DE102011082010B4

DE102011082010B4 - Rephasierung von Spinsystemen in einer ersten und zweiten Schicht in Schicht-Multiplexing-Messsequenzen zur Magnetresonanzbildgebung

Info

Publication number: DE102011082010B4
Application number: DE102011082010A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Feiweier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2013-03-14
Anticipated expiration: 2031-09-02
Also published as: KR20130025343A; KR101594641B1; US20130057280A1; CN102967836A; DE102011082010A1; CN102967836B; US9599690B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht (51) mit einem ersten Kohärenzverlauf (53) und eines zweiten Spinsystems einer zweiten Schicht (52) mit einem zweiten Kohärenzverlauf (54) bei Erstellung von MR-Bildern mit Schicht-Multiplexing, die folgenden Schritte umfassend: – Anwenden eines ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) zum Auslenken des Spinsystems der ersten Schicht, – Anwenden eines zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) zum Auslenken des Spinsystems der zweiten Schicht, wobei der Beginn des zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) gegenüber dem Beginn des ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) um eine erste Differenzzeitspanne (55) zeitlich verschoben ist, die kürzer als die Dauer des ersten Hochfrequenzpulses ist, – Durchführen eines Rephasierungs-Korrekturschrittes (61) zum Aufprägen einer Korrekturphase mindestens auf eines der beiden Spinsysteme, – Durchführen eines Detektionsschritts zum Detektieren eines ersten und zweiten Signals (76, 77) der Magnetisierung jeweils des ersten und zweiten Spinsystems in einer Signaldetektionszeitspanne (63), wobei der Rephasierungs-Korrekturschritt so ausgestaltet ist, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf (53, 54) rephasiert werden, sodass das Detektieren des ersten und zweiten Signals (76, 77) in der Signaldetektionszeitspanne (63) simultan stattfindet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht mit einem ersten Kohärenzverlauf und eines zweiten Spinsystems einer zweiten Schicht mit einem zweiten Kohärenzverlauf bei der Erstellung von Magnetresonanz-(MR-)Bildern und eine Magnetresonanzanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung die Rephasierung von Spinsystemen in Schicht-Multiplexing-Messsequenzen.
Die Magnetresonanztomographie ist ein bildgebendes Verfahren, das in vielen Bereichen der Medizin zur Untersuchung und Diagnose eingesetzt wird. Die Grundlage bildet der physikalische Effekt der Kernspinresonanz. Zur Aufnahme von MR-Signalen wird dabei ein statisches Grundmagnetfeld im Untersuchungsbereich erzeugt, in welchem sich die Kernspins bzw. die magnetischen Momente der Atome im Untersuchungsobjekt ausrichten. Durch Einstrahlen von Hochfrequenzpulsen können die Kernspins aus der ausgerichteten Lage, d. h. der Ruhelage, oder einem anderen Zustand ausgelenkt bzw. angeregt werden. Die Relaxation in die Ruhelage zurück kann ein Zerfallssignal erzeugen, das mittels einer oder mehrerer Empfangsspulen induktiv detektiert werden kann.
Die Phasenevolution des Spinsystems einer Schicht wird durch den Kohärenzverlauf beschrieben. Weisen die Spins eines Spinsystems einer bestimmten Schicht alle eine identische Phasenlage auf, so wird dies durch eine verschwindende Dephasierung des Kohärenzverlaufs beschrieben. Ein Signal kann detektiert werden, da keine destruktive Interferenz zwischen den Signalen verschiedener Spins unterschiedlicher Phase vorliegt.
Durch Anlegen eines Schichtselektionsgradienten beim Einstrahlen der Hochfrequenzpulse werden nur Kernspins in einer Schicht des Untersuchungsobjekts angeregt, in der die Resonanzbedingung aufgrund der lokalen Magnetfeldstärke erfüllt ist. Eine weitere Ortskodierung kann durch Anlegen zumindest eines Phasenkodiergradienten sowie eines Frequenzkodiergradienten während des Auslesens erfolgen. Dadurch ist es möglich, MR-Aufnahmen von mehreren Schichten einer Untersuchungsperson zu erhalten. Mittels geeigneter Darstellungsverfahren ist es derart möglich, zur Diagnose ein 3-dimensionales (3d) Abbild eines bestimmten Bereichs der Untersuchungsperson zur Verfügung zu stellen.
Im klinischen Umfeld besteht ein Bestreben nach immer schnelleren MR-Aufnahmen, insbesondere von 3d MR-Aufnahmen. MR-Messsequenzen zur Erzeugung von MR-Aufnahmen können diesbezüglich optimiert werden. Hierzu bieten sich insbesondere MR-Messsequenzen an, bei denen Bilder aus mehreren Schichten simultan aufgenommen werden, d. h. sogenannte Schicht-Multiplexing-Messsequenzen. Allgemein lassen sich Schicht-Multiplexing-Messsequenzen dadurch charakterisieren, dass zumindest während eines Teils der Messung gezielt eine transversale Komponente der Magnetisierung von zumindest zwei Schichten gleichzeitig für den Bildgebungsprozess genutzt wird. Im Gegensatz dazu wird bei der etablierten Mehrschicht-Bildgebung das Signal von zumindest zwei Schichten alternierend, d. h. vollständig unabhängig voneinander und mit entsprechend längerer Messzeit aufgenommen (sogenannte „interleaved” Messsequenzen).
Verschiedene Schicht-Multiplexing-Messsequenzen sind bekannt. Z. B. kann bei simultaner Anregung der Magnetisierung und/oder simultaner Detektion eines MR-Signals die Adressierung der verschiedenen Schichten über eine Phasenkodierung, die sogenannte „Hadamard”-Kodierung, siehe S. P. Souza et al. in J. Comput. Assist. Tomogr. 12 (1988), S. 1026–1030 oder eine Frequenzkodierung, eine sogenannte „Breitband-Datenaufnahme”, siehe E. L. Wu et al. in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. 17 (2009), S. 2678, erfolgen.
Weiterhin gibt es MR-Messsequenzen, die zur Unterscheidung verschiedener Schichten mehrere Hochfrequenzspulen verwenden. Unter Kenntnis der räumlichen Empfangscharakteristik der verschiedenen Hochfrequenzspulen können mittels geeigneter Rechenoperationen die simultan aufgenommenen Daten separiert werden. Solche Verfahren sind unter dem Namen GRAPPA, SMASH oder SENSE bekannt.
Bei der simultanen Anwendung von mehreren Hochfrequenzpulsen zur Auslenkung der Magnetisierung, d. h. wenn gleichzeitig auf die Magnetisierung verschiedener Schichten mittels Hochfrequenzpulsen eingewirkt wird, verkürzt sich zwar die zur Durchführung der Messsequenz benötigte Zeit, gleichzeitig erhöht sich aber die benötigte Spitzenleistung des hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeldes. Dies erhöht die spezifische Absorptionsrate (SAR) in der Untersuchungsperson und ist im Allgemeinen nicht erwünscht. In diesem Zusammenhang offenbart US 5 422 572 A ein Verfahren der parallelen MR-Bildgebung, bei dem verschiedene schichtselektive Hochfrequenz(HF)-Pulse im Wesentlichen gleichzeitig, jedoch leicht gegeneinander zeitlich verschoben angewendet werden. Dadurch kann sowohl die Messzeit, als auch die benötigte HF-Spitzenleistung reduziert werden.
Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die zeitliche Verschiebung der HF-Pulse Unterschiede in der zeitlichen Evolution der Magnetisierung (Kohärenzverlauf) zur Folge hat. Um eine simultane Datenaufnahme zu gewährleisten, muss der Kohärenzverlauf der Spinsysteme der verschiedenen Schichten zum Zeitpunkt der Datenaufnahme rephasiert werden.
Dementsprechend ist es wünschenswert, bei simultaner Aufnahme von MR-Daten aus mehreren Schichten die Kohärenzverläufe der entsprechenden Spinsysteme zum Zeitpunkt der Datenaufnahme zu rephasieren.
Somit ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte MR-Schicht-Multiplexing-Messsequenz zur Rephasierung der Kohärenzverläufe der Spinsysteme bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird mithilfe der Gegenstände nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht mit einem ersten Kohärenzverlauf und eines zweiten Spinsystems einer zweiten Schicht mit einem zweiten Kohärenzverlauf bei Erstellung von MR-Bildern mit Schicht-Multiplexing bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Anwenden eines ersten Hochfrequenzpulses zum Auslenken des Spinsystems der ersten Schicht, Anwenden eines zweiten Hochfrequenzpulses zum Auslenken des Spinsystems der zweiten Schicht. Hierbei ist der Beginn des zweiten Hochfrequenzpulses gegenüber dem Beginn des ersten Hochfrequenzpulses um eine erste Differenzzeitspanne zeitlich verschoben, die kürzer als die Dauer des ersten Hochfrequenzpulses ist.
Weiterhin wird ein Rephasierungs-Korrekturschritt zum Aufprägen einer Korrekturphase auf mindestens eines der beiden Spinsysteme durchgeführt. Weiterhin wird ein Detektionsschritt zum Detektieren eines ersten und zweiten Signals der Magnetisierung jeweils des ersten und zweiten Spinsystems in einer Signaldetektionszeitspanne durchgeführt. Insbesondere ist der Rephasierungs-Korrekturschritt so ausgestaltet, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf rephasiert werden, sodass das Detektieren des ersten und zweiten Signals in der Signaldetektionszeitspanne simultan stattfindet.
Auslenken der Magnetisierung bedeutet hierbei entweder Auslenken der Magnetisierung aus der Ruhelage oder aus einem dynamischen Zustand. Zum Beispiel ist es mittels Hochfrequenz-Anregungspulsen möglich, die Magnetisierung aus der Ruhelage auszulenken. Es ist aber auch z. B. mittels Hochfrequenz-Refokussierungspulsen möglich, die Magnetisierung aus einem Zustand etwa der dynamischen Dephasierung auszulenken und eine Rephasierung zu bewirken.
Dies hat den Vorteil, dass ein gleichzeitiges Auslesen des Signals der verschiedenen Schichten gemäß MR-Schicht-Multiplexing möglich ist. Schicht-Multiplexing-Messsequenzen, die in der Literatur bekannt sind, können direkt angewendet werden. Insbesondere hat dies den Vorteil einer verkürzten Messdauer und einer reduzierten HF-Puls-Amplitude (und damit Hochfrequenzbelastung der Untersuchungsperson) durch die teilweise zeitliche Überlappung des ersten und zweiten Hochfrequenzpulses.
