dem Ausführungsbeispiel der 3 im Wesentlichen vorgegangen wie in dem der 2. Die Triggerbedingung sollte jedoch als weitere Bedingung enthalten, dass nach dem letzten Präparationsmodul FS genau die Zeit TR-FAT verstrichen ist, bevor durch einen Trigger T ein nun zu einer Akquisitionsphase weiteres Präparationsmodul FS ausgelöst wird. Ist die Triggerbedingung nach Ausführung des ersten Präparationsmoduls FS nicht erfüllt, wird in der unmittelbar folgenden Lücke zwischen zwei Präparationsmodulen FS kein Akquisitionsmodul ausgeführt, sondern die Triggerbedingung unmittelbar vor der nächsten solchen Lücke erneut geprüft. Ist die Triggerbedingung erfüllt, wird eine Akquisitionsphase begonnen, in der Messdaten des Untersuchungsobjekts akquiriert werden. Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präparationsmodulen FS in einem Zeitraum, der mit dem Erfüllen der weiteren Bedingung beginnt und mit dem Ende der darauffolgenden Akquisitionsphase endet, ist konstant (und hier gleich TR-FAT) unabhängig davon, ob die eigentliche Triggerbedingung für den Trigger T schon erfüllt ist (sich die Messung also in einer Akquisitionsphase befindet) oder nicht. In dem dargestellten Beispiel umfasst eine Akquisitionsphase drei Akquisistionsmodule S1, S3, S5, welche nach dem Trigger T in den drei Lücken zwischen den Präparationsmodulen FS ausgeführt werden.
Nach Abschluss einer Akquisitionsphase werden in dieser Ausführungsform zunächst wieder keine Präparationsmodule FS ausgespielt, sonder erst wieder nach dem Erfüllen der genannten weiteren Bedingung (T'). Somit ist die Zahl der insgesamt ausgespielten Präparationsmodule FS und damit die SAR-Belastung gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 2 reduziert.
Trotzdem wird vor jeder Akquisistionsphase mindestens ein Präparationsmodul FS ausgeführt, wodurch ein dynamischer Gleichgewichtzustand der Spins der ungewünschten Gewebekomponente zum Zeitpunkt des, die Akquistionsphase startenden Triggers T zumindest bereits annährend erreicht ist. Wie bereits oben in Bezug auf 2 ausgeführt, ist die Darstellung in den Figuren hier nur schematisch und es können tatsächlich weit mehr Navigatoren NAV (und damit erfasste physiologische Datenpunkte) und Präparationsmodule FS sowie Akquisitionsmodule S1, S3, S5 in einem Atemzyklus ausgeführt werden als dargestellt. In dem bereits oben genannten Beispiel mit einem Atemintervall eines Patienten von drei bis sechs Sekunden und einer Akquisitionsdauer von 1200 ms, einer Dauer eines Akquisitionsmoduls S1, S3, S5 von 90 ms, und einer Dauer eines Präparationsmoduls FS von 30 ms, können je nach Wahl der weiteren Bedingung leicht zwei bis fünf Präparationsmodule nach dem Erfüllen der weiteren Bedingung (T') und vor dem Erfüllen der Triggerbedingung (T) ausgeführt werden.
In jedem genannten Ausführungsbeispiel kann anstelle der dargestellten Navigatorsequenz NAV ein mit dem Magnetresonanzgerät verbindbarer, externer Sensor, wie z. B. ein Atemkissen oder ein Atemgürtel, welche z. B. über pneumatische, hydraulische oder piezoelektrische Sensoren die physiologische Atembewegung erfassen, genutzt werden, um die physiologischen Datenpunkte zu erfassen. Auf diese Weise können mögliche Beeinflussungen zwischen den Präparationsmodulen und der Erfassung von physiologischen Datenpunkten durch Navigatoren irrelevant gemacht werden.