Der erste Hochfrequenzpuls und der zweite Hochfrequenzpuls überlappen zumindest teilweise zeitlich. Deshalb liegt ein weiterer Vorteil darin, dass es möglich ist, einen Magnetfeldgradienten zur Schichtselektion ununterbrochen während des Anwendens des ersten und zweiten Hochfrequenzpulses wirken zu lassen. Magnetfeldgradienten werden, wie eingangs beschrieben, dazu verwendet, eine Ortskodierung der Auslenkung der Spinsysteme im Zusammenwirken mit HF-Pulsen zu bewirken. Typischerweise wird während des Anwendens eines HF-Pulses ein Magnetfeldgradient geschaltet, sodass die Resonanzbedingung für die Anregungsfrequenz des HF-Pulses nur noch für einen bestimmten Ort entlang des Magnetfeldgradientens erfüllt ist. Erfindungsgemäß muss der Magnetfeldgradient nicht zwischen zwei HF-Pulsen an- oder ausgeschaltet werden. Insbesondere gegenüber etablierten Verfahren der Mehrschicht-Bildgebung sinkt durch das nur einmalige Anwenden eines Magnetfeldgradientens für die Auslenkung mehrerer Schichten die Belastung durch elektromagnetische Wechselfelder.
Es ist möglich, eine MR-Messsequenz gemäß der Erfindung zur Bildgebung von mehr als zwei Schichten durchzuführen. Die vorgestellten Merkmale lassen sich auf die Bildgebung von drei oder mehr Schichten übertragen.
Es ist möglich, dass die erste Differenzzeitspanne gemäß mindestens einem der folgenden Kriterien bestimmt wird: Dauer der MR-Bildgebung, Amplitude der Hochfrequenzpulse, Signalstärke. Wird die erste Differenzzeitspanne länger gewählt, d. h. die zeitliche Überlappung des ersten und zweiten Hochfrequenzpulses nimmt ab, so nimmt die Dauer der MR-Bildgebung zu. Gleichzeitig sinkt die benötigte Amplitude der Hochfrequenzpulse, um eine gleiche Auslenkung der Magnetisierung zu erreichen. Typischerweise kann die Signalstärke des detektierten Signals mit der Auslenkungsamplitude der Magnetisierung zusammenhängen, d. h. es ist möglich, bei gleicher Amplitude der Hochfrequenzpulse und erhöhter erster Differenzzeitspanne (längere Dauer der MR-Bildgebung) erhöhte Signalstärke zu erhalten. Bei der Festlegung der ersten Differenzzeitspanne kann eines dieser Kriterien maßgeblich sein.
Es gibt zum Beispiel MR-Messsequenzen, die eine Dauer im Bereich einiger weniger 10 Millisekunden aufweisen. Hierbei dauert ein HF-Puls wenige Millisekunden. Durch die geeignete Bestimmung der ersten Differenzzeitspanne kann eine teilweise Parallelisierung der HF-Pulse erreicht werden. Dadurch kann die Messdauer signifikant, d. h. um einige Prozent, verkürzt werden. Der Betrieb einer entsprechend konfigurierten MR-Anlage ist besonders wirtschaftlich.
Weiterhin ist es möglich, die Korrekturphase aus mindestens einem der folgenden Kriterien zu berechnen: erste Differenzzeitspanne, erster Kohärenzverlauf, zweiter Kohärenzverlauf. Die Korrekturphase gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt, dass in der Signaldetektionszeitspanne das erste und zweite Signal gleichzeitig ausgelesen werden kann. Deshalb muss die Korrekturphase richtig dimensioniert werden.
Ein Parameter, der in die Dimensionierung der Korrekturphase einfließen kann, ist insbesondere die erste Differenzzeitspanne. Je länger die erste Differenzzeitspanne gewählt ist, desto unterschiedlicher kann der erste oder zweite Kohärenzverlauf sein. Dies kann in einer größeren notwendigen Korrekturphase resultieren. Gleichzeitig kann unter direkter Kenntnis des ersten oder zweiten Kohärenzverlaufs die Korrekturphase korrigiert werden. Es ist hierbei anzumerken, dass die Korrekturphase insbesondere auch, wie weiter unten erläutert, nicht von der ersten Differenzzeitspanne abhängig sein kann.
Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die HF-Pulse einen zeitlichen Verlauf der Amplitude aufweisen, der asymmetrisch gegenüber dem Zeitpunkt der maximalen Amplitude des jeweiligen HF-Pulses ist.
Bei teilweiser zeitlicher Überlappung z. B. von Anregungspulsen oder Refokussierungspulsen kann ein asymmetrischer Verlauf der Amplitude bewirken, dass die benötigte HF-Spitzenleistung im Vergleich zu symmetrischen HF-Anregungspulsen bei gleicher zeitlicher Separation weiter reduziert werden kann. In jedem Fall gewährleistet ein asymmetrischer Verlauf der Amplitude, dass der Versatz der zeitlichen Evolution der Kohärenzverläufe der zugehörigen Spinsysteme minimiert wird und damit die Korrekturphase kleiner dimensioniert werden kann.
Der Rephasierungs-Korrekturschritt kann weiterhin den ersten oder zweiten HF-Puls so ausgestalten, dass zumindest ein Teil der Korrekturphase durch eine Amplitudenmodulation während des Anwendens der Hochfrequenzpulse aufgeprägt wird. In der Literatur ist z. B. ein solches Verfahren bekannt (S. Pickup und M. Popescu in Magnetic Resonance in Medicine 38 (1997), S. 137–145), das es erlaubt, über einen HF-Anregungspuls oder Refokussierungspuls die Abhängigkeit der durch den Puls auf die Magnetisierung aufgeprägten Phase (den Kohärenzverlauf) zu bestimmen. Durch spezielle Ausgestaltung der HF-Pulse durch eine Amplitudenmodulation kann bereits nach Anwendung des HF-Pulses ein rephasierter Kohärenzverlauf erreicht werden.
Weiterhin ist es möglich, dass der Rephasierungs-Korrekturschritt das Anwenden eines Korrekturmagnetfeldgradienten beinhaltet. Durch das Schalten eines Korrekturmagnetfeldgradienten kann das Einbringen einer Korrekturphase oder eines Teils der Korrekturphase in den Kohärenzverlauf bewirkt werden. Insbesondere kann z. B. je nach zeitlicher Anordnung des Korrekturmagnetfeldgradienten in Bezug auf HF-Pulse eine unterschiedliche Korrekturphase in unterschiedlichen Schichten erzeugt werden. Dies wird weiter unten näher erläutert.
Es ist auch möglich, dass der Korrekturmagnetfeldgradient eine nicht-lineare Ortsabhängigkeit aufweist. Typischerweise sind Magnetfeldgradienten so ausgestaltet, dass sie eine lineare Ortsabhängigkeit aufweisen, d. h. die Abhängigkeit der Magnetfeldgradientenstärke vom Ort wird zumindest näherungsweise durch eine lineare Funktion beschrieben.
Es ist jedoch auch möglich, eine nicht-lineare, z. B. quadratische Ortsabhängigkeit des Magnetfeldgradienten zu erzeugen. Entlang einer Schicht-Selektionsrichtung, die durch den sich ändernden Korrekturmagnetfeldgradienten definiert ist, lässt sich derart in jeder angeregten Schicht ein unterschiedlicher Kohärenzverlauf rephasieren. Die nicht-lineare Ortsabhängigkeit kann z. B. durch eine zusätzliche schaltbare Feldspule oder mehrere Feldspulen mit nicht-linearem Feldverlauf erreicht werden.
Die durch einen nicht-linearen Magnetfeldgradienten aufgeprägte Korrekturphase ist abhängig von der Position der jeweiligen Schicht entlang der Richtung der Nicht-Linearität des Magnetfeldgradienten. Zum Beispiel kann ein Magnetfeldgradient verwendet werden, der durch eine quadratische Funktion beschrieben wird. Hierbei kann insbesondere durch geeignete Dimensionierung des linearen und quadratischen Anteils erreicht werden, dass in der Nähe der relevanten Schichten der Verlauf des Magnetfeldgradienten in guter Näherung durch eine lineare Funktion beschrieben werden kann. Dies stellt eine leicht beherrschbare zeitliche Evolution des Kohärenzverlaufs über die gesamte Schichtdicke sicher. Der effektiv wirksame Magnetfeldgradient bzw. die effektiv aufgeprägte Korrekturphase ist dann schichtspezifisch. Auf diese Weise kann man die Kohärenzverläufe zweier oder mehrerer Schichten gleichzeitig rephasieren.
Zum Beispiel kann der erste Hochfrequenzpuls ein erster Refokussierungspuls zur Erzeugung eines Spinechos in der ersten Schicht sein und der zweite Hochfrequenzpuls ein zweiter Refokussierungspuls zum Erzeugen eines Spinechos in der zweiten Schicht sein. Refokussierungspulse werden typischerweise in der MR-Bildgebung eingesetzt, um nach einer Dephasierung des Spinsystems eine Rephasierung des Spinsystems zu bewirken. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Refokussierungspulse gemäß der vorliegenden Erfindung eine teilweise zeitliche Überlappung aufweisen.
Weiterhin kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte umfassen: Anregen des ersten Spinsystems aus der Ruhelage durch einen ersten Anregungspuls, Anregen des zweiten Spinsystems aus der Ruhelage durch einen zweiten Anregungspuls, wobei der Beginn des zweiten Anregungspulses gegenüber dem Beginn des ersten Anregungspulses um eine zweite Differenzzeitspanne verschoben ist.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die zweite Differenzzeitspanne kürzer als die Dauer des ersten Anregungspulses ist. So können die Anregungspulse teilweise zeitlich überlappen. Eine teilweise zeitliche Überlappung senkt einerseits die Dauer, die zur MR-Bildgebung benötigt wird, und senkt andererseits die benötigte HF-Spitzenleistung für die Anregungspulse, wie bereits ausführlich erläutert.
Es ist aber auch möglich, dass die zweite Differenzzeitspanne länger als die Dauer des ersten Anregungspulses ist. Erfindungsgemäß ist es dann möglich, zwischen dem ersten und zweiten Anregungspuls gezielt auf die Magnetisierung der ersten Schicht einzuwirken. Zum Zeitpunkt direkt nach dem ersten Anregungspuls und vor dem zweiten Anregungspuls ist die Magnetisierung der zweiten Schicht noch nicht aus der Ruhelage ausgelenkt. Ein dann geschalteter Magnetfeldgradient entfaltet die Wirkung nur auf die bereits angeregten Spins der ersten Schicht. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass aufgrund der simultanen Detektion des ersten und zweiten Signals in der Signaldetektionszeitspanne Schicht-Multiplexing-Messsequenzen angewendet werden können. Es ist immer noch eine signifikante zeitliche Reduktion der Messdauer gegenüber den herkömmlichen sequentiellen Verfahren zur Bildgebung mehrerer Schichten vorhanden.
Insbesondere kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein erster Korrekturmagnetfeldgradient zwischen dem ersten und zweiten Anregungspuls durchgeführt werden und ein zweiter Korrekturmagnetfeldgradient entweder zwischen dem zweiten Anregungspuls und den Refokussierungspulsen oder nach den Refokussierungspulsen und vor dem Detektieren durchgeführt werden. Sind der erste und der zweite Anregungspuls zeitlich vollständig separiert, d. h. die zweite Differenzzeitspanne ist länger als die Dauer des ersten Anregungspulses, so kann ein Korrekturmagnetfeldgradient zwischen dem ersten und zweiten Anregungspuls geschaltet werden und entfaltet seine Wirkung, wie oben beschrieben, nur auf das erste Spinsystem der ersten Schicht. Weiterhin kann ein weiterer Korrekturmagnetfeldgradient nach dem ersten und zweiten Anregungspuls, aber vor den Refokussierungspulsen durchgeführt werden. Ein solcher Korrekturmagnetfeldgradient entfaltet seine Wirkung sowohl auf das erste als auch auf das zweite Spinsystem. Es ist aber zum Beispiel auch möglich den weiteren Korrekturmagnetfeldgradienten nach den Refokussierungspulsen, aber noch vor dem Detektionsschritt zum Detektieren des Signals durchzuführen. Dies kann eine hohe Flexibilität beim Einbringen einer Korrekturphase bewirken, da insbesondere auf die erste Schicht durch den ersten Korrekturmagnetfeldgradienten eine Korrekturphase eingebracht werden kann, die unterschiedlich zu der auf das zweite Spinsystem eingebrachten Phase ist.
Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die zweite Differenzzeitspanne doppelt so lang ist wie die erste Differenzzeitspanne. Wenn die Zeitdauer zwischen jeweils den zeitlichen Zentren des zweiten Anregungspulses und des ersten Anregungspulses doppelt so lang ist wie die Zeitdauer zwischen den zeitlichen Zentren des zweiten Refokussierungspulses und des ersten Refokussierungspulses, so wird bewirkt, dass die Spinechozeiten (d. h. der Zeitraum zwischen Anregung und Signaldetektion) für die erste und zweite Schicht zwar verschieden lang sind, aber die Spinecho-Bedingung gleichzeitig und simultan während der Signaldetektionszeitspanne erfüllt ist. Durch die Anwendung von Refokussierungspulsen zur Erzeugung eines Spinechos und dem gleichzeitigen Erfüllen der Spinecho-Bedingung der ersten und zweiten Schicht kann demnach in der beschriebenen Ausführungsform ein Magnetisierungssignal erzeugt werden, das auch spinecho-artig ist. Neben der Bedingung der Rephasierung der Kohärenzverläufe der ersten und zweiten Schicht wird so in der Signaldetektionszeitspanne auch die Spinecho-Bedingung erfüllt. Dies kann vorteilhafterweise ein besonders hohes Signal bewirken.
Wie obenstehend erläutert, ist es aber auch möglich, dass die zweite Differenzzeitspanne so kurz gewählt wird, d. h. kürzer als die Dauer des ersten Anregungspulses, dass der erste und zweite Anregungspuls zumindest teilweise überlappen. Dies bewirkt eine verkürzte Messzeit.
Weiterhin kann die Erfindung folgende Schritte umfassen: Anwenden eines ersten Diffusions-Refokussierungspulses zum Invertieren der Dephasierung des ersten Spinsystems, Anwenden eines zweiten Diffusions-Refokussierungspulses zum Invertieren der Dephasierung des zweiten Spinsystems, wobei der Beginn des zweiten Diffusions-Refokussierungspulses gegenüber dem Beginn des ersten Diffusions-Refokussierungspulses um eine dritte Differenzzeitspanne zeitlich verschoben ist. Messsequenzen zur MR-Bildgebung zur Darstellung von Diffusionseigenschaften von Partikeln werden typischerweise unter Verwendung eines weiteren Refokussierungspulses (Diffusions-Refokussierungspuls) durchgeführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Rephasierung des ersten und des zweiten Kohärenzverlaufs auch in Messsequenzen zur MR-Diffusionsbildgebung gemäß Schicht-Multiplexing durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass die ohnehin längeren Messdauern, die zur Diffusions-Bildgebung benötigt werden, verkürzt werden können.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn die dritte Differenzzeitspanne und die erste Differenzzeitspanne betragsmäßig gleich lang sind. Wenn die erste Differenzzeitspanne, die sich auf die Refokussierungspulse bezieht, und die zweite Differenzzeitspanne, die sich auf die Diffusions-Refokussierungspulse bezieht, betragsmäßig gleich lang sind, d. h. die zeitliche Verschiebung gleich ist, so ist eine einfache Berechnung des Rephasierungs-Korrekturschritts möglich, d. h. die benötigte Korrekturphase kann einfach berechnet werden.
Hierbei kann die Richtung der zeitlichen Verschiebung um die erste Differenzzeitspanne für den ersten und zweiten Refokussierungspuls gleich der Richtung der zeitlichen Verschiebung um die dritte Differenzzeitspanne von erstem und zweitem Diffusions-Refokussierungspuls sein. Dann ist es z. B. möglich, dass der Rephasierungs-Korrekturschritts nicht von der ersten bzw. dritten Differenzzeitspanne abhängt. Dies kann vorteilhaft sein, da so ein inhärent robustes Verfahren und eine einfache Berechnung der Korrekturphase möglich sind.
Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, dass die Richtung der zeitlichen Verschiebung um die erste Differenzzeitspanne für ersten und zweiten Refokussierungspuls entgegengesetzt zur Richtung der zeitlichen Verschiebung um die dritte Differenzzeitspanne von erstem und zweitem Diffusions-Refokussierungspuls ist.
Weiterhin kann der erste Hochfrequenzpuls ein erster Anregungspuls zum Anregen des ersten Spinsystems aus der Ruhelage sein, und der zweite Hochfrequenzpuls ein zweiter Anregungspuls zum Anregen des zweiten Spinsystems aus der Ruhelage sein. Eine teilweise zeitliche Separation der Hochfrequenz-Anregungspulse gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, dass die Messdauer der Schicht-Multiplexing-Messsequenz verkürzt wird und gleichzeitig die benötigte HF-Spitzenleistung der Anregungspulse verringert wird.
Durch das Anwenden des Hochfrequenzpulses wird der Kohärenzverlauf des Spinsystems dephasiert. Diese Dephasierung muss vor Aufnahme des Echos durch geeignete Schaltung von Magnetfeldgradienten rephasiert werden. In dem Fall, dass eine erste Differenzzeitspanne die teilweise zeitliche Separation der Hochfrequenz-Anregungspulse bewirkt, wird jeder Schicht ein unterschiedliches lineares Phasenprofil bzw. ein unterschiedlicher Kohärenzverlauf aufgeprägt. Dies geschieht, da durch die teilweise zeitliche Verschiebung der Anregung der verschiedenen Schichten der Magnetfeldgradient für unterschiedliche Schichten unterschiedlich lange wirksam ist.
Es ist dann insbesondere schwer möglich, mit einem einzelnen, örtlich linearen Magnetfeldgradienten die Kohärenzverläufe zu rephasieren bzw. die Dephasierung der beiden Kohärenzverläufe simultan zu rephasieren. Hingegen erlaubt die Verwendung von refokussierenden Hochfrequenz-Anregungspulsen eine simultane Rephasierung: der erste und zweite Anregungspuls können intrinsisch eine Korrekturphase aufprägen.
Es ist weiterhin möglich, dass der Rephasierungs-Korrekturschritt den ersten oder zweiten Hochfrequenzpuls so ausgestaltet, dass die Korrekturphase während des Anwendens der Anregungspulse aufgeprägt wird.
Auch kann der Rephasierungs-Korrekturschritt das Anwenden eines Korrekturmagnetfeldgradienten wie voranstehend beschrieben beinhalten. Es ist zum Beispiel möglich, amplitudenmodulierte Hochfrequenzpulse mit vorgegebenen Korrekturphasen in Kombination mit Korrekturmagnetfeldgradienten zu verwenden. Dies erlaubt eine hohe Flexibilität im Einbringen der Korrekturphase und kann insbesondere technische Limitationen in der Ausgestaltung der die Hochfrequenzphase aufprägenden Hochfrequenzpulse kompensieren.
Insbesondere ist es möglich, dass dieser Rephasierungs-Korrekturschritt einen Korrekturmagnetfeldgradienten beinhaltet, der eine nicht-lineare Ortsabhängigkeit aufweist. Wie voranstehend beschrieben, kann durch eine nicht-lineare Ortsabhängigkeit insbesondere erreicht werden, dass in unterschiedlichen Schichten zum gleichen Zeitpunkt ein unterschiedlicher Phasenverlauf aufgeprägt wird, wodurch es möglich wird, die Kohärenzverläufe zu rephasieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetresonanzanlage zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht mit einem ersten Kohärenzverlauf und eines zweiten Spinsystems einer zweiten Schicht mit einem zweiten Kohärenzverlauf bei Erstellung von MR-Bildern mit Schicht-Multiplexing bereitgestellt. Die Magnetresonanzanlage umfasst einen Hochfrequenz-Generator, der ausgestaltet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: Anwenden eines ersten Hochfrequenzpulses zum Auslenken des Spinsystems der ersten Schicht, Anwenden eines zweiten Hochfrequenzpulses zum Auslenken des Spinsystems der zweiten Schicht, wobei der Beginn des zweiten Hochfrequenzpulses gegenüber dem Beginn des ersten Hochfrequenzpulses um eine erste Differenzzeitspanne zeitlich verschoben ist, die kürzer als die Dauer des ersten Hochfrequenzpulses ist. Weiterhin umfasst die Magnetresonanzanlage gemäß dem Aspekt der Erfindung eine Pulssequenz-Steuerung, die ausgestaltet ist, den folgenden Schritt durchzuführen: Durchführen eines ersten Rephasierungs-Korrekturschrittes zum Aufprägen einer Korrekturphase mindestens auf eines der beiden Spinsysteme. Weiterhin umfasst die Magnetresonanzanlage eine Rechnereinheit, die ausgestaltet ist, den folgenden Schritt durchzuführen: Durchführen eines Detektionsschritts zum Detektieren eines ersten und zweiten Signals der Magnetisierung jeweils des ersten und zweiten Spinsystems in einer Signaldetektionszeitspanne. Hierbei ist der Rephasierungs-Korrekturschritt so ausgestaltet, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf rephasiert werden, sodass das Detektieren des ersten und zweiten Signals in der Signaldetektionszeitspanne simultan stattfindet.
Eine Magnetresonanzanlage, die derart konfiguriert ist, bewirkt Effekte, die den Effekten entsprechen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren voranstehend beschrieben wurden.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen, die in Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei
1 eine schematische Ansicht einer Magnetresonanzanlage ist,
2 eine schematische Ansicht teilweise überlappender Hochfrequenzpulse und einer Rephasierung des Kohärenzverlaufs unter Verwendung eines nicht-linearen Magnetfeldgradientens ist,
3 eine schematische Ansicht teilweise überlappender Hochfrequenzpulse mit einem intrinsisch vorgegebenen Phasenprofil ist,
4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Rephasierung eines ersten und zweiten Kohärenzverlaufs bei teilweiser zeitlicher Separation der Refokussierungspulse ist,
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Rephasierung eines ersten und zweiten Kohärenzverlaufs bei teilweiser zeitlicher Separation der Refokussierungs- und Diffusions-Refokussierungspulse ist,
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Rephasierung eines ersten und zweiten Kohärenzverlaufs bei teilweiser zeitlicher Separation der Refokussierungs- und Diffusions-Refokussierungspulse ist,
7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bei teilweiser zeitlicher Separation der Refokussierungspulse ist, wobei die erste Differenzzeitspanne halb so lang ist wie die zweite Differenzzeitspanne,
8 ein schematisches Flussdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
9 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
10 ein schematisches Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und
11 eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
1 zeigt schematisch eine Magnetresonanzanlage 30, welche zur Aufnahme von Magnetresonanz(MR)-Daten konfiguriert ist. Die MR-Anlage kann mehrere Hochfrequenzspulen 15a, 15b umfassen. Es ist aber auch möglich, dass die MR-Anlage 30 nur eine Hochfrequenzspule umfasst. Die MR-Anlage 30 weist weiterhin einen Magneten 10 auf, der zur Erzeugung eines Grundmagnetfeldes geeignet ist. Ein Untersuchungsobjekt, in dem dargestellten Fall eine Untersuchungsperson 11, kann mittels einer Liege 13 in den Magneten 10 geschoben werden. Zur Erzeugung von MR-Bilddaten aus einer ersten Schicht 51 und zweiten Schicht 52, die innerhalb der Untersuchungsperson 11 angeordnet sind, umfasst die MR-Anlage 30 weiterhin ein Gradientensystem 14, welches konfiguriert ist, Magnetfeldgradienten im Bereich der Untersuchungsperson 11 bereitzustellen. Magnetfeldgradienten können eine Ortskodierung der Wirksamkeit von Hochfrequenzpulsen über die Resonanzbedingung der Spinsysteme bewirken. Das durch den Magneten 10 erzeugte Grundmagnetfeld polarisiert das Spinsystem in der ersten Schicht 51 und der zweiten Schicht 52. In ihrer Ruhelage zeigen die Spins entlang der Richtung des Grundmagnetfelds. Durch die Hochfrequenzspulen 15a und 15b kann ein Hochfrequenzpuls erzeugt werden, der die Magnetisierung aus ihrer Ruhelage im Grundmagnetfeld auslenkt. Zum Anwenden von Hochfrequenzpulsen mittels der Hochfrequenzspulen 15a, 15b ist ein Hochfrequenz-Generator 20 vorgesehen. Weiterhin kann mittels einer Rechnereinheit 22 ein Magnetisierungssignal, welches induktiv eine Spannung in den Hochfrequenzspulen 15a, 15b hervorruft, detektiert werden. Eine Gradienteneinheit 23 ist vorgesehen, um das Gradientensystem 14 zur Anwendung von Magnetfeldgradienten zu steuern. Eine Pulssequenz-Steuerung 21 steuert den zeitlichen Ablauf der Hochfrequenzpulse, die durch Hochfrequenz-Generator 20 erzeugt werden, und der Magnetfeldgradienten, die durch Gradienteneinheit 23 gesteuert werden. Eine Bedieneinheit 12 steht mit den Steuerelementen in Verbindung, und erlaubt es einem Benutzer, die Steuerung der Magnetresonanzanlage 30 durchzuführen. Insbesondere kann Rechnereinheit 22 die Hochfrequenzspulen 15a, 15b derart steuern, dass genügend MR-Daten aufgenommen werden, um mittels eines geeigneten Algorithmus einen vollständigen Datensatz zu erzeugen. Dem Fachmann sind hierzu Verfahren der parallelen Bildgebung, wie z. B. SMASH, GRAPPA oder SENSE, bekannt. Weiterhin kann Gradienteneinheit 23 das Gradientensystem 14 derart steuern, dass nicht-lineare Magnetfeldgradienten erzeugt werden.
Der Hochfrequenz-Generator 20 kann weiterhin die Hochfrequenzpulse, die durch Hochfrequenzspulen 15a, 15b angewendet werden, derart ausgestalten, dass sie neben einer örtlichen Amplitudenabhängigkeit weiterhin einen örtlichen Phasengang definieren. Dies kann z. B. mittels geeigneter Amplitudenbzw. Phasenmodulation der HF-Pulse erreicht werden. Weiterhin kann der Hochfrequenz-Generator 20 die Hochfrequenzpulse, die mittels der Hochfrequenzspulen 15a, 15b angewendet werden, derart konfigurieren, dass sie einen zeitlichen Verlauf der Amplitude aufweisen, der asymmetrisch gegenüber dem Zeitpunkt der maximalen Amplitude des jeweiligen Anregungspulses ist.
Die allgemeine Funktionsweise einer MR-Anlage ist dem Fachmann bekannt, sodass auf eine detaillierte Beschreibung der allgemeinen Komponenten verzichtet wird.
2 stellt beispielhaft eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Hierbei werden Hochfrequenzpulse, z. B. Anregungspulse 70, 71 oder Refokussierungspulse 72, 73, jeweils auf eine erste Schicht 51 und eine zweite Schicht 52, die sich im örtlichen Bereich der Untersuchungsperson 11 befinden, angewendet. Ein erster Hochfrequenzpuls 70, 72 wird spezifisch auf die erste Schicht 51, d. h. schichtselektiv, angewendet. Ein zweiter Hochfrequenzpuls 71, 73 wird schichtselektiv auf die zweite Schicht 52 angewendet. Hierbei ist der zweite Hochfrequenzpuls 71, 73 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. In 2 wird als horizontale Achse der zeitliche Verlauf dargestellt. Die Hochfrequenzpulse 70, 71, 72, 73 sind schematisch anhand der Amplituden-Einhüllenden gemäß eines Sinc-Pulses illustriert. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein sinc-amplitudenmodulierter Anregungspuls besonders vorteilhafte örtliche Anregungsprofile bewirkt.
Der zeitliche Verlauf des ersten Hochfrequenzpulses 70, 72 ist charakterisiert durch einen Anfangszeitpunkt 81a und einen Endzeitpunkt 81c. Das Maximum der Amplitude wird zum Zeitpunkt 81f erreicht. Entsprechend ist der zeitliche Verlauf des zweiten Hochfrequenzpulses 71, 73 durch einen Anfangszeitpunkt 81b und einen Endzeitpunkt 81d charakterisiert. Das Maximum der Amplitude wird zum Zeitpunkt 81g erreicht. Wie 2 zu entnehmen ist, wirkt zwischen dem Zeitpunkt 81a (Beginn erster Hochfrequenzpuls 70, 72) und dem Zeitpunkt 81d (Ende zweiter Hochfrequenzpuls 71, 73) ununterbrochen ein Magnetfeldgradient 80a. Der Zeitpunkt 81b des Beginns des zweiten Hochfrequenzpulses 71, 72 ist gegenüber dem Zeitpunkt 81a des Beginns des ersten Hochfrequenzpulses 70, 72 zeitlich verzögert. Dies entspricht der ersten Differenzzeitspanne 55 (Zeitspanne zwischen Zeitpunkt 81a und Zeitpunkt 81b).
Der unterste Teil der 2 zeigt einen ersten Kohärenzverlauf 53, der mit der Phase des ersten Spinsystems der ersten Schicht 51 assoziiert ist und einen zweiten Kohärenzverlauf 54, der mit der Phase des zweiten Spinsystems der zweiten Schicht 52 assoziiert ist. Hierbei ist der zweiten Kohärenzverlauf 54 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Wie 2 entnommen werden kann, wird während der Zeitspanne 81f–81d einen Anstieg der Dephasierung (linearer Phasengang) des ersten Spinsystems bewirkt.
Insbesondere wenn es sich bei dem zweiten Hochfrequenzpuls 71, 73 um einen Anregungspuls 71 handelt, d. h. wenn der Puls ein Auslenken der Magnetisierung aus einer durch das Grundmagnetfeld definierten Ruhelage bewirkt, so ergibt sich, dass vor dem Zeitpunkt 81g der Magnetfeldgradient 80a keine Einwirkung auf den zweiten Kohärenzverlauf 54 hat. Dies ist der Fall, da vor dem Zeitpunkt 81g die Magnetisierung in der zweiten Schicht 52 in ihrer Ruhelage verharrt, und ein Magnetfeldgradient 80a keine Wirkung auf den zweiten Kohärenzverlauf 54 entfalten kann. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich bei Hochfrequenzpuls 71, 73 um einen Refokussierungspuls handelt. Dann müsste 2 entsprechend eine Veränderung des zweiten Kohärenzverlaufs auch im Zeitraum 81a–81b aufweisen.
Gemäß 2 ist die einsetzende Dephasierung des zweiten Kohärenzverlaufs 54 gegenüber der einsetzenden Dephasierung des ersten Kohärenzverlaufs 53 um die erste Differenzzeitspanne 55 (Zeitspanne zwischen 81a und 81b bzw. zwischen 81f und 81g) verschoben. Dies bewirkt, dass zum Zeitpunkt 81d, d. h. nach dem Beenden des Anwendens des Magntefeldgradienten 80a, der erste und der zweite Kohärenzverlauf 53, 54 einen unterschiedlichen Grad der Dephasierung aufweisen. Graphisch ist dies dadurch indiziert, dass die Kohärenzverlaufe 53, 54 zum Zeitpunkt 81d nicht deckungsgleich sind.
Ein solch unterschiedlicher Grad der Dephasierung wird im Allgemeinen immer dann auftreten, wenn herkömmliche Hochfrequenzpulse, d. h. sinc-amplitudenmodulierte HF-Pulse, teilweise zeitlich überlappend sind. Wie nachstehend, z. B. in Bezug auf 11, beschrieben, ist es aber auch möglich, dass die HF-Pulse nicht sinc-amplitudenmoduliert sind. Z. B. ist es möglich, dass die HF-Pulse einen asymmetrischen zeitlichen Verlauf aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Rephasierung des ersten und des zweiten Kohärenzverlaufes durch Aufprägen einer Korrekturphase zu bewirken. Gemäß der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, kann dies durch Anwenden eines nicht-linearen Magnetfeldgradienten 80b geschehen: der Magnetfeldgradient weist entlang der Selektionsrichtung einen örtlichen Verlauf der Magnetfeldgradientenstärke auf, der nicht-linear ist. Z. B. kann der nicht-lineare Verlauf durch eine quadratische Funktion beschrieben werden. Dies bewirkt, dass der Magnetfeldgradienten auf die unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Korrekturphasen einbringt. Dies ist in 2 schematisch illustriert. Durch das Einbringen unterschiedlicher Korrekturphasen während der Zeitspanne 81d–81a, wird eine Rephasierung des ersten und des zweiten Kohärenzverlaufs 53, 54 zum Zeitpunkt 81e bewirkt. Da zum Zeitpunkt 81e der erste und der zweiten Kohärenzverlauf 53, 54 beide eine verschwindende Dephasierung aufweisen, kann die weitere MR-Messsequenz gemäß herkömmlichen Verfahren erfolgen.
In 3 wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch illustriert. Entsprechend 2 wirkt ein erster HF-Puls 70, 72 auf das Spinsystem einer ersten Schicht 51 und ein zweiter Hochfrequenzpuls 71, 73 auf das Spinsystem der zweiten Schicht 52. Der zweite HF-Puls 71, 73 ist in 3 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Während der erste HF-Puls 70, 72 in einem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 81a und 81c wirkt, wirkt der zweite HF-Puls 71, 73 in einem Zeitraum zwischen den Zeitpunkten 81b und 81d. Daher ist der Zeitpunkt 81b des Beginns des zweiten HF-Pulses 71, 73 gegenüber dem Zeitpunkt 81a des Beginns des ersten HF-Pulses 70, 72 um eine erste Differenzzeitspanne verschoben. Die erste Differenzzeitspanne wird durch die Zeitpunkte 81a und 81b definiert. Zwischen den Zeiträumen 81a und 81d wirkt ununterbrochen ein Magnetfeldgradient 80a. Der Magnetfeldgradient 80a bewirkt eine Ortskodierung der Anregung des Spinsystems jeweils in Bezug auf die erste Schicht 51 und die zweite Schicht 52.
Anders als in 2 sind im gegenwärtig diskutierten Fall die HF-Pulse 70–73 derart ausgestaltet, dass ein spezieller Phasenverlauf während des Anwendens der HF-Pulse aufgeprägt wird. Dies ist ersichtlich aus 3, da, anders als in 2, die Rate der Dephasierung als Funktion der Zeit für den ersten Kohärenzverlauf 53 unterschiedlich zu der Rate der Dephasierung des zweiten Kohärenzverlaufs 54 ist. Durch geeignete Wahl der HF-Pulse 70–73 kann die Rate der Dephasierung der Kohärenzverläufe 53, 54 derart angepasst werden, dass nach Beendigung des zweiten HF-Pulses, d. h. zum Zeitpunkt 81d, nachdem der Schichtselektions-Gradient 80a abgeschaltet wird, die Kohärenzverläufe 53, 54 eine identische Dephasierung aufweisen. Dies wird durch das gezielte Einbringen der Korrekturphase durch geeignetes Ausgestalten der HF-Pulse ermöglicht. Durch geeignete Amplituden- und Phasenmodulierung des anregenden HF-Pulses kann erreicht werden, dass der Kohärenzverlauf der entsprechenden angeregten Schicht während des Anwendens des HF-Pulses eine Dephasierungsrate aufweist, die geeignet ist, den durch die endliche Differenzzeitspanne bewirkten Versatz des ersten und zweiten Kohärenzverlaufes zu kompensieren.
Insbesondere sei angemerkt, dass solche HF-Pulse eine Amplitudenmodulation aufweisen können, die nicht sinc-amplitudenmoduliert ist. Deshalb ist die in 3 dargestellte sinc-artige Amplitudenmodulation rein exemplarisch zu verstehen. Andere, komplexe Formen der Amplitudenmodulation sind möglich bzw. notwendig. Auch ein asymmetrischer zeitlicher Verlauf der Amplitudenmodulation ist möglich und nachstehend in Bezug auf 11 beschrieben.
4 ist eine weitere Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zur Rephasierung eines ersten und zweiten Kohärenzverlaufs 53, 54 von einem ersten und zweiten Spinnsystem jeweils der ersten und zweiten Schicht 51, 52 gezeigt. Hierbei wird das Spinsystem einer ersten Schicht 51 durch einen ersten Anregungspuls 70 angeregt. Die Anregung des ersten Spinsystems erfolgt in der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81a und 81b begrenzt ist. Die Anregung des Spinsystems der zweiten Schicht 52 erfolgt durch einen Hochfrequenzpuls, d. h. einen Anregungspuls 71. Dieser zweite Anregungspuls 71 wird während der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81c und 81d begrenzt ist, angewendet. Während des ersten Anregungspulses 70 und des zweiten Anregungspulses 71 wirken jeweils Magnetfeldgradienten 80a und 80c. Der Anregungsschritt 60 umfasst die HF-Pulse 70, 71 und die entsprechenden Magnetfeldgradienten 80a, 80c.
Auch überlappen der erste Anregungspuls 70 und der zweite Anregungspuls 71 nicht. Eine zweite Differenzzeitspanne 56, welche durch die Zeitdifferenz zwischen den Zeitpunkten 81a und 81c definiert ist, ist größer als die zeitliche Dauer des ersten Anregungspulses 70 (Zeitdauer 81a–81b). Insbesondere besteht in der dargestellten Messsequenz die Möglichkeit, zwischen den zwei Anregungspulsen 70, 71 einen Magnetfeldgradienten 80b zu schalten.
Im Anschluss an den zweiten Anregungspuls 71 wird ein weiteres Gradientenfeld 80d geschaltet. Anschließend wird während eines weiteren Gradientenfeldes 80e sowohl ein auf die erste Schicht 51 wirkender Refokussierungspuls 72, als auch ein auf die zweite Schicht 52 wirkender Refokussierungspuls 73 angewendet. Die Refokussierungspulse bewirken eine Refokussierung der Kohärenzverläufe 53, 54 der ersten und zweiten Schicht 51, 52. Schematisch kann dies durch eine Invertierung des Vorzeichens der durch ein bestimmtes Gradientenfeld 80 auf den Kohärenzverlauf 53, 54 eingebrachten Phase dargestellt werden. Diese schematische Darstellung für die Wirkung von Refokussierungspulsen auf die Kohärenzverläufe wird in den 4–6 verwendet.
Wie 4 zu entnehmen ist, sind der erste und zweite Kohärenzverlauf 53, 54 zum Zeitpunkt 81i, d. h. nach Beendigung der Refokussierungspulse bzw. unmittelbar vor der Signaldetektionszeitspanne 63, rephasiert und weisen insbesondere eine verschwindende Dephasierung auf. Im Folgenden soll dies näher erläutert werden.
Mit den Magnetfeldgradienten 80a–80e ist jeweils eine Änderung der Phase M_a–M_e verbunden. So bezeichnet etwa M_a die während des Anwendens des Magnetfeldgradientens 80a aufgebaute Dephasierung des Kohärenzverlaufs. Anders formuliert handelt es sich bei den durch M_a–M_e bezeichneten Größen nicht um Phasen, sondern um Gradientenmomente, d. h. das zeitliche Integral der Gradientenamplitude. Mit solchen Gradientenmomenten geht dann eine Dephasierung der Signale innerhalb eines bestimmten Volumens, z. B. innerhalb einer Schicht, einher. Für die erste Schicht muss gelten M_a/2 – M_b + M_c – M_d – M_x = 0. Hierbei ist M_x die Phase, die in der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81h und 81i definiert wird, durch den Magnetfeldgradienten 80e auf die erste Schicht ausgeübt wird. Da sich diese Zeitspanne nach Anwenden des ersten Refokussierungspulses 72 befindet, ist die Phase trotz des positiven Magnetfeldgradienten 80e wie oben erläutert mit einem negativen Vorzeichen versehen. Die Bedingung, dass die Summe aller Phasen gleich 0 werden muss, ist gleichbedeutend mit einer verschwindenden Dephasierung des ersten Kohärenzverlaufs 53 zum Zeitpunkt 81i und ist eine Voraussetzung für das Detektieren eines MR-Signals.
Entsprechend muss für die zweite Schicht gelten: M_c/2 – M_d + M_x = 0. M_x ist in Bezug auf den zweiten Kohärenzverlauf 54 mit einem positiven Vorzeichen versehen, da in der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81f und 81g definiert wird, der Magnetfeldgradient 80e auf die Magnetisierung der zweiten Schicht 52 vor Anwenden des Refokussierungspulses 73 wirkt.
Aus diesen Bedingungen, die eine Rephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufs 53, 54 mit verschwindender Dephasierung zum Zeitpunkt 81i garantieren, lassen sich jeweils Bedingungen für die Korrekturphasen M_b und M_d ableiten (und damit für die Magnetfeldgradienten 80b und 80d): diese Bedingungen lauten M_b = M_a – 2M_x und M_d = M_c/2 + M_x, sofern beispielhaft M_a = M_c angenommen wird. Da M_x direkt proportional zur ersten Differenzzeitspanne ist (wobei die erste Differenzzeitspanne durch die Zeitspanne gegeben ist, die durch die Zeitpunkte 81f und 81g begrenzt ist), lässt sich bei vorgegebener Differenzzeitspanne eine Bedingung für die Wahl der Magnetfeldgradienten 80b und 80d ableiten. Die Magnetfeldgradienten 80b und 80d werden daher mit einem Rephasierungs-Korrekturschritt 61 zum Aufprägen einer Korrekturphase, die zu den Magnetfeldgradienten 80b und 80d proportional ist, assoziiert. Die Korrekturphase, die durch die Magnetfeldgradienten 80b und 80d aufgeprägt wird, kann sowohl über die Dauer der Magnetfeldgradienten 80b, 80d, als auch über deren Stärke definiert werden.
Dementsprechend ist im unteren Teil der 4 graphisch illustriert, wie der erste und zweite Kohärenzverlauf 53, 54 über der Zeit verläuft. Hierbei ist der zweite Kohärenzverlauf 54 gestrichelt dargestellt. Dadurch, dass der Magnetfeldgradient 80e auf die erste Schicht nach Anwenden des Refokussierungspulses 72 bzw. auf die zweite Schicht vor Anwenden des zweiten Refokussierungspulses 73 wirkt, sind die damit verbundenen Phasenänderungen mit unterschiedlichen Vorzeichen behaftet. Dies wird graphisch dadurch illustriert, dass der zweite Kohärenzverlauf 54 in der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81f und 81g definiert wird, eine positive Änderung erfährt, während der erste Kohärenzverlauf 53 in der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81h und 81i definiert ist, eine negative Änderung erfährt. Dieser Unterschied in den Vorzeichen macht es notwendig, während des Rephasierungs-Korekturschritts, der in der vorliegend diskutierten Ausführungsform mit den Magnetfeldgradienten 80b und 80d assoziiert ist, eine entsprechende Korrekturphase auf die Kohärenzverläufe 53, 54 aufzuprägen.
Da im Detektionsschritt 62 während der Signaldetektionszeitspanne 63, die durch die Zeitpunkte 81k und 81l begrenzt wird, das erste und zweite Signal 76, 77 aus der ersten und zweiten Schicht 51, 52 simultan aufgenommen werden kann, können Verfahren der MR-Bildgebung gemäß Schicht-Multiplexing-Messsequenzen angewandt werden.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Insbesondere wird eine MR-Messsequenz dargestellt, bei der ein erstes Paar an Refokussierungspulsen 72, 73 und ein zweites Paar an Diffusions-Refokussierungspulsen 74, 75 eine MR-Bildgebung gemäß einem Diffusionsverfahren ermöglichen. Die Detektion des ersten Signals 76 aus der ersten Schicht 51 und die Detektion des zweiten Signals 77 aus der zweiten Schicht 52 erfolgt in einem Detektionsschritt 62 simultan während einer Signaldetektionszeitspanne 63, die durch die Zeitpunkte 81n und 81o begrenzt ist. Dementsprechend können Schicht-Multiplexing-Messsequenzen wie bereits ausführlich erläutert angewendet werden. Gemäß der gegenwärtig diskutierten Ausführungsform sind sowohl der erste und zweite Refokussierungspuls 72, 73, als auch der erste und zweite Diffusions-Refokussierungspuls 74, 75 gegeneinander zeitlich verschoben. Hierbei ist der zweite Refokussierungspuls 73 gegenüber dem ersten Refokussierungspuls 72 um eine erste Differenzzeitspanne 55 zeitlich verzögert. Die erste Differenzzeitspanne 55 wird durch die Zeitpunkte 81f und 81g begrenzt. Auch der zweite Diffusions-Refokussierungspuls 75 ist gegenüber dem ersten Diffusions-Refokussierungspuls 74 zeitlich verschoben. Die zeitliche Verschiebung der Diffusions-Refokussierungspulse um eine dritte Differenzzeitspanne 57 erfolgt in die gleiche zeitliche Richtung wie die Verschiebung der Refokussierungspulse. Die dritte Differenzzeitspanne 57 ist durch die Zeitdauer definiert, die durch die Zeitpunkte 81j und 81k begrenzt ist. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Korrekturmagnetfeldgradienten 80b und 80d derart dimensioniert, dass zum Zeitpunkt 81m, d. h. nach Beendigung des Magnetfeldgradienten 80f, der während der Diffusions-Refokussierungspulse 74, 75 angewendet wird, der erste Kohärenzverlauf 53 der ersten Schicht 51 und der zweite Kohärenzverlauf 54 der zweiten Schicht 52 rephasiert sind und insbesondere eine verschwindende Dephasierung aufweisen. Die verschwindende Dephasierung ist die Voraussetzung, um während der Signaldetektionszeitspanne 63 ein Signal 76, 77 der ersten und zweiten Schicht 51, 52 zu messen.
Im Folgenden soll näher erläutert werden, wie die Korrekturmagnetfeldgradienten 80b und 80d dimensioniert sein müssen, damit die eben genannte Bedingung erfüllt ist. Wie schon in Bezug auf 4 diskutiert, sind die Magnetfeldgradienten 80a–80f mit Phasen M_a–M_f assoziiert. Wie bereits in Bezug auf 4 erläutert, sind die Phasen M_a–M_f durch die Wirkung der Magnetfeldgradienten eingebrachte Dephasierungen des Spinsystems. Für die erste Schicht 51 muss gelten, dass die Summe aller aufgeprägten Phasen zum Zeitpunkt 81m gleich 0 ist, d. h. M_a/2 – M_b + M_c – M_d – M_x + M_x = 0. Entsprechend muss sichergestellt werden, dass auch für die zweite Schicht 52 die Summe aller durch Magnetfeldgradienten 80c–80f aufgeprägten Phasen gleich 0 ist. Insbesondere muss gelten: M_c/2 – M_d + M_x – M_x = 0. Hierbei wird beispielhaft angenommen, dass die in den Differenzzeitspannen 55 und 57 erfolgte Dephasierung identisch ist.
Aus den Bedingungen für verschwindende Dephasierung für die erste und zweite Schicht 51, 52 zum Zeitpunkt 81m wie voranstehend dargelegt, ist ersichtlich, dass sich die durch die erste und dritte Differenzzeitspanne bewirkte Phasenverschiebung M_x aus der Summation herauskürzt und demnach nicht maßgeblich für das Kriterium verschwindender Dephasierung zum Zeitpunkt 81m ist. In anderen Worten: sind sowohl der Refokussierungspuls als auch der Diffusions-Refokussierungspuls um die gleiche Zeitspanne 55, 57 und in die gleiche zeitliche Richtung verschoben, so wird eine zwischenzeitliche Dephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufs 53, 54 automatisch zum Zeitpunkt nach dem Ende der Diffusions-Refokussierungspulse kompensiert. Eine gesonderte Einflussnahme mittels eines Rephasierungs-Korrekturschrittes ist nicht notwendig bzw. die Korrekturphase kann gleich Null sein. Insbesondere hängt die Korrekturphase nicht von der ersten Differenzzeitspanne 55 ab. Für den Fall, dass die Zeitspannen 55 und 57 nicht gleich gewählt sind, kann durch geeignete Wahl der Korrekturphasen 80b und 80d immer noch eine vollständige Rephasierung der Signale beider Schichten erreicht werden.
Auch in 6 ist eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei der sowohl ein erster und zweiter Refokussierungspuls 72, 73, als auch ein erster und zweiter Diffusions-Refokussierungspuls 74, 75 auf das erste und zweite Spinsystem angewendet werden. Im Gegensatz zur voranstehend diskutierten 5 ist in 6 jedoch die Richtung der zeitlichen Verschiebung des ersten und zweiten Refokussierungspulses 72, 73 entgegengesetzt der Richtung der zeitlichen Verschiebung des ersten und zweiten Diffusions-Refokussierungspulses 74, 75.
Insbesondere ist der Beginn des zweiten Refokussierungspulses 73 gegenüber dem Beginn des ersten Refokussierungspulses 72 um eine erste Differenzzeitspanne zeitlich verzögert. Die erste Differenzzeitspanne 55 wird hierbei durch die Zeitpunkte 81f und 81g begrenzt. Hingegen beginnt der zweite Diffusions-Refokussierungspuls 75 vor dem ersten Diffusions-Refokussierungspuls 74. Der Beginn des zweiten Diffusions-Refokussierungspulses 75 ist gegenüber dem Beginn des ersten Diffusions-Refokussierungspulses 74 um eine dritte Differenzzeitspanne 57 vorgezogen. Die dritte Differenzzeitspanne wird durch die Zeitpunkte 81j und 81k begrenzt. Insbesondere sind in der in 6 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die erste und die dritte Differenzzeitspanne betragsmäßig gleich, d. h. der Abstand zwischen dem Zeitpunkt 81f und 81g ist gleich dem Abstand zwischen den Zeitpunkten 81j und 81k.
Wie schon in Bezug auf die voranstehenden Figuren diskutiert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung notwendig, dass die Detektion des ersten Signals 76 und die Detektion des zweiten Signals 77 während einer Signaldetektionszeitspanne 63 simultan stattfinden. Die Signaldetektionszeitspanne 63 wird durch die Zeitpunkte 810 und 81p begrenzt. Um eine simultane Detektion des ersten und zweiten Signals 76, 77 während der Signaldetektionszeitspanne 63 zu gewährleisten, müssen zum Zeitpunkt 81m der erste und zweite Kohärenzverlauf 53, 54 rephasiert sein und insbesondere eine verschwindende Dephasierung aufweisen. Wie aus 6 ersichtlich, ist dies bei geeigneter Wahl von Rephasierungs-Korrekturschritten in Form von Korrekturgradientenfeldern 80b und 80d möglich.
Im Folgenden soll näher erläutert werden, wie die Dimensionierung der Korrekturgradientenfelder 80b und 80d erfolgen muss, damit das oben genannte Kriterium zur simultanen Detektion des ersten und zweiten Signals 76, 77 erfüllt ist. Für Schicht 1 sind mit den Gradientenfeldern 80a–80f Phasenänderungen M_a–M_f der Kohärenzverläufe 53, 54 assoziiert. Die Bedingung verschwindender Dephasierung zum Zeitpunkt 81m lautet dann für das erste Spinsystem der ersten Schicht 51 M_a/2 – M_b + M_c – M_d – M_x – M_x = 0. Hierbei ist insbesondere darauf hinzuweisen, dass die durch die erste und dritte Differenzzeitspanne 55, 57 bewirkte Phasenänderung M_x in obiger Gleichung jeweils mit negativen Vorzeichen versehen ist und deshalb in der Summe der wirkenden Phasenänderungen nicht verschwindet. Entsprechendes gilt auch für die zweite Schicht 52: hierbei gilt M_c/2 – M_d + M_x + M_x = 0. Aus diesen Bedingungen verschwindender Dephasierung für die Magnetisierung der ersten und zweiten Schicht 51, 52 lassen sich Bedingungen für die Dimensionierung der Magnetfeldgradienten 80b und 80d aufstellen. Die von den Magnetfeldgradienten 80b und 80d aufgeprägten Phasen M_b, M_d können in Abhängigkeit von M_x formuliert werden. Hierbei gilt M_b = M_a – 4M_x und M_d = M_c/2 + 2M_x, sofern beispielhaft M_a = M_c angenommen wird. Dies bedeutet, dass die mit dem Rephasierungs-Korrekturschritt assoziierten Magnetfeldgradienten 80b und 80d und deren aufgeprägte Korrekturphasen direkt von der ersten bzw. dritten Differenzzeitspanne 55, 57 abhängen.
In den voranstehenden 4–6 wurde als Bedingung zur Erzeugung eines Signals aus der ersten und zweiten Schicht jeweils nur eine verschwindende Dephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufs 53, 54 diskutiert. Eine solche Bedingung entspricht einem gradientenartigen Echo. Solche Bedingungen sind z. B. aus Gradientenecho-Messsequenzen bekannt. Jedoch kann es vorteilhaft sein, wenn neben der Bedingung für verschwindende Dephasierung der Kohärenzverläufe 53, 54 weiterhin die Spinecho-Bedingung erfüllt wird. Als Spinecho-Bedingung versteht man bei Anwendung eines Refokussierungspulses 72, 73, dass die Zeitspannen zwischen Anregungspuls und Refokussierungspuls, sowie zwischen Refokussierungspuls und Signaldetektion gleich sind. Dann tritt ein Spinecho auf.
In 7 wird eine Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welcher der Beginn des zweiten Refokussierungspulses 73 gegenüber dem Beginn des ersten Refokussierungspulses 72 um eine erste Differenzzeitspanne 55 verzögert ist. Hierbei ist die erste Differenzzeitspanne 55 durch die Zeitpunkte 81e und 81f begrenzt. Weiterhin wird aus 7 ersichtlich, dass auch der erste und der zweite Anregungspuls 70, 71 um eine zweite Differenzzeitspanne 56 verschoben sind. Hierbei ist der zweite Anregungspuls 71 gegenüber dem ersten Anregungspuls 70 verzögert. Die zweite Differenzzeitspanne 56 wird durch die Zeitpunkte 81a und 81c begrenzt.
Die Dauer der zweiten Differenzzeitspanne 56 ist in 7 doppelt so lang wie die Dauer der ersten Differenzzeitspanne 55. Dies bewirkt, dass die Spinecho-Bedingung für die Magnetisierungen der ersten und zweiten Schicht 51, 52 simultan zum Zeitpunkt 81i erfüllt sind. Dies ist der Fall, da die Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81j und 81l begrenzt wird, gleich der Zeitspanne ist, die durch die Zeitpunkte 81l und 81i begrenzt wird. Gleichzeitig ist die Zeitspanne die durch die Zeitpunkte 81k und 81m begrenzt gleich der Zeitspanne, die durch die Zeitpunkte 81m und 81i begrenzt wird. Hierbei beziehen sich auch die Zeitpunkte 81j und 81k auf das Maximum der Amplitude des ersten und zweiten Anregungspulses 70, 71. Gleichzeitig beziehen sich die Zeitpunkte 81l und 81m auf die maximale Amplitude der Refokussierungspulse 72, 73. Wie insbesondere aus 7 ersichtlich wird, überlappen erster und zweiter Refokussierungspuls 72, 73 teilweise zeitlich. Gemäß der vorliegenden Erfindung führt dies zu einer Reduktion der benötigen maximalen Amplitude der Refokussierungspulse 72, 73 und gleichzeitig zu einer minimierten Messdauer, da dann Signale 76, 77 in einer Signaldetektionszeitspanne 63 um den Zeitpunkt 81i simultan detektiert werden können.
In 8 ist ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines schematischen Flussdiagramms dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt 800. Zunächst wird in Schritt 801 die Magnetisierung der ersten Schicht durch Anwenden eines ersten Anregungspulses aus der Ruhelage ausgelenkt. Auslenken aus der Ruhelage kann hierbei die Bedeutung haben, dass die Magnetisierung zumindest eine Komponente entlang einer Richtung senkrecht zum Grundmagnetfeld hat. Nach Anregung präzediert die Transversalkomponente der Magnetisierung.
In Schritt 802 kann gemäß der vorliegenden Ausführung ein Rephasierungs-Korrekturschritt durchgeführt werden. Der Rephasierungs-Korrekturschritt kann z. B. in Form eines Korrekturmagnetfeldgradienten angewendet werden. Insbesondere kann durch die Anwendung eines Korrekturmagnetfeldgradienten in Schritt 802 bewirkt werden, dass die durch den Korrekturmagnetfeldgradienten aufgeprägte Korrekturphase nur auf das Spinsystem der ersten Schicht wirkt. Das Spinsystem der zweiten Schicht ist nämlich im Schritt 802 noch nicht angeregt und wird erst in Schritt 803 durch einen zweiten Anregungspuls aus der Ruhelage ausgelenkt. Durch geschickte Dimensionierung der Korrekturphase in Schritt 802 kann eine spätere Rephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufs des Spinsystems der ersten und zweiten Schicht bewirkt werden.
In den Schritten 804 und 805 werden Hochfrequenz-Refokussierungspulse auf das Spinsystem jeweils der ersten und zweiten Schicht angewendet. Insbesondere können der erste und der zweite Refokussierungspuls teilweise zeitlich überlappen. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat dies den Vorteil, dass durch die teilweise zeitliche Überlappung eine Reduktion der benötigten maximalen Amplitude der Refokussierungspulse im Vergleich zu dem Fall vollständiger zeitlicher Überklappung erreicht werden kann, während die gesamte Messdauer zur Durchführung des mit 8 dargestellten Verfahrens zur MR-Bildgebung gemäß Schicht-Multiplexing verringert werden kann.
Durch geeignete Wahl des Rephasierungs-Korrekturschritts in Schritt 802, ist sichergestellt, dass in Schritt 806 Signale, die zu der ersten und zweiten Schicht gehören, in einer Signaldetektionszeitspanne simultan detektiert werden können. Bekannte Verfahren zur Schicht-Multiplex-Bildgebung können in Schritt 806 angewandt werden. Das Verfahren kommt in Schritt 807 zu einem Ende.
In 9 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mittels eines schematischen Flussdiagramms dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt 900. In Schritt 901 und Schritt 902 werden ein erster und zweiter Anregungspuls auf das Spinsystem jeweils der ersten und zweiten Schicht angewendet. Insbesondere werden der erste und der zweite Anregungspuls so angewendet, dass sie teilweise zeitlich überlappen. Das bedeutet, dass der Beginn des zweiten Anregungspulses um eine erste Differenzzeitspanne gegenüber dem Beginn des ersten Anregungspulses verschoben ist, wobei die erste Differenzzeitspanne kürzer als die Dauer des ersten Anregungspulses ist.
Nachdem in Schritt 901 und Schritt 902 die Spinsysteme der ersten und zweiten Schicht angeregt wurden, kann im Schritt 903 ein Rephasierungs-Korrekturschritt angewendet werden. Insbesondere kann in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Rephasierungs-Korrekturschritt simultan für beide Schichten angewendet werden. Z. B. kann dies in der gegenwärtig diskutierten Ausführungsform durch das Anwenden eines nicht-linearen Gradientenfeldes passieren. Ein nichtlineares Gradientenfeld weist in Schichtselektionsrichtung einen Amplitudenverlauf auf, der durch eine nicht-lineare Funktion, z. B. ein Polynom zweiter Ordnung, beschrieben wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die durch das nichtlineare Gradientenfeld aufgeprägten Korrekturphasen in der ersten und zweiten Schicht unterschiedlich sind.
Es ist möglich, dass das nicht-lineare Gradientenfeld durch eine quadratische Funktion beschrieben wird. Hierbei kann insbesondere durch geeignete Dimensionierung des linearen und quadratischen Anteils erreicht werden, dass in der Nähe der relevanten Schichten der Verlauf des Magnetfeldgradienten in guter Näherung durch eine lineare Funktion beschrieben werden kann. Das bedeutet, dass der quadratische Verlauf des Gradientenfeldes lokal innerhalb der ersten Schicht gut durch ein lineares Gradientenfeld mit einer ersten Steigung und lokal innerhalb der zweiten Schicht durch ein lineares Gradientenfeld mit einer zweiten Steigung approximiert werden kann. Dies stellt eine leicht beherrschbare zeitliche Evolution des Kohärenzverlaufs über die gesamte Schichtdicke sicher. Der effektiv wirksame Magnetfeldgradient bzw. die effektiv aufgeprägte Korrekturphase ist dann schichtspezifisch. Auf diese Weise kann man die Kohärenzverläufe zweier oder mehrerer Schichten gleichzeitig rephasieren.
Insbesondere wenn der erste und zweite Anregungspuls wie gegenwärtig diskutiert eine teilweise zeitliche Verschiebung aufweisen, weisen die Kohärenzverläufe der ersten und zweiten Schicht zum Zeitpunkt vor Anwendung des Korrekturschritts, d. h. vor Schritt 903, eine unterschiedliche Dephasierung auf. Diese Dephasierung kann durch geeignete Wahl des Refokussierung-Korrekturschritts korrigiert werden. Der erste und zweite Kohärenzverlauf sind dann rephasiert.
Insbesondere kann die Rephasierung im Rahmen des Rephasierungs-Korrekturschritts 903 derart erfolgen, dass bereits Vorsorge getroffen wird für eine weitere unterschiedliche Phase, die während der Schritte 904 und 905 auf das erste und zweite Spinsystem aufgeprägt wird. Schritt 904 und 905 beziehen sich auf einen ersten Refokussierungspuls, der auf die erste Schicht wirkt und einen zweiten Refokussierungspuls, der auf die zweite Schicht wirkt. Wieder sind der erste und der zweite Refokussierungspuls derart zeitlich gegeneinander verschoben, dass sie zeitlich teilweise überlappen. Diese Verschiebung sei in der vorliegenden Ausführungsform durch die zweite Differenzzeitspanne bezeichnet. Insbesondere kann die Richtung der zeitlichen Verschiebung zwischen dem ersten Refokussierungspuls und dem zweiten Refokussierungspuls entgegengesetzt der Richtung der zeitlichen Verschiebung zwischen dem ersten Anregungspuls und dem zweiten Anregungspuls (Schritte 901 und 902) sein.
Durch die teilweise zeitliche Überlappung zwischen erstem und zweitem Refokussierungspuls wird wiederum eine unterschiedliche Phase auf den ersten und zweiten Kohärenzverlauf zwischen der ersten und zweiten Schicht aufgeprägt. Der Rephasierungs-Korrekturschritt 903 kann entsprechend ausgestaltet werden, dass zum Zeitpunkt nach Anwenden der Refokussierungspulse, d. h. nach Schritt 904 bzw. 905 und vor dem Detektionsschritt 906, eine vollständige Rephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufes vorliegt.
Insbesondere wird erfindungsgemäß der Detektionsschritt 906 derart durchgeführt, dass ein erstes und zweites Signal aus jeweils der ersten und zweiten Schicht simultan in einer Signaldetektionszeitspanne detektiert werden. Dazu ist es notwendig, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf sowohl rephasiert sind, als auch eine verschwindende Dephasierung aufweisen. In Schritt 907 kommt das Verfahren gemäß 9 zu seinem Ende.
In 10 ist eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt 1000. In Schritt 1001 und Schritt 1002 wird ein erster und zweiter Anregungspuls angewendet. Hierbei wirken der erste Anregungspuls auf die erste Schicht und der zweite Anregungspuls auf die zweite Schicht. Die Anregungspulse bewirken, dass die Magnetisierung aus ihrer Ruhelage die durch das Grundmagnetfeld gegeben ist, ausgelenkt wird.
Gleichzeitig ist die gegenwärtig diskutierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung derart ausgestaltet, dass das Anwenden des ersten Anregungspulses einhergeht mit dem Anwenden des Rephasierungs-Korrekturschritts. Z. B. ist es möglich, den ersten Anregungspuls derart auszugestalten, dass durch geeignete Amplituden- oder Phasenmodulation des Hochfrequenzanregungspulses dem ersten Kohärenzverlauf eine spezifische Korrekturphase aufgeprägt wird. Diese Korrekturphase kann geeignet sein, eine Phasendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Kohärenzverlauf, die durch die teilweise zeitliche Überlappung des ersten und zweiten Anregungspulses entsteht, zu kompensieren. Eine Rephasierung des ersten und zweiten Kohärenzverlaufes ist nach dem Anwenden des ersten und zweiten Anregungspulses, d. h. nach den Schritten 1001 bzw. 1002, möglich.
In den Schritten 1003 und 1004 wird jeweils ein erster und zweiter Refokussierungspuls angewendet und ein Detektionsschritt durchgeführt. Diese Schritte wurden bereits in Bezug auf die voranstehenden Figuren ausführlich diskutiert. In Schritt 1005 kommt das Verfahren zu seinem Ende.
11 stellt beispielhaft eine Ausführungsform eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Hierbei werden Hochfrequenzpulse, z. B. Anregungspulse 70, 71 oder Refokussierungspulse 72, 73, jeweils auf eine erste Schicht 51 und eine zweite Schicht 52, die sich im örtlichen Bereich der Untersuchungsperson 11 befinden, angewendet. Ein erster Hochfrequenzpuls 70, 72 wird spezifisch auf die erste Schicht 51, d. h. schichtselektiv, angewendet. Ein zweiter Hochfrequenzpuls 71, 73 wird schichtselektiv auf die zweite Schicht 52 angewendet. Hierbei ist der zweite Hochfrequenzpuls 71, 73 mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Wie schon in Bezug auf z. B. 2, wird auch in 11 als horizontale Achse der zeitliche Verlauf dargestellt. Im Gegensatz zu den voranstehend diskutierten Figuren weisen die Hochfrequenzpulse 70, 71, 72, 73 keine Amplitudenmodulation in Form eines Sinc-Pulses auf. Die Hochfrequenzpulse der 11 weisen einen asymmetrischen Verlauf der Amplitude als Funktion der Zeit auf. Die erste Differenzzeitspanne 55 ist in 2 als der Abstand zwischen den Maxima der Amplitude der Hochfrequenzpulse 70, 71, 72, 73 dargestellt. Die Maxima der Amplitude sind durch die Zeitpunkte 81b und 81c gekennzeichnet. Insbesondere ist es möglich, bei gleicher erster Differenzzeitspanne und gleichen Auslenkwinkel der Magnetisierung, die benötigte maximale Amplitude der Hochfrequenzpulse kleiner zu wählen. Weiterhin kann die zeitliche Separation des ersten und zweiten Hochfrequenzpulses, der die Magnetisierung der ersten 51 und zweiten 52 Schicht anregt, minimiert werden. Dies bewirkt, dass die entsprechenden Kohärenzverläufe einen minimierten Versatz aufweisen und die benötigte Korrektur der Kohärenzverläufe gering ausfällt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.

Claims

Verfahren zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht (51) mit einem ersten Kohärenzverlauf (53) und eines zweiten Spinsystems in einer zweiten Schicht (52) mit einem zweiten Kohärenzverlauf (54) bei Erstellung von MR-Bildern mit Schicht-Multiplexing, die folgenden Schritte umfassend: – Anwenden eines ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) zum Auslenken des Spinsystems der ersten Schicht, – Anwenden eines zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) zum Auslenken des Spinsystems der zweiten Schicht, wobei der Beginn des zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) gegenüber dem Beginn des ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) um eine erste Differenzzeitspanne (55) zeitlich verschoben ist, die kürzer als die Dauer des ersten Hochfrequenzpulses ist, – Durchführen eines Rephasierungs-Korrekturschrittes (61) zum Aufprägen einer Korrekturphase auf mindestens eines der beiden Spinsysteme, – Durchführen eines Detektionsschritts zum Detektieren eines ersten und zweiten Signals (76, 77) der Magnetisierung jeweils des ersten und zweiten Spinsystems in einer Signaldetektionszeitspanne (63), wobei der Rephasierungs-Korrekturschritt so ausgestaltet ist, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf (53, 54) rephasiert werden, sodass das Detektieren des ersten und zweiten Signals (76, 77) in der Signaldetektionszeitspanne (63) simultan stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Differenzzeitspanne gemäß mindestens einem der folgenden Kriterien bestimmt wird: Dauer der MR-Bildgebung, Amplitude der Hochfrequenzpulse, Signalstärke; und wobei die Korrekturphase aus mindestens einem der folgenden Kriterien berechnet wird: erste Differenzzeitspanne (55), Dephasierung des ersten Kohärenzverlaufs (53), Dephasierung des zweiten Kohärenzverlaufs (54).
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenzpulse (70–75) einen zeitlichen Verlauf aufweisen, der asymmetrisch gegenüber dem Zeitpunkt der maximalen Amplitude der Hochfrequenzpulse ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Rephasierungs-Korrekturschritt (61) den ersten oder zweiten Hochfrequenzpuls so ausgestaltet, dass zumindest ein Teil der Korrekturphase während des Anwendens eines der Hochfrequenzpulse (70–75) durch eine Amplituden- und/oder Phasenmodulation der Hochfrequenzpulse (70–75) aufgeprägt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Rephasierungs-Korrekturschritt (61) das Anwenden eines Korrekturmagnetfeldgradienten (80) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Korrekturmagnetfeldgradient eine nicht-lineare Ortsabhängigkeit aufweist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der erste Hochfrequenzpuls ein erster Refokussierungspuls (72) zur Erzeugung eines Spinechos in der ersten Schicht ist und der zweite Hochfrequenzpuls ein zweiter Refokussierungspuls (73) zum Erzeugen eines Spinechos in der zweiten Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend die Schritte: – Anregen des ersten Spinsystems aus der Ruhelage durch einen ersten Anregungspuls (70), – Anregen des zweiten Spinsystems aus der Ruhelage durch einen zweiten Anregungspuls (71), wobei der Beginn des zweiten Anregungspulses (71) gegenüber dem Beginn des ersten Anregungspulses (70) um eine zweite Differenzzeitspanne (56) verschoben ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Differenzzeitspanne (56) länger als die Dauer des ersten Anregungspulses (70) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein erster Korrekturmagnetfeldgradient zwischen dem ersten und zweiten Anregungspuls (70, 71) durchgeführt wird und ein zweiter Korrekturmagnetfeldgradient entweder zwischen dem zweiten Anregungspuls (71) und den Refokussierungspulsen (72, 73) oder nach den Refokussierungspulsen (72, 73) und vor dem Detektieren durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die zweite Differenzzeitspanne mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt: zweite Differenzzeitspanne doppelt so lang wie die erste Differenzzeitspanne, zweite Differenzzeitspanne kürzer als die Dauer des ersten Anregungspulses.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, weiterhin umfassend die Schritte: – Anwenden eines ersten Diffusions-Refokussierungspulses zum Invertieren der Dephasierung des ersten Spinsystems, – Anwenden eines zweiten Diffusions-Refokussierungspulses zum Invertieren der Dephasierung des zweiten Spinsystems, – wobei der Beginn des zweiten Diffusions-Refokussierungspulses gegenüber dem Beginn des ersten Diffusions-Refokussierungspulses um eine dritte Differenzzeitspanne (57) zeitlich verschoben ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die dritte Differenzzeitspanne (57) und die erste Differenzzeitspanne (55) betragsmäßig gleich lang sind.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Richtung der zeitlichen Verschiebung um die erste Differenzzeitspanne (55) für ersten und zweiten Refokussierungspuls gleich der Richtung der zeitlichen Verschiebung um die dritte Differenzzeitspanne (57) von erstem und zweitem Diffusions-Refokussierungspuls ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste Hochfrequenzpuls ein erster Anregungspuls (70) zum Anregen des ersten Spinsystems aus der Ruhelage ist, und der zweite Hochfrequenzpuls ein zweiter Anregungspuls (71) zum Anregen des zweiten Spinsystems aus der Ruhelage ist.
Magnetresonanzanlage (30) zur Rephasierung eines ersten Spinsystems in einer ersten Schicht (51) mit einem ersten Kohärenzverlauf (53) und eines zweiten Spinsystems einer zweiten Schicht (52) mit einem zweiten Kohärenzverlauf (54) bei Erstellung von MR-Bildern mit Schicht-Multiplexing, umfassend: – einen Hochfrequenz-Generator (20), der ausgestaltet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: – Anwenden eines ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) zum Auslenken des Spinsystems der ersten Schicht, – Anwenden eines zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) zum Auslenken des Spinsystems der zweiten Schicht, wobei der Beginn des zweiten Hochfrequenzpulses (71, 73, 75) gegenüber dem Beginn des ersten Hochfrequenzpulses um eine erste Differenzzeitspanne (55) zeitlich verschoben ist, die kürzer als die Dauer des ersten Hochfrequenzpulses (70, 72, 74) ist, – eine Pulssequenz-Steuerung (21), die ausgestaltet ist, den folgenden Schritt durchzuführen: – Durchführen eines Rephasierungs-Korrekturschrittes (61) zum Aufprägen einer Korrekturphase auf mindestens eines der beiden Spinsysteme, und eine Rechnereinheit (22), die ausgestaltet ist, den folgenden Schritt durchzuführen: – Durchführen eines Detektionsschritts zum Detektieren eines ersten und zweiten Signals (76, 77) der Magnetisierung jeweils des ersten und zweiten Spinsystems in einer Signaldetektionszeitspanne (63), wobei der Rephasierungs-Korrekturschritt so ausgestaltet ist, dass der erste und zweite Kohärenzverlauf (53, 54) rephasiert werden, sodass das Detektieren des ersten und zweiten Signals (76, 77) in der Signaldetektionszeitspanne (63) simultan stattfindet.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 16, wobei die Magnetresonanzanlage zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 15 ausgestaltet ist.