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start („start”) des Verfahrens wird zunächst mittels einer Signalerfassungseinrichtung ein physiologisches Signal, z. B. das Atemsignal, gemessen (Block 101) und entsprechende physiologische Datenpunkte 102 erfasst. Während dem Erfassen der physiologischen Datenpunkte 102 wird mindestens ein Präparationsmodul („FS”) zur Unterdrückung unerwünschter Signale geschalten. Gegebenenfalls wird das Schalten des mindestens einen Präparationsmoduls in dieser Phase durch eine weitere Bedingung gesteuert (siehe 3, T'). In Abhängigkeit der erfassten physiologischen Datenpunkte 102 wird eine Triggerbedingung („T?”) überprüft. Ist die Triggerbedingung („T?”) nicht erfüllt (n), werden weiterhin physiologische Datenpunkte 102 erfasst. Ist sie jedoch erfüllt (y), wird eine Akquisitionsphase gestartet, in welcher mindestens ein gleichartiges Präparationsmodul („FS”) wie das außerhalb der Akquisitionsphase während dem Erfassen der physiologischen Datenpunkte ausgeführte Präparationsmodul („FS”) zur Unterdrückung unerwünschter Signale und ein darauffolgendes Akquisitionsmodul („Sj”) ausgeführt werden. Mittels des Akquisitionsmoduls („Sj”) werden Messdaten 104 des Untersuchungsobjekts akquiriert, welche gespeichert werden. Sind bereits alle gewünschten Messdaten akquiriert worden („all?” –y), endet das Verfahren („end”). Sind noch nicht alle gewünschten Messdaten akquiriert („all?” –n), werden erneut physiologische Datenpunkte 102 erfasst, bzw. z. B. bei Einsatz eines externen Sensors, welcher fortlaufend physiologische Datenpunkte erfasst, diese erneut mit der Triggerbedingung („T?”) verglichen (Block 101), bis die Triggerbedingung („T?”) erneut erfüllt ist und eine neue Akquisitionsphase 103 mit mindestens einem Akquisitionsmodul Sj und zugehörigem Präparationsmodul FS beginnt usw.
5 zeigt schematisch den Aufbau eines Magnetresonanzgerätes 1 mit seinen wesentlichen Komponenten. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper eingestrahlt bzw. geschaltet.
Ein in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3 angeordneter starker Magnet, üblicherweise ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen Öffnung, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr beträgt. Ein Untersuchungsobjekt, ein zu untersuchender Körper oder ein Körperteil – hier als Patient P dargestellt – wird auf einer kontinuierlich durch das Messvolumen des Magnetresonanzgeräts verfahrbaren Patientenliege 9 gelagert und in den homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes 7 (Messvolumen) verfahren.
Magnetresonanzgeräte mit einer automatisch mittels einer Antriebsvorrichtung in eine von einem Magnetfeld des Magnetresonanzgeräts durchflossene Patientenaufnahme des Magnetresonanzgeräts ein- und ausfahrbaren Lagerungsvorrichtung, beispielsweise einer Patientenliege, zur Aufnahme von Magnetresonanzbildern sind bekannt. Da die Patientenaufnahme häufig einen recht kleinen Durchmesser aufweist, wird der Patient außerhalb der Patientenaufnahme auf der Patientenliege platziert, wonach die Patientenliege automatisch mittels der Antriebsvorrichtung in die Patientenaufnahme eingefahren werden kann.
Die Anregung der Kernspins des Körpers erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Pulse (RF-Pulse), die über eine hier als Körperspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheit 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Üblicherweise werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 19 und mehrere Hochfrequenzantennen in einem Magnetresonanzgerät 1 eingesetzt.
Weiterhin verfügt das Magnetresonanzgerät 1 über Gradientenspulen 21, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder z. B. zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals dem Hauptmagnetfeld überlagert werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in Verbindung steht. Die Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 ist derart ausgebildet, dass eine erfindungsgemäße Pulssequenz erzeugt werden kann.
Die von den angeregten Kernspins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 13 und/oder von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitalisiert.
Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 13, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 39 geregelt.
Eine Bildverarbeitungseinheit 31 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 33 einem Anwender dargestellt oder in einer Speichereinheit 35 gespeichert wird.
Eine Signalerfassungseinrichtung 41 zum Erfassen von physiologischen Signalen des Untersuchungsobjekts P ist mit einer-Triggereinheit 42 des Magnetresonanzgeräts zum Auswerten der erfassten physiologischen Datenpunkte und Vergleichen dieser mit Triggerbedingungen sowie zum Absetzen eines „Trigger”-Signals bei erfüllt sein einer ausgewählten Bedingung, verbunden.
Eine zentrale Recheneinheit 37 steuert die einzelnen Anlagekomponenten insbesondere zur und während der Aufnahme der Messdaten. Die zentrale Recheneinheit 37 ist derart ausgebildet, dass ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann. Dazu ist beispielsweise ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt ausführbar auf die Recheneinheit 37 geladen oder umfasst. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem elektronisch lesbaren Datenträger, wie z. B. einer DVD 40, gespeichert sein, sodass dieses Computerprogrammprodukt dann von der zentralen Recheneinheit 37 von der DVD 40 gelesen und ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007011807 [0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Craig E. Lewis et al. „Comparison of Respiratory Triggering and Gating Techniques for the Removal of Respiratory Artifacts in MR Imaging”, Radiology 1986; 160: 803–810 [0004]

Claims

Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels eines Magnetresonanzgeräts, bei dem die Akquisition der Messdaten über ein physiologisches Signal des Untersuchungsobjekts getriggert wird und bei dem unerwünschte Signalkomponenten unterdrückt werden, umfassend die Schritte: a) Erfassen von Datenpunkten eines physiologisches Signals, b) Auswerten einer Triggerbedingung in Abhängigkeit der erfassten physiologischen Datenpunkte, c) Ausführen mindestens eines Präparationsmoduls zur Unterdrückung von unerwünschten Signalen in dem Zeitraum, in dem die Triggerbedingung noch nicht erfüllt ist, d) Nach Erfüllen der Triggerbedingung, Starten einer Akquisitionsphase vorgegebener zeitlicher Dauer, umfassend mindestens zwei gleichartige Präparationsmodule wie dasjenige unter c) zur Unterdrückung unerwünschter Signale und je ein darauffolgendes Akquisitionsmodul zur Erfassung von Messdaten e) Nach der Akquisitionsphase, Wiederholen der Schritte a) bis d) bis alle gewünschten Messdaten des Untersuchungsobjekts akquiriert wurden, wobei ein zeitlicher Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Präparationsmodulen nach einem ersten Ausführen eines Präparationsmoduls in Schritt c) bis zum Ende der Akquisitionsphase im nachfolgenden Schritt d) jeweils derselbe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ab dem Schalten des ersten Präparationsmoduls vor der ersten Akquisitionsphase bis zur vollständigen Akquisition aller gewünschten Messdaten des Untersuchungsobjekts fortgeführt Präparationsmodule mit einem konstanten zeitlichen Abstand voneinander ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei nach Ende einer Akquisitionsphase eine vorgegebene Bedingung erfüllt sein muss, bevor ein weiteres erstes Präparationsmodul einer Reihe in zeitlich konstantem Abstand ausgeführter Präparationsmodule ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die weitere Bedingung in Abhängigkeit der aktuell erfassten physiologischen Datenpunkte und/oder in Abhängigkeit von vorgegebenen zeitlichen Schranken überprüft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der Akquisitionsmodule einer Akquisitionsphase je Messdaten einer anderen Schicht des Untersuchungsobjektes akquiriert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die physiologischen Datenpunkte mittels eines mit dem Magnetresonanzgerät verbindbaren, externen Sensors, wie z. B. einem Atemkissen oder einem Atemgürtel, erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die physiologischen Datenpunkte mittels einer sogenannten Navigatorsequenz erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zeitliche Abstand zwischen einer Navigatorsequenz und einem vorausgehenden Präparationsmodul konstant ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Präparationsmodul mindestens einen spektral selektiven Sättigungspuls umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Präparationsmodul mindestens einen spektral selektiven Inversionspuls umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Präparationsmodul räumlich selektiv ist und Signale eines bestimmten Ortes unterdrückt.
Magnetresonanzgerät mit einem Magneten, Hochfrequenzantennen zum Einstrahlen von RF-Pulsen und Empfangen von Echosignalen, einem Gradientensystem umfassend Gradientenspulen zum Anlegen von Gradientenfeldern und mit einer Signalerfassungseinrichtung zum Erfassen von physiologischen Signalen und einer Triggereinheit und mit einer Recheneinheit, die die einzelnen Anlagekomponenten des Magnetresonanzgeräts entsprechend einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 steuert.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um mit dem Magnetresonanzgerät alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, wenn das Programm in der Recheneinheit des Magnetresonanzgeräts ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Recheneinheit eines Magnetresonanzgeräts mit dem Magnetresonanzgerät das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführen.