DE102011084289B4

DE102011084289B4 - Magnetresonanzbildgebung mit Präparation der Magnetisierung durch örtlich veränderliche Spoiler-Gradientenfelder

Info

Publication number: DE102011084289B4
Application number: DE102011084289A
Authority: DE
Inventors: Dr. Feiweier Thorsten; Bernd Kühn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: US20130088228A1; CN103048633A; KR101601353B1; DE102011084289A1; CN103048633B; US9453896B2; KR20130039311A

Abstract

Bei einem Verfahren zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung wird eine Magnetisierung in mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33) einer Aufnahmesequenz (20) präpariert. MR-Signale werden in wenigstens einen Bildgebungsmodul (24–26, 34–36) aufgenommen. In den mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33) werden Spoiler-Gradientenfelder erzeugt, um auf eine Transversalmagnetisierung einzuwirken. Die Spoiler-Gradientenfelder, die in wenigstens zwei unterschiedlichen Präparationsmodulen (21–23, 31–33) appliziert werden, sind entlang unterschiedlicher Richtungen örtlich veränderlich. Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder werden so gewählt, dass für wenigstens eine von drei orthogonalen Raumrichtungen eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente, die entlang dieser Raumrichtung appliziert werden, eine Schwellenwertbedingung erfüllt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Magnetresonanzbildgebung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung, bei dem bzw. bei der unter Verwendung eines oder mehrerer Gradientenpulse bei einer Präparation der Magnetisierung eine Transversalmagnetisierung gezielt dephasiert wird.
Die Magnetresonanz-(MR-)Bildgebung ist ein bildgebendes Verfahren, das in vielen Bereichen der Medizin zur Untersuchung und Diagnose eingesetzt wird. Grundlage bildet der physikalische Effekt der Kernspinresonanz. Zur Aufnahme von MR-Signalen wird in einem Präparationsmodul oder mehreren Präparationsmodulen eine definierte Longitudinalmagnetisierung generiert oder unterdrückt. Nach Einstrahlen von Hochfrequenzpulsen kann die Dynamik der Kernspins beobachtet werden.
Der Unterdrückung unerwünschter Signalbeiträge kommt in der MR-Bildgebung eine große Bedeutung zu. So sollen beispielsweise in der klinischen Routine regelmäßig Signalbeiträge aus bestimmten Regionen unterdrückt werden, um Bewegungs- oder Pulsatationsartefakte, die beispielsweise aus Atmung oder Blutfluss insbesondere in Arterien resultieren, zu reduzieren. Alternativ oder zusätzlich soll dadurch die Bildgebung beschleunigt werden, beispielsweise durch Reduzierung der Beobachtungsregion („Field of View”, FOV) oder durch Unterdrückung äußerer Bildregionen („Guter Volume Suppression”, OVS). Darüber hinaus sollen auch Verfahren eingesetzt werden, bei denen bestimmte Spin-Spezies selektiv unterdrückt werden können, die eine ausgezeichnete chemische Verschiebung aufweisen. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Unterdrückung von Signalanteilen von Fett, Wasser oder Silikon erreicht werden.
Zur Signalunterdrückung können ein oder mehrere Hochfrequenz-(HF-)Anregungspulse eingesetzt werden, mit denen das zu unterdrückende Signal gezielt angeregt, d. h. von Longitudinalin Transversalmagnetisierung umgesetzt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein Gradientenpuls oder können mehrere Gradientenpulse verwendet werden, mit denen eine Transversalmagnetisierung so dephasiert wird, dass sie einen stark reduzierten oder keinen Beitrag bei den folgenden Bildgebungsmodulen liefert. Dies wird auch als so genanntes „Gradienten-Spoiling” oder „Spoiling” bezeichnet.
Bei Bildgebungssequenzen, in denen zeitsequentiell in unterschiedlichen Präparationsmodulen Maßnahmen zur Unterdrückung bestimmter Signalbeiträge ergriffen werden, kann es jedoch zu unerwünschten Kohärenzpfaden kommen. Dabei kann das Zusammenspiel der in unterschiedlichen Präparationsmodulen eingesetzten Spoiler-Gradientenfelder oder Spoiler-HF-Felder zu einer unerwünschten Rephasierung der Signalbeiträge führen, die eigentlich unterdrückt werden sollten. Eine semiklassische theoretische Beschreibung für eine derartige unerwünschte Rephasierung wird für Gradientenfelder, die in nur einer vorgegebenen Raumrichtung räumlich veränderlich sind und während der Bildgebung erzeugt werden, gegeben von K. Scheffler, „A Pictorial Description of Steady-States in Rapid Magnetic Resonance Imaging”, Concepts in Magnetic Resonance 11, 291–304 (1999).
Unerwünschte Signalbeiträge können auch aus nicht-idealen Bedingungen bei der Kontrastpräparation resultieren. Beispielsweise verwenden einige Bildgebungsverfahren HF-Pulse zur Präparation eines Sättigungs-Kontrastes oder eines Inversions-Kontrastes. Dabei wird die für die Bildgebung genutzte Longitudinalmagnetisierung zunächst gesättigt bzw. invertiert und nach einer definierten Wartezeit mit einem oder mehreren Bildgebungsmodulen aufgenommen. Die Sättigung kann durch Anregung mittels HF-Puls und Dephasierung erfolgen. Die Inversion kann durch Anwendung eines HF-Inversionspulses erfolgen. Auch bei derartigen Verfahren ist es wünschenswert, unerwünschte Signal-Kohärenzpfade zu unterdrücken.
Zur Unterdrückung von unerwünschten Kohärenzpfaden können verschiedene Techniken eingesetzt werden. Beispielsweise steht ein so genanntes HF-Spoiling zur Verfügung. Ein beispielhaftes Verfahren zur Unterdrückung von unerwünschten Signalkohärenzen durch HF-Spoiling ist beschrieben in Y. Zur, „Spoiling of Transverse Magnetization in Steady-State Sequences”, MRM 21, 251–263 (1991). HF-Spoiling ist geeignet, die unerwünschten Kohärenzen von in kurzem und konstantem zeitlichen Abstand erzeugten HF-Pulsen effektiv zu unterdrücken. Allerdings kann HF-Spoiling bei Verfahren schwer anzuwenden sein oder eine ungenügende Unterdrückung unerwünschter Kohärenzpfade liefern, bei denen nur wenige Präparationsmodule verwendet werden. Beispiele für derartige Verfahren sind Sättigungs- oder Kontrastpräparations-Verfahren.
Alternativ oder zusätzlich kann Gradienten-Spoiling eingesetzt werden. Gradienten-Spoiling ist gut geeignet, um selektiv erzeugte Transversalmagnetisierungen zu dephasieren. Ein herkömmliches Gradienten-Spoiling, bei dem in unterschiedlichen Präparationsmodulen immer dasselbe Gradientenmoment des Spoiler-Gradientenfelds verwendet wird, kann jedoch wie oben beschrieben zu unerwünschten Kohärenzpfaden führen. Ein beispielhaftes Verfahren zur Unterdrückung von unerwünschten Signalkohärenzen durch Gradienten-Spoiling ist beschrieben in H. Z. Wang und S. J. Riederer, „A Spoiling Sequence for Suppression of Residual Transverse Magnetization”, MRM 15, 175–191 (1990). Derartige semi-empirische Verfahren unterdrücken zwar unerwünschte Signalkohärenzen, können jedoch zu einem raschen Anwachsen der erforderlichen Gradienten-Momente führen. Beispielsweise erfolgt bei dem von Wang und Riederer vorgestellten Verfahren jeweils eine Verdopplung des Gradienten für eine spezifische, vorgegebene Richtung. Bei einer großen Anzahl von Präparationsmodulen ist es möglich, dass die erforderlichen großen Gradientenmomente nicht mehr erzeugt werden können oder mit starken Einschränkungen im zeitlichen Ablauf der Messsequenz einhergehen.
V. L. Yarnykh, ”Optimal radiofrequency and gradient spoiling for improved accuracy of T1 and B1 measurements using fast steady-state techniques”, Magn. Reson. Med. 63 (2010), Seiten 1610–1626 und V. Denolin et al., ”New insights into the mechanisms of signal formation in RF-spoiled gradient echo sequences”, Magn. Reson. Med. 54 (2005), Seiten 937–954 beschreiben weitere Beispiele für Verfahren, die Gradienten-Spoiling einsetzen. Die US 2010/0 013 478 A1 und die US 2011/0 213 235 A1 beschreiben ebenfalls Verfahren zur Magnetresonanzbildgebung, bei denen Spoiler-Gradientenfelder eingesetzt werden.
Die DE 10 2009 019 895 B4 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur diffusionsgewichteten Aufnahme von MR-Signalen, bei der Gradienten-Spoiling eingesetzt wird. Die Spoiler-Gradientenfelder variieren entlang einer Richtung örtlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Verfahren und Vorrichtungen zur Magnetresonanzbildgebung anzugeben. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zur Magnetresonanzbildgebung anzugeben, mit denen effizientes Gradienten-Spoiling mit kleineren Gradientenmomenten erreichbar ist.
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen angegeben. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsbeispiele.
Nach einem Aspekt wird ein Verfahren zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung mit einer Aufnahmesequenz angegeben. Die Aufnahmesequenz umfasst mehrere Präparationsmodule und wenigstens ein Bildgebungsmodul. Das Verfahren umfasst Präparieren einer Magnetisierung in den mehreren Präparationsmodulen und Aufnehmen von MR-Signalen in dem wenigstens einen Bildgebungsmodul. In den mehreren Präparationsmodulen werden Spoiler-Gradientenfelder erzeugt, um auf eine Transversalmagnetisierung einzuwirken. In einem Präparationsmodul wird ein entlang einer Richtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld erzeugt, und in einem weiteren Präparationsmodul wird ein entlang einer davon verschiedenen Richtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld erzeugt. Die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder werden so gewählt, dass für wenigstens eine von drei orthogonalen Raumrichtungen eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente, die entlang dieser Raumrichtung appliziert werden, eine Schwellenwertbedingung erfüllt.
Bei dem Verfahren werden Spoiler-Gradientenfelder, die in unterschiedliche Richtungen ortsabhängig variieren, in wenigstens zwei der Präparationsmodule erzeugt. Durch die Ausnutzung der mehreren räumlichen Dimensionen kann das Anwachsen der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder verlangsamt werden. Durch die Anforderung, dass für wenigstens eine der drei orthogonalen Raumrichtungen eine Schwellenwertbedingung erfüllt ist, können unerwünschte Kohärenzpfade zuverlässig unterdrückt und die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder systematisch gewählt werden.
Das Verfahren kann ein Festlegen der Spoiler-Gradientenmomente für die mehreren Präparationsmodule umfassen, wobei das Festlegen ein iteratives Verfahren umfasst. Dadurch können die Spoiler-Gradientenmomente systematisch so gewählt werden, dass unerwünschte Kohärenzpfade zuverlässig unterdrückt werden.
In einer Iteration des iterativen Verfahrens kann ein Spoiler-Gradientenmoment für eine erste Raumrichtung der drei orthogonalen Raumrichtungen abhängig von einem zweiten Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten für eine davon verschiedene zweite Raumrichtung der drei orthogonalen Raumrichtungen festgelegt werden. Dabei ist das zweite Maximum ein Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten für entlang der zweiten Raumrichtung applizierte Spoiler-Gradientenmomente, das in den vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens festgelegt wurde. Auf diese Weise kann systematisch ermittelt werden, in welcher Richtung ein Spoiler-Gradientenfeld örtlich veränderlich sein soll, um ein zu starkes Anwachsen der benötigten Spoiler-Gradientenmomente zu vermeiden.
In der Iteration kann das Spoiler-Gradientenmoment für die erste Raumrichtungen weiterhin abhängig von einem ersten Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten für die erste Raumrichtung, das in den vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens festgelegt wurde, festgelegt werden. Auf diese Weise kann ermittelt werden, in welcher Richtung das in der entsprechenden Iteration festgelegte Spoiler-Gradientenfeld örtlich veränderlich sein soll, damit die Schwellenwertbedingung erfüllt wird.
In der Iteration kann das Spoiler-Gradientenmoment für die erste Raumrichtungen weiterhin abhängig von einem dritten Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten für eine dritte Raumrichtung, das in den vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens festgelegt wurde, festgelegt werden. Die dritte Raumrichtung ist zur ersten Raumrichtung und zur zweiten Raumrichtung orthogonal. Auf diese Weise können bei der Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente alle drei Raumrichtungen berücksichtigt werden, in denen Spoiler-Gradientenmomente variieren können.
Die Iteration kann ein Vergleichen des Zweifachen des ersten Maximums mit dem zweiten Maximum umfassen. Die Iteration kann ein Festlegen des Spoiler-Gradientenmoments für die erste Raumrichtung abhängig von einem Ergebnis des Vergleichens umfassen. Dadurch kann systematisch eine geometrische Reihe von Spoiler-Gradientenmomenten erzeugt werden, wobei eine Verdoppelung des Spoiler-Gradientenmoments selektiv für eine der drei Raumrichtung so erfolgt, dass die maximale Amplitude der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente möglichst klein gehalten wird.
Das Verfahren kann ein sequenzielles Füllen einer mehrdimensionalen Belegungsmatrix umfassen, die in einem Raum von Spoiler-Gradientenmomenten definiert ist. Auf diese Weise können die Spoiler-Gradientenmomente für die Spoiler-Gradientenfelder einfach und systematisch festgelegt werden. Dies ist auch möglich, wenn in einem Präparationsmodul Spoiler-Gradientenmomente für mehrere der drei orthogonalen Raumachsen erzeugt werden, d. h. wenn das Spoiler-Gradientenfeld in dem Präparationsmodul entlang einer Richtung örtlich veränderlich ist, die zu keiner der drei Raumrichtungen parallel ist.
Das iterative Verfahren kann ein Ausschließen von Feldern der Belegungsmatrix abhängig von der Schwellenwertbedingung umfassen. Dabei können Felder für eine Wahl von Spoiler-Gradientenmomenten in nachfolgenden Iterationen ausgeschlossen werden, auch wenn in den bisherigen Iterationen noch keine Spoiler-Gradientenmomente gewählt wurden, die dem entsprechenden Feld der Belegungsmatrix entsprechen. Die Einhaltung der Schwellenwertbedingung für wenigstens eine der drei orthogonalen Raumrichtungen kann dadurch sichergestellt werden.
In wenigstens einem der Präparationsmodule kann ein erstes Spoiler-Gradientenfeld, das in einer der drei orthogonalen Raumrichtungen räumlich veränderlich ist, erzeugt werden. In wenigstens einem weiteren der Präparationsmodule kann ein zweites Spoiler-Gradientenfeld, das in einer anderen der drei orthogonalen Raumrichtungen örtlich veränderlich ist, erzeugt wird. Ein Spoiler-Gradientenmoment des ersten Spoiler-Gradientenfelds kann ein ganzzahliges Vielfaches eines ersten Schwellenwerts sein. Ein Spoiler-Gradientenmoment des zweiten Spoiler-Gradientenfelds kann ein ganzzahliges Vielfaches eines zweitens Schwellenwerts sein. Auf diese Weise können bei systematischer Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente unter Ausnutzung mehrerer Dimensionen unterschiedliche Ausdehnungen eines Bildgebungsvoxels in den drei Raumrichtungen berücksichtigt werden.
Der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert können verschieden sein. Dadurch wird größere Flexibilität und sichere Unterdrückung unerwünschter Kohärenzen auch für Bildgebungsvoxel, die nicht würfelförmig sind, erreicht.
Der erste Schwellenwert kann abhängig von einer Ausdehnung des Bildgebungsvoxels in der einen der drei orthogonalen Raumrichtungen festgelegt werden. Der zweite Schwellenwert kann abhängig von einer Ausdehnung des Bildgebungsvoxels in der anderen der drei orthogonalen Raumrichtungen festgelegt werden. Dadurch wird die Abmessung des Bildgebungsvoxels systematisch berücksichtigt.
In wenigstens einem der Präparationsmodule kann sowohl ein erstes Spoiler-Gradientenfeld, das in einer ersten Raumrichtung der drei orthogonalen Raumrichtungen örtlich veränderlich ist, als auch ein zweites Spoiler-Gradientenfeld, das in einer davon verschiedenen zweiten Raumrichtung der drei orthogonalen Raumrichtungen örtlich veränderlich ist, erzeugt wird. Dadurch können die zur Verfügung stehenden Freiheitsgrade bei der Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente genutzt werden, um ein Anwachsen der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente mit zunehmender Anzahl von Präparationsmodulen zu verlangsamen.
Die drei orthogonalen Raumrichtungen können einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung entsprechen. Für diese Raumrichtungen weisen Vorrichtungen zur MR-Bildgebung standardmäßig entsprechende Gradientenspulen auf. Diese können verwendet werden, um die Spoiler-Gradientenfelder mit den festgelegten Spoiler-Gradientenmomenten zu erzeugen.
Bei der gewichteten Summe, die der Schwellenwertbedingung genügen muss, können die Gewichtungskoeffizienten, mit denen die Spoiler-Gradientenmomente multipliziert werden, jeweils ausgewählt sein aus der Gruppe {–1; 0; 1}. Die Spoiler-Gradientenmomente können so festgelegt werden, dass mehrere gewichtete Summen, bei denen die Gewichtungskoeffizienten, mit denen die Spoiler-Gradientenmomente multipliziert werden, jeweils ausgewählt sind aus der Gruppe {–1; 0; 1}, eine von mehreren Schwellenwertbedingungen erfüllen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass unabhängig davon, ob ein HF-Puls beispielsweise die transversale Magnetisierung refokussiert, eine gewünschte Unterdrückung bestimmter Signale erzielt wird.
Bei dem Verfahren können die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder so gewählt werden, dass für jedes N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N}, das nicht gleich {0, 0, ..., 0} ist und bei dem jeder Koeffizient f_i mit 1 ≤ i ≤ N ausgewählt ist aus der Gruppe {–1; 0; 1}, wobei N eine Anzahl von Präparationsmodulen bezeichnet, die folgende Bedingung für wenigstens eine Raumrichtung (mit „Dir” bezeichnet) der drei orthogonalen Raumrichtungen erfüllt ist: |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^Dir| ≥ M_S ^Dir. (1)
Dabei bezeichnet i einen Index für Präparationsmodule. Die Richtung Dir ist ausgewählt aus einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung. M_i ^Dir ist ein Spoiler-Gradientenmoment für die entsprechende Raumrichtung im i-ten Präparationsmodul. M_S ^Dir ist ein der entsprechenden Raumrichtung zugeordneter Schwellenwert. Durch die Bedingung, dass Gleichung (1) für jedes der genannten N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, f_N} jeweils für wenigstens eine Raumrichtung erfüllt sein muss, wird die Komplexität der möglichen Spindynamik berücksichtigt. Beispielsweise können neue HF-Pulse eine Anregung, d. h. eine Umsetzung von Longitudinal- in Transversalmagnetisierung bewirken, und/oder zu einer Rephasierung und/oder zu einer weiteren Dephasierung führen. Ein HF-Puls kann auch einen Anteil von Spins unbeeinflusst lassen, beispielsweise wenn das B-Feld parallel zu den präzedierenden Spins gerichtet ist. Die unterschiedlichen Möglichkeiten werden durch die verschiedenen Tupel von Koeffizienten der gewichteten Summe berücksichtigt. Eine sichere Unterdrückung unerwünschter Kohärenzsignale kann so erreicht werden.
Der Schwellenwert M_S ^Dir kann eine Konstante sein. Bei anderen Ausgestaltungen kann der Schwellenwert M_S ^Dir für wenigstens eine der drei Raumrichtungen abhängig von dem N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N} gewählt werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Kohärenzpfade unterschiedlich stark besetzt werden, d. h. unterschiedlich starke Signalbeiträge liefern. Durch eine Wahl des Schwellenwerts abhängig von dem jeweiligen N-Tupel kann der Schwellenwert abhängig von dieser Signalstärke bestimmt werden. Die Flexibilität bei der Wahl der Spoiler-Gradientenmomente kann damit weiter erhöht und ein Anwachsen der Spoiler-Gradientenmomente verlangsamt werden.
Eine Unterdrückung kann erreicht werden, wenn für eine der drei orthogonalen Raumrichtungen die Bedingung (1) erfüllt ist. Das heißt, die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass für jedes Koeffizienten-Tupel wahlweise wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^PE| ≥ M_S ^PE und/oder (1a) |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^RO| ≥ M_S ^RO und/oder (1b) |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^SL| ≥ M_S ^SL. (1c)
Dabei bezeichnet „PE” die Phasenkodierrichtung, „RO” die Frequenzkodierrichtung und „SL” die Schichtselektionsrichtung. Die Schwellenwerte auf der rechten Seite der Gleichungen (1a)–(1c) müssen nicht alle gleich sein. Die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass wenigstens eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^PE von Null verschieden ist, und dass weiterhin wenigstens eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^RO und/oder eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^SL von Null verschieden ist. Die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass wenigstens eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^PE von Null verschieden ist, dass weiterhin wenigstens eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^RO von Null verschieden ist, und dass weiterhin wenigstens eines der Spoiler-Gradientenmomente M_i ^SL von Null verschieden ist. Für unterschiedliche Sätze von Koeffizienten f_i können unterschiedliche Bedingungen der Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt sein. Beispielsweise kann für einen Satz von Koeffizienten Gleichung (1a) erfüllt sein, und für einen anderen Satz von Koeffizienten Gleichung (1b).
Die Spoiler-Gradientenmomente können auch so festgelegt werden, dass die Schwellenwertbedingung für wenigstens zwei der drei Raumrichtungen erfüllt ist, d. h. dass wenigstens zwei der Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt sind. Die Spoiler-Gradientenmomente können auch so festgelegt werden, dass die Schwellenwertbedingung für alle drei Raumrichtungen erfüllt ist. Dadurch kann die Effizienz des Gradienten-Spoiling bei beliebig orientierten Sättigungsregionen besonders sicher erhalten bleiben.
Die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder können abhängig von einem Bildgebungs-Gradientenmoment, das in dem wenigstens einen Bildgebungsmodul erzeugt wird, festgelegt werden. Dadurch wird berücksichtigt, dass auch das Zusammenspiel zwischen Spoiler-Gradientenfeldern in den Präparationsmodulen und dem Bildgebungs-Gradientenmoment in dem wenigstens einen Bildgebungsmodul zu unerwünschten Signalkohärenzen führen kann. Die Auslesesequenz kann mehrere Bildgebungsmodule beinhalten. In diesem Fall können die Spoiler-Gradientenfelder abhängig von den Bildgebungs-Gradientenmomenten, die in den Bildgebungsmodulen erzeugt werden, festgelegt werden. In den verschiedenen Bildgebungsmodulen kann dasselbe Bildgebungs-Gradientenmoment eingesetzt werden.
Die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder können so gewählt werden, dass

– für jedes N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N}, das nicht gleich {0, 0, ..., 0} ist und bei dem jeder Koeffizient f_i mit 1 ≤ i ≤ N ausgewählt ist aus einer Gruppe {–1; 0; 1}, wobei N eine Anzahl von Präparationsmodulen bezeichnet, und
– für jedes K-Tupel von Koeffizienten {g₁, g₂, ..., g_K}, bei dem jeder Koeffizient g_j mit 1 ≤ j ≤ K ausgewählt ist aus der Gruppe {–1; 0; 1}, wobei K eine Anzahl von Bildgebungsmodulen bezeichnet,

|(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^Dir) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^Dir)| ≥ M_S ^Dir. (2)

Hierbei ist i ein Index für Präparationsmodule. Der Index j ist ein Index für Bildgebungsmodule. Die Richtung „Dir” ist ausgewählt aus einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung. M_i ^Dir ist ein Spoiler-Gradientenmoment für die entsprechende Raumrichtung im i-ten Präparationsmodul. M_B ^Dir ist ein Bildgebungs-Gradientenmoment für die entsprechende Raumrichtung in den mehreren Bildgebungsmodulen. M_S ^Dir ist ein der entsprechenden Raumrichtung zugeordneter Schwellenwert. Durch die Bedingung, dass Gleichung (2) für die verschiedenen Koeffizienten-Tupel erfüllt sein muss, wird die Komplexität der möglichen Spindynamik berücksichtigt, wie im Kontext von Gleichung (1) erläutert. Gleichung (2) gilt für den Fall, dass das Bildgebungs-Gradientenmoment in den unterschiedlichen Bildgebungsmodulen gleich ist. Für unterschiedliche Bildgebungs-Gradientenmomente in unterschiedlichen Bildgebungsmodulen können die Spoiler-Gradientenmomente so gewählt werden, dass |(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^Dir) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^Dir)| ≥ M_S ^Dir. (3)
Hierbei ist M_B,j ^Dir das Bildgebungs-Gradientenmoment im j-ten Bildgebungsmodul.
Eine Unterdrückung von Signalkohärenzen, die durch das Zusammenspiel von Spoiler-Gradientenmomenten und Bildgebungs-Gradientenmomenten resultieren kann, kann erreicht werden, wenn für wenigstens eine der drei orthogonalen Raumrichtungen eine der Bedingungen (2) oder (3) erfüllt ist. Das heißt, die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass wahlweise wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: |(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^PE) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^PE)| ≥ M_S ^PE und/oder (2a) |(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^RO) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^RO)| ≥ M_S ^RO und/oder (2b) |(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^SL) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^SL)| ≥ M_S ^SL. (2c)
Dies gilt entsprechend für die Bedingung nach Gleichung (3).
Die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass die Bedingung von Gleichung (2) oder Gleichung (3) für mehr als eine der drei orthogonalen Raumrichtungen, beispielsweise für zwei oder drei der Raumrichtungen, erfüllt ist.
In Gleichungen (1), (1a)–(1c), (2), (2a)–(2c) und (3) ist N eine ganze Zahl, die größer als 1 ist. Der Index i muss nicht notwendigerweise die Position des Präparationsmoduls in der Folge von Präparationsmodulen bezeichnen. Vielmehr können die ermittelten N verschiedenen Spoiler-Gradientenmomente in beliebiger Weise denjenigen Präparationsmodulen zugewiesen werden, in denen ein Spoiler-Gradientenfeld erzeugt wird.
In Gleichungen (1), (1a)–(1c), (2), (2a)–(2c) und (3) muss der Index i nicht über alle Präparationsmodule der Auslesesequenz laufen. Es ist ausreichend, dass die entsprechenden Bedingungen für Präparationsmodule erfüllt sind, die in einem vorgegebenen Zeitraum, der von der Relaxationszeit T₁ abhängen kann, erfüllt sind. Darüber hinaus müssen auch nicht alle Präparationsmodule bei der Bedingung der Gleichungen (1), (1a)–(1c), (2), (2a)–(2c) und (3) berücksichtigt werden, beispielsweise wenn zwei oder mehr Präparationsmodule aus physikalischen Gründen nicht miteinander Wechselwirken können. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn mehrere Sättigungsregionen vorgesehen sind, die nicht überlappen, wie dies beispielsweise bei parallelen quaderförmigen Regionen der Fall sein kann. In derartigen Fällen genügt es, nur eines der mehreren Präparationsmodule bei der Berechnung der Spoiler-Gradientenmomente, beispielsweise nach einer der genannten Bedingungen zu berücksichtigen, und dieses ermittelte Spoiler-Gradientenmoment in den verschiedenen Präparationsmodulen zu verwenden, die nicht miteinander Wechselwirken können. Auch diese Maßnahme hilft, ein Anwachsen der benötigten Gradientenmomente zu verlangsamen.
Der Schwellenwert in Gleichungen (1), (1a)–(1c), (2), (2a)–(2c) und (3) kann abhängig von einer Abmessung eines Bildgebungsvoxels bestimmt werden. Beispielsweise kann der Schwellenwert als M_S ^Dir = C·2·π/(γ.d^Dir) (4) festgelegt werden, wobei C eine Proportionalitätskonstante, γ das gyromagnetische Verhältnis eines Kerns und d^Dir eine Ausdehnung eines Bildgebungsvoxels in der entsprechenden Richtung Dir ist. Dabei kann Dir der Phasenkodierrichtung (PE), der Frequenzkodierrichtung (RO) oder der Schichtselektionskodierrichtung (SL) entsprechen. Die Konstante C kann beispielsweise gleich 1 gesetzt werden, so dass M_S ^Dir = 2·π/(γ.d^Dir), (5)
Andere geeignete Werte C > 0 und insbesondere C > 1 können gewählt werden. Durch die Wahl des Schwellenwerts abhängig von der Ausdehnung des Bildgebungsvoxels in der entsprechenden Richtung kann berücksichtigt werden, dass für eine kleine Ausdehnung in der entsprechenden Richtung größere Gradientenmomente erforderlich sind, um eine Dephasierung von 2·π innerhalb des Bildgebungsvoxels zu erreichen.
Falls in einem oder mehreren Präparationsmodulen Gradientenpulse verwendet werden, die nicht zum Gradienten-Spoiling verwendet werden, können diese jeweils rephasiert werden. So kann ein Interferieren der Gradientenmomente dieser Gradientenpulse mit den Spoiler-Gradientenmomenten verringert oder unterbunden werden, das zu unerwünschten Kohärenzpfaden führen könnte.
Die maximale Amplitude von Spoiler-Gradientenmomenten kann begrenzt werden. Die Begrenzung kann achsenspezifisch erfolgen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass Werte von Spoiler-Gradientenmomenten festgelegt werden, die technisch nicht oder nur schwer oder nur mit starken Einschränkungen im zeitlichen Ablauf der Messsequenz realisierbar sind. Falls die Anzahl von Präparationsmodulen, in denen ein Spoiler-Gradientenfeld angelegt wird, größer ist als die Anzahl von Spoiler-Gradientenmodulen, die unter Berücksichtigung der Begrenzung des Maximalbetrags erhalten werden können, können die ermittelten Spoiler-Gradientenmomente, die die Schwellenwertbedingung erfüllen, beispielsweise zyklisch angewandt werden.
Die festgelegten Spoiler-Gradientenmomente können den unterschiedlichen Präparationsmodulen in unterschiedlichen Reihenfolgen zugewiesen werden. Beispielsweise kann eine Zuweisung von Spoiler-Gradientenmomenten zu Präparationsmodulen so erfolgen, dass ein Vektorbetrag eines Vektors, der die entsprechenden Spoiler-Gradientenmomente für die drei orthogonalen Raumrichtungen als Vektorkomponenten enthält, monoton abnimmt oder monoton zunimmt. Eine Zuweisung kann auch so erfolgen, dass eine maximale Amplitude von Spoiler-Gradientenmomenten im letzten Präparationsmodul vor einem Bildgebungsmodul appliziert wird.
Die Polarität der ermittelten Spoiler-Gradientenmomente kann beliebig gewählt werden. Die Polaritäten können so gewählt werden, dass alle Spoiler-Gradientenmomente in einer Halbebene oder einem Halbraum liegen. Auf diese Weise können primäre Signal-Kohärenzpfade stark unterdrückt werden.
Zusätzlich zu dem Gradienten-Spoiling kann ein HF-Spoiling verwendet werden. Dazu kann die Phasenlage des HF-Pulses, der in unterschiedlichen Präparationsmodulen einer Bildgebungssequenz eingestrahlt wird, so gewählt werden, dass die Phasenlage für aufeinanderfolgende Präparationsmodule jeweils unterschiedlich ist. Es kann eine geeignete Inkrementierung gewählt werden, beispielsweise ein quadratisch inkrementiertes HF-Spoiling. Durch die Kombination von Gradienten-Spoiling und HF-Spoiling kann eine besonders wirksame Unterdrückung unerwünschter Kohärenzpfade erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm angegeben, das eine Befehlsfolge umfasst, die bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung einer Vorrichtung zur MR-Bildgebung die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel der Erfindung veranlasst. Das Computerprogramm kann beispielsweise in den Speicher eines Auswerte- und Steuerrechners der Vorrichtung zur MR-Bildgebung ladbar sein. Das Computerprogramm kann als Quellcode oder als eine kompilierte Befehlsfolge vorliegen. Durch das Computerprogramm kann die elektronische Recheneinrichtung programmmäßig zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Datenträger angegeben, auf dem ein eine Befehlsfolge umfassendes Computerprogramm gespeichert ist, das bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung einer Vorrichtung zur MR-Bildgebung die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel der Erfindung veranlasst. Der Datenträger kann beispielsweise eine CD-ROM, eine DVD, ein Magnetband, ein Flash-Speicher oder ein USB-Stick sein, auf welchem das Computerprogramm als elektronisch lesbare Steuerinformationen gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und von der Recheneinrichtung der Vorrichtung zur MR-Bildgebung ausgeführt werden, kann das Verfahren nach den verschiedenen Aspekten oder Ausführungsformen von der Recheneinrichtung durchgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt wird eine Vorrichtung zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Empfangseinrichtung zum Aufnehmen von MR-Signalen in wenigstens einem Bildgebungsmodul einer Aufnahmesequenz. Die Vorrichtung umfasst eine Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Spoiler-Gradientenfeldern in mehreren Präparationsmodulen der Aufnahmesequenz. Die Vorrichtung umfasst eine mit der Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung gekoppelte Steuerung. Die Steuerung ist eingerichtet, um Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder so festzulegen, dass für wenigstens eine von drei orthogonalen Raumrichtungen eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente, die entlang dieser Raumrichtung appliziert werden, eine Schwellenwertbedingung erfüllt. Die Steuerung ist eingerichtet, um die Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung in den mehreren Präparationsmodulen zum Erzeugen der Spoiler-Gradientenfelder zu steuern, um auf eine Transversalmagnetisierung einzuwirken, so dass in einem Präparationsmodul ein in einer Richtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld und in einem weiteren Präparationsmodul ein in einer davon verschiedenen Richtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld erzeugt wird.
Die Vorrichtung ist so eingerichtet, dass Spoiler-Gradientenfelder, die entlang unterschiedlichen Richtungen ortsabhängig variieren, in wenigstens zwei der Präparationsmodule erzeugt werden. Durch die Ausnutzung der mehreren räumlichen Dimensionen kann das Anwachsen der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder verlangsamt werden. Durch die Auswahl der Spoiler-Gradientenmomente derart, dass für wenigstens eine der drei orthogonalen Raumrichtungen eine Schwellenwertbedingung erfüllt ist, können unerwünschte Kohärenzpfade zuverlässig unterdrückt und die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder systematisch gewählt werden.
Die Vorrichtung kann zur Durchführung des Verfahrens nach einem Aspekt oder Ausführungsbeispiel eingerichtet sein. Die Steuerung kann insbesondere eingerichtet sein, um die Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente durchzuführen, wie sie im Kontext von Ausführungsformen und Ausführungsbeispielen des Verfahrens beschrieben ist.
Die Ausgestaltungen der Vorrichtung und die damit jeweils erzielten Wirkungen korrespondieren zu Ausgestaltungen des Verfahrens und deren Wirkungen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur MR-Bildgebung nach einem Ausführungsbeispiel.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Aufnahmesequenz.
3 und 4 zeigen Gradientenfelder, die bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen in unterschiedlichen Präparationsmodulen erzeugt werden.
5 zeigt Gradientenfelder, die bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen in unterschiedlichen Präparationsmodulen erzeugt werden.
6 zeigt weitere Gradientenfelder, die bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen in unterschiedlichen Präparationsmodulen erzeugt werden.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
9 illustriert die in dem Verfahren nach 8 sequentiell festgelegten Spoiler-Gradientenmomente.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
11 illustriert die in dem Verfahren von 11 sequentiell festgelegten Spoiler-Gradientenmomente.
12 und 13 zeigen ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
14 zeigt eine Belegungsmatrix zur Illustration des Verfahrens nach 12 und 13.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel.
16 zeigt ein Flussdiagramm einer Prozedur, die bei dem Verfahren nach 15 einsetzbar ist.
17 zeigt ein Flussdiagramm einer weiteren Prozedur, die bei dem Verfahren nach 15 einsetzbar ist.
18 illustriert ein Hochfrequenz-Spoiling gemäß der Prozedur nach 17.
19 zeigt ein mit einem herkömmlichen MR-Verfahren aufgenommenes Bild im Vergleich mit einem Bild, das mit einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel aufgenommen wurde.
1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 zur MR-Bildgebung. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Tomographen 2. Ein Untersuchungsobjekt P kann in einen Hohlraum 2' des Tomographen 2 gefahren werden. Durch geeignetes Positionieren einer Stützeinrichtung 6 kann ein interessierender Bereich des Untersuchungsobjekts P an einem Isozentrum 5 positioniert werden. Der Tomograph 2 weist mehrere Spulenanordnungen auf, um ein Grundfeld (B0-Feld) zum Ausrichten von Kernspins, Gradientenfelder und Hochfrequenz(HF)-Pulse zu erzeugen. Der Betrieb des Tomographen wird von einer elektronischen Recheneinrichtung 3 gesteuert. Die elektronische Recheneinrichtung 3 kann eine Steuerung 7, eine Aufnahmeeinheit 8 zum Empfangen von mit Empfangsspulen erfassten Spinsignalen und einen Auswerterechner 9 zum Verarbeiten der erfassten Spinsignale aufweisen. Eine geeignete Benutzerschnittstelle oder ein weiterer Rechner 4 kann vorgesehen sein, um die Funktion des Tomographen zu steuern und/oder erfasste Daten weiterzuverarbeiten.
Der Tomograph 2 weist neben einer Anordnung zum Erzeugen des Grundfelds eine oder mehrere Einrichtungen 12, 13 zum Erzeugen von Gradientenfeldern auf. Die Einrichtungen 12, 13 zum Erzeugen von Gradientenfeldern können Gradientenspulen umfassen. Die Einrichtungen 12, 13 zum Erzeugen von Gradientenfeldern können so ausgestaltet sein, dass Gradientenfelder erzeugt werden können, die entlang von drei orthogonalen Raumrichtungen 17, 18, 19 örtlich veränderlich sind.
Der Tomograph 2 weist auch eine HF-Sendeeinrichtung 15, beispielsweise eine Spule oder Spulenanordnung, zum Erzeugen eines HF-Pulses auf, mit dem im Grundfeld ausgerichtete Kernspins verkippt werden können. Eine HF-Empfangseinrichtung 16, beispielsweise eine Spule oder Spulenanordnung, erfasst Magnetisierungssignale und stellt diese an die Aufnahmeeinheit 8 bereit.
Die Datenaufnahme erfolgt mit einer Aufnahmesequenz, wobei die verschiedenen Einheiten des Tomographen von der Steuerung 7 gesteuert werden. In mehreren Präparationsmodulen der Aufnahmesequenz erfolgt eine Präparation der Magnetisierung. In wenigstens einem Bildgebungsmodul werden MR-Signale erfasst. Es können verschiedene Aufnahmesequenzen eingesetzt werden, beispielsweise Sättigungsverfahren, Kontrastpräparationsverfahren oder Aufnahmesequenzen, die eine Unterabtastung des k-Raums verwenden.
In mehreren der Präparationsmodule werden Spoiler-Gradientenfelder erzeugt. Zweck der Spoiler-Gradientenfelder ist, bestimmte Kernspins so zu dephasieren, dass das korrespondierende Signal in den Bildgebungsmodulen unterdrückt wird. Wie noch näher beschrieben wird, werden bei Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen Spoiler-Gradientenfelder so geschaltet, dass in mehreren unterschiedlichen Präparationsmodulen erzeugte Spoiler-Gradientenfelder entlang unterschiedlichen Raumrichtungen örtlich variieren. Die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder werden so gewählt, dass sie ein vorgegebenes Kriterium erfüllen, so dass keine unerwünschten Kohärenzpfade auftreten können. Die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder werden so gewählt, dass sie inkommensurabel in dem Sinn sind, dass für wenigstens eine der drei Raumrichtungen eine gewichtete Summen der Spoiler-Gradientenmomente, die entlang dieser Raumrichtung appliziert werden, mit bestimmten Gewichtungskoeffizienten nicht kleiner als ein Schwellenwert sind.
2 ist eine schematische Darstellung einer Aufnahmesequenz 20, wie sie in der Vorrichtung 1 eingesetzt werden kann.
Die Aufnahmesequenz 20 weist eine Reihe von L Präparationsmodulen 21–23 und eine Reihe von M Bildgebungsmodulen 24–26 auf. Eine derartige Abfolge kann mit Präparationsmodulen 31–33 und Bildgebungsmodulen 34–36 wiederholt werden, beispielsweise um weitere Schichten des Untersuchungsobjekts abzubilden oder weitere k-Raum-Zeilen aufzunehmen. Die Anzahl L von Präparationsmodulen und/oder die Anzahl M von Bildgebungsmodulen kann bzw. können zwischen den Wiederholungen variieren.
Je nach Bildgebungsverfahren kann die Wirkung der Präparationsmodule in der Generierung einer definierten Longitudinalmagnetisierung entlang des Grundfelds bestehen, wie beispielsweise für die Kontrastpräparation, oder in der Unterdrückung der Longitudinalmagnetisierung. Eine derartige Unterdrückung kann chemisch oder regional spezifisch sein. Auf diese Weise können beispielsweise Signale von bestimmten Regionen des Untersuchungsobjekts P oder von bestimmten Spinspezies unterdrückt werden. Entsprechend kann jedes der Präparationsmodule beispielsweise eine regionale Sättigung, eine chemische Verschiebungs-Sättigung oder eine Kontrastpräparation umfassen.
In mehreren der Präparationsmodule 21–23 und 31–33 wird ein Gradienten-Spoiling durchgeführt. Dazu werden Spoiler-Gradientenfelder geschaltet. Diese haben die Aufgabe, auf die gleichzeitig generierten transversalen Magnetisierungsanteile (quer zum Grundfeld) und longitudinalen Magnetisierungsanteile (parallel zum Grundfeld) einzuwirken, um das korrespondierende Signal in den Bildgebungsmodulen zu unterdrücken.
Bei Sequenzen, bei denen Gradientenfelder geschaltet und HF-Pulse eingestrahlt werden, kann es zu neuen unerwünschten Kohärenzen kommen. Für Bildgebungsmodule ist dies in einer semi-klassischen Betrachtung beispielsweise erläutert in K. Scheffler, „A Pictorial Description of Steady-States in Rapid Magnetic Resonance Imaging”, Concepts in Magnetic Resonance 11, 291–304 (1999). Derartige unerwünschte Kohärenzen können auf darauf zurückgeführt werden, dass ein HF-Puls zu einer Anregung von Longitudinalmagnetisierung, zu einer Refokussierung, zu einer weiteren Dephasierung oder zu einer Speicherung von Kohärenzen führen kann.
Ähnliche Effekte können bei herkömmlichem Gradienten-Spoiling auftreten. Beispielsweise kann das Schalten identischer Spoiler-Gradientenmomente in unterschiedlichen Präparationsmodulen, möglicherweise in Kombination mit einem oder mehreren HF-Pulsen, dazu führen, dass Spins rephasiert werden, die durch das Gradienten-Spoiling eigentlich dephasiert werden sollten.
Eine Unterdrückung von Spins einer Spezies in einem bestimmten Bildgebungsvoxel kann erreicht werden, wenn die Spins innerhalb dieses Bildgebungsvoxels bei einem Bildgebungsmodul eine hinreichend große Phasendispersion aufweisen. Beispielsweise kann eine lineare Phasendispersion innerhalb des Bildgebungsvoxels um 2·π als ausreichend angesehen werden.
Um in einem Bildgebungsvoxel mit einer Ausdehnung d^PE in der Phasenkodierrichtung, einer Ausdehnung d^RO in der Frequenzkodierrichtung und einer Ausdehnung d^SL in der Schichtselektionsrichtung eine derartige Phasendispersion zu erreichen, ist ein effektives Spoiling-Gradientenmoment von M_S ^Dir = 2·π/(γ·d^Dir), (5) erforderlich, wobei Dir ∊ {PE; RO; SL} eine Richtung angibt.
Bei Ausführungsbeispielen der Erfindung werden Spoiler-Gradientenfelder in mehrere unterschiedliche Richtungen geschaltet. Beispielsweise kann ein entlang der Phasenkodierrichtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld in einem Präparationsmodul und ein entlang der Frequenzkodierrichtung oder der Schichtselektionsrichtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld in einem weiteren Präparationsmodul geschaltet werden. Es können auch in einem Präparationsmodul gleichzeitig ein entlang der Phasenkodierrichtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld und ein entlang der Frequenzkodierrichtung oder der Schichtselektionsrichtung örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld geschaltet werden.
3 und 4 illustrieren Spoiler-Gradientenfelder 45 und 46, die während unterschiedlicher Präparationsmodule der Auslesesequenz geschaltet werden. Die Spoiler-Gradientenfelder 45, 46 durchsetzen ein Bildgebungsvoxel 41, das Abmessungen 42–44 in drei orthogonalen Raumrichtungen aufweist. Das Spoiler-Gradientenfeld 45 variiert entlang der Raumrichtung 18. Das Spoiler-Gradientenfeld 45 variiert entlang der Raumrichtung 19. Die Richtung des Magnetfelds der Spoiler-Gradientenfelder, die in unterschiedlichen Präparationsmodulen erzeugt werden, kann beispielsweise parallel zur Richtung des Grundfelds sein.
Um eine gewünschte Phasendispersion nach den Präparationsmodulen sicherzustellen, werden die Spoiler-Gradientenmomente so gewählt, dass eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente für wenigstens eine Raumrichtung einen Betrag aufweist, der mindestens gleich einem dieser Raumrichtung zugeordneten Schwellenwert ist. Als Spoiler-Gradientenmoment wird hierbei in herkömmlicher Weise das Zeitintegral über den Magnetfeldgradienten des Spoiler-Gradientenfelds bezeichnet. Für ein konstantes Spoiler-Gradientenfeld wäre das Spoiler-Gradientenmoment beispielsweise gegeben durch das Produkt aus Magnetfeldgradienten und Zeitdauer, während der das Spoiler-Gradientenfeld in dem entsprechenden Präparationsmodul erzeugt wird.
Die Spoiler-Gradientenmomente werden so festgelegt, dass wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^PE| ≥ M_S ^PE und/oder (1a) |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^RO| ≥ M_S ^RO und/oder (1b) |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^SL| ≥ M_S ^SL. (1c)
Die Schwellenwerte auf der rechten Seite der Gleichungen (1a)–(1c) können gemäß Gleichung (5) oder Gleichung (4) gewählt sein und müssen nicht alle gleich sein. Hierbei bezeichnet M_i ^PE ein Spoiler-Gradientenmoment eines Spoiler-Gradientenfelds, das in der Phasenkodierrichtung örtlich veränderlich ist, in einem mit dem Index i bezeichneten Präparationsmodul. M_i ^RO ein Spoiler-Gradientenmoment eines Spoiler-Gradientenfelds, das in der Frequenzkodierrichtung örtlich veränderlich ist, in einem mit dem Index i bezeichneten Präparationsmodul. M_i ^SL ein Spoiler-Gradientenmoment eines Spoiler-Gradientenfelds, das in der Schichtselektionsrichtung örtlich veränderlich ist, in einem mit dem Index i bezeichneten Präparationsmodul. Wird in einem Präparationsmodul in der entsprechenden Richtung kein Spoiler-Gradientenfeld angelegt, ist das entsprechende Spoiler-Gradientenmoment gleich Null.
Die Summe in Gleichungen (1a)–(1c) läuft jeweils über alle relevanten Präparationsmodule, d. h. über alle Präparationsmodule, in denen ein Spoiler-Gradientenfeld erzeugt wird und die innerhalb eines durch die Relaxationszeit T₁ definierten Zeitintervalls liegen. Beispielsweise kann das entsprechende Zeitintervall eine Dauer von 3·T₁ vor dem ersten Bildgebungsmodul aufweisen. Die Anzahl N von Präparationsmodulen, die bei der gewichteten Summe berücksichtigt werden, ist größer als 1. Der Index i in Gleichungen (1a)–(1c) muss nicht notwendigerweise die tatsächliche Position des Präparationsmoduls in der Reihe von Präparationsmodulen widerspiegeln. Beispielsweise können die Spoiler-Gradientenmomente, die so festgelegt werden, dass sie jeweils wenigstens einer der Gleichungen (1a)–(1c) genügen, anschließend in beliebiger Reihenfolge den unterschiedlichen Präparationsmodulen zugewiesen werden, in denen Spoiler-Gradientenfelder erzeugt werden sollen.
Die Gewichtungsfaktoren f_i in Gleichungen (1a)–(1c) sind jeweils aus der Gruppe {–1; 0; 1} ausgewählt. Die Spoiler-Gradientenmomente können so gewählt werden, dass für jeden Satz von Koeffizienten der gewichteten Summe, {f₁, f₂, ... f_N}, bei dem nicht alle Koeffizienten gleich 0 sind, jeweils wenigstens eine der drei Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt ist. Für unterschiedliche Sätze von Koeffizienten {f₁, f₂, ... f_N}, bei denen nicht alle Koeffizienten gleich 0 sind, können unterschiedliche der Bedingungen (1a)–(1c) erfüllt sein. Beispielsweise kann für einen Satz von Koeffizienten Gleichung (1a) erfüllt sein, während für einen anderen Satz von Koeffizienten Gleichung (1b) oder (1c) erfüllt ist.
Wenn die Spoiler-Gradientenmomente so gewählt werden, dass für jeden Satz von Koeffizienten der gewichteten Summe, {f₁, f₂, ... f_N}, bei dem die Koeffizienten jeweils aus {–1; 0; 1} ausgewählt sind und bei dem nicht alle Koeffizienten gleich 0 sind, jeweils wenigstens eine der drei Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt ist, kann eine ausreichende Phasendispersion trotz des komplexen Zusammenspiels zwischen Spoiler-Gradientenfeldern und HF-Pulsen erreicht werden. Eine ausreichende Phasendispersion in einem Bildgebungsvoxel liegt dann unabhängig davon vor, ob ein HF-Puls zu einer Anregung, eine Refokussierung, einer weiteren Dephasierung oder einer Speicherung von Kohärenzen führt. Somit kann eine ausreichende Phasendispersion unabhängig davon erreicht werden, ob in der Notation von K. Scheffler, „A Pictorial Description of Steady-States in Rapid Magnetic Resonance Imaging”, Concepts in Magnetic Resonance 11, 291–304 (1999) ein HF-Puls einen Übergang von dem Zustand Z₀ in den Zustand F₀ ⁺ (Anregung), einen Übergang von dem Zustand Z_n/F_n in den Zustand F*_–n ⁺ (Refokussierung), einen Übergang von dem Zustand Z_n/F*_–n in den Zustand F_n ⁺ (weitere Dephasierung) oder einen Übergang von dem Zustand F_n/F*_–n in den Zustand Z_n ⁺ (Speicherung) bewirkt.
Bei den Bedingungen der Gleichungen (1a)–(1c) sind die drei Raumachsen PE, RO und SL bzw. die entsprechenden Spoiler-Gradientenmomente in den verschiedenen Präparationsmodulen identisch definiert. Dies gilt selbst dann, wenn in einzelnen Präparationsmodulen andere Koordinatensystem eingesetzt werden. Dadurch kann wirksames Gradienten-Spoiling über mehrere Präparationsmodule hinweg erreicht werden. Die Raumachsen können durch das Bildgebungsmodul definiert sein, in dem eine entsprechende Kodierung und Datenaufnahme erfolgt.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 wird die Wahl von Spoiler-Gradientenmomenten gemäß den Bedingungen der Gleichungen (1a)–(1c) näher erläutert.
5 zeigt eine Darstellung von Spoiler-Gradientenfeldern 51 entlang den drei Raumrichtungen. Die Präparationsmodule werden in Zeitintervallen 52–57 sequentiell durchgeführt. Im Zeitintervall 52 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in PE-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich M_S ^PE ist, wobei M_S ^PE wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein kann. Das Zeitintegral 47 des Spoiler-Gradientenfelds ist somit gleich dem Schwellenwert M_S ^PE. Im Zeitintervall 53 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in RO-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich M_S ^RO ist, wobei M_S ^RO wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein kann. Im Zeitintervall 54 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in SL-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich M_S ^SL ist, wobei M_S ^SL wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein kann. Das Zeitintegral 48 des Spoiler-Gradientenfelds ist somit gleich dem Schwellenwert M_S ^SL Wie schematisch dargestellt, können wenigstens zwei von M_S ^PE, M_S ^RO und M_S ^SL verschieden sein, beispielsweise wenn das Bildgebungsvoxel nicht würfelförmig ist. Im Zeitintervall 55 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in PE-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich 2·M_S ^PE ist. Im Zeitintervall 56 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in SL-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich 2·M_S ^SL ist. Im Zeitintervall 57 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in SL-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich 2·M_S ^SL ist. Die Auswahl einer Richtung und Verdopplung des Spoiler-Gradientenmoments im Vergleich zum bisherigen Maximum der vorhergehenden Spoiler-Gradientenmomente für diese Richtung kann wiederholt werden. Durch die Erzeugung einer derartigen geometrischen Reihe, allerdings mit Spoiler-Gradientenfeldern wird sogar sichergestellt, dass für jeden Satz von Koeffizienten alle drei der Bedingungen (1a)–(1c) erfüllt sind. Durch das Schalten von Spoiler-Gradientenfeldern in unterschiedliche Raumrichtungen kann ein übermäßig starkes Anwachsen der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente verhindert werden.
6 zeigt eine Darstellung von Spoiler-Gradientenfeldern 59 entlang den drei Raumrichtungen. Die Präparationsmodule werden in Zeitintervallen 52–54 sequentiell durchgeführt. Im Zeitintervall 52 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in PE-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich –M_S ^PE ist, wobei M_S ^PE wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein kann. Im selben Zeitintervall 52 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in RO-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich M_S ^RO ist, wobei M_S ^RO wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein kann.
Im Zeitintervall 53 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in PE-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich –M_S ^PE ist. Im selben Zeitintervall 53 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in RO-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich –M_S ^RO ist.
Im Zeitintervall 54 wird ein Spoiler-Gradientenfeld in PE-Richtung geschaltet. Der Gradient wird so festgelegt, dass das Spoiler-Gradientenmoment gleich –M_S ^PE ist. Im selben Zeitintervall 54 wird kein Spoiler-Gradientenfeld in RO-Richtung geschaltet.
Bei den wie in 6 dargestellt geschalteten Spoiler-Gradientenfeldern werden gleichzeitig Spoiler-Gradientenfelder in unterschiedliche Raumrichtungen geschaltet. So resultiert beispielsweise in Zeitintervall 53 ein effektives Spoiler-Gradientenfeld, das nicht entlang einer der Raumrichtungen PE oder RO, sondern beispielsweise entlang einer durch die Winkelhalbierende zwischen der PE- und RO-Achse definierten Richtung örtlich veränderlich ist. Die benötigten Spoiler-Gradientenmomente können so betragsmäßig verringert werden.
Auch die Spoiler-Gradientenmomente von 6 erfüllen die Anforderung, dass für jedes Koeffizienten-Tupel {f₁, f₂, f₃}, bei dem nicht alle Koeffizienten gleich 0 sind, jeweils mindestens eine der Bedingungen (1a)–(1c) erfüllt ist. Für {f₁, f₂, f₃} = {1, 1, 0} ist zwar beispielsweise Gleichung (1b) nicht erfüllt, jedoch Gleichung (1a). Für {f₁, f₂, f₃} = {1, –1, 0} ist zwar beispielsweise Gleichung (1a) nicht erfüllt, jedoch Gleichung (1b). Dadurch wird sichergestellt, dass eine ausreichende Phasendispersion in einem Bildgebungsvoxel vorliegt.
Unter Bezugnahme auf 7–14 werden Verfahren nach Ausführungsbeispielen beschrieben, die in systematischer Weise eine Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente derart erlauben, dass unerwünschte Kohärenzpfade unterdrückt werden. Dazu werden die Spoiler-Gradientenmomente so festgelegt, dass beispielsweise für jeden Satz von Koeffizienten der gewichteten Summe, {f₁, f₂, ... f_N}, bei dem die Koeffizienten jeweils aus {–1; 0; 1} ausgewählt sind und bei dem nicht alle Koeffizienten gleich 0 sind, jeweils wenigstens eine der drei Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt ist. Dies wird nachfolgend auch als „Inkommensurabilitätsbedingung” bezeichnet, die entsprechenden Spoiler-Gradientenmomente als „inkommensurable Spoiler-Gradientenmomente”. Die entsprechenden Spoiler-Gradientenmomente verhindern nämlich gerade, dass die gewichtete Summe einen Wert aufweisen kann, der kleiner als die nach Gleichung (5) gewünschte Phasendispersion ist. In diesem Sinn sind die gewählten Spoiler-Gradientenmomente inkommensurabel.
Die unter Bezugnahme auf 7–14 beschriebenen Verfahren sind iterative Verfahren. Bei den Verfahren wird jeweils eine Richtung ausgewählt, entlang der ein Spoiler-Gradientenfeld in einem der Präparationsmodule variieren soll. Die Richtung kann abhängig davon gewählt werden, welche Spoiler-Gradientenmomente für wenigstens zwei der Raumrichtungen in vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens bereits festgelegt wurden. Dadurch kann das Spoiler-Gradientenmoment so festgelegt werden, dass die Inkommensurabilitätsbedingung erfüllt ist, die Amplitude des Spoiler-Gradientenmoments aber nicht unnötig groß gewählt werden muss.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 60 nach einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Verfahren 60 werden Spoiler-Gradientenfelder geschaltet, bei denen das B-Feld jeweils entlang einer der drei Raumrichtungen PE, RO, SL örtlich variiert. Für jede der Raumrichtungen können die sequentiell festgelegten Spoiler-Gradientenmomente jeweils eine geometrische Reihe bilden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Inkommensurabilitätsbedingung erfüllt ist.
Bei 61 werden drei Multiplikatoren FaktorPE, FaktorRO und FaktorSL, die den drei Raumrichtungen zugeordnet sind, jeweils initialisiert.
Bei 62 wird eine Iteration über einen Index i initialisiert.
Bei 63 wird in der ersten Iteration das Spoiler-Gradientenmoment bestimmt, das für die drei Raumrichtungen erforderlich wäre, um Gleichungen (1a)–(1c) zu erfüllen. Dazu werden M_i ^PE = FaktorPE·M_S ^PE, (6a) M_i ^RO = FaktorRO·M_S ^RO, (6b) M_i ^SL = FaktorSL·M_S ^SL, (6c) ermittelt. Die Schwellenwerte M_S ^PE, M_S ^RO und M_S ^SL auf der rechten Seite der Gleichungen (6a)–(6c) können wie in Gleichung (4) oder Gleichung (5) angegeben definiert sein.
In den anschließenden Schritten 64–71 wird bestimmt, welche der Größen M_i ^PE, M_i ^RO und M_i ^SL das Minimum dieser drei Größen ist. Diese definiert die Richtung, für die das Spoiler-Gradientenmoment in der Iteration i festgelegt wird, und den entsprechenden Betrag des Spoiler-Gradientenmoments. Dazu kann zunächst bei 64 ermittelt werden, ob M_i ^PE ≤ M_i ^RO und M_i ^PE ≤ M_i ^SL Falls dies der Fall ist, fährt das Verfahren bei 65 fort. Bei 65 wird festgelegt, dass das i-te Spoiler-Gradientenmoment für die PE-Richtung erzeugt wird und gleich M_i ^PE ist. Bei 66 wird FaktorPE verdoppelt. Dadurch wird berücksichtigt, dass bei nachfolgenden Iterationen ein größeres Spoiler-Gradientenmoment für die PE-Richtung erforderlich ist, um beispielsweise ein unerwünschtes Rephasieren durch zwei betragsmäßig gleiche Spoiler-Gradientenmoment für die PE-Richtung mit einem dazwischen eingestrahlten HF-Puls zu vermeiden. Das Verfahren fährt bei 72 fort.
Falls bei 64 ermittelt wird, dass M_i ^PE > M_i ^RO oder M_i ^PE > M_i ^SL, fährt das Verfahren bei 67 fort. Bei 67 kann ermittelt werden, ob M_i ^RO ≤ M_i ^SL und M_i ^RO ≤ M_i ^PE. Falls dies der Fall ist, fährt das Verfahren bei 68 fort. Bei 68 wird festgelegt, dass das i-te Spoiler-Gradientenmoment für die RO-Richtung erzeugt wird und gleich M_i ^RO ist. Bei 69 wird FaktorRO verdoppelt. Dadurch wird berücksichtigt, dass bei nachfolgenden Iterationen ein größeres Spoiler-Gradientenmoment für die RO-Richtung erforderlich ist, um beispielsweise ein unerwünschtes Rephasieren durch zwei betragsmäßig gleiche Spoiler-Gradientenmoment für die RO-Richtung mit einem dazwischen eingestrahlten HF-Puls zu vermeiden. Das Verfahren fährt bei 72 fort.
Falls bei 67 ermittelt wird, dass M_i ^RO > M_i ^SL oder M_i ^RO > M_i ^PE ist, fährt das Verfahren bei 70 fort. Bei 70 wird festgelegt, dass das i-te Spoiler-Gradientenmoment für die SL-Richtung erzeugt wird und gleich M_i ^SL ist. Bei 71 wird FaktorSL verdoppelt. Dadurch wird berücksichtigt, dass bei nachfolgenden Iterationen ein größeres Spoiler-Gradientenmoment für die RO-Richtung erforderlich ist, um beispielsweise ein unerwünschtes Rephasieren durch zwei betragsmäßig gleiche Spoiler-Gradientenmoment für die SL-Richtung mit einem dazwischen eingestrahlten HF-Puls zu vermeiden. Das Verfahren fährt bei 72 fort.
Bei 72 wird der Index i inkrementiert.
Bei 73 wird überprüft, ob der Index i kleiner oder gleich der Anzahl N von Präparationsmodulen ist, die innerhalb des relevanten Zeitintervalls liegen und für die Spoiler-Gradientenfelder erzeugt werden sollen. Falls i kleiner oder gleich der Anzahl N von Präparationsmodulen ist, kehrt das Verfahren zu 63 zurück. Bei 63 werden die Größen M_i ^PE, M_i ^RO und M_i ^SL gemäß Gleichungen (6a)–(6c) berechnet. Dabei wird berücksichtigt, dass in der vorausgegangenen Iteration einer der Faktoren FaktorPE, FaktorRO oder FaktorSL verdoppelt wurde. Für diejenige Richtung, für die das Spoiler-Gradientenmoment in der vorausgegangenen Iteration festgelegt wurde, müsste nunmehr entsprechend ein doppelt so großes Spoiler-Gradientenmoment festgelegt werden, um ein unerwünschtes Rephasieren von Spins sicher zu unterdrücken.
Falls bei 73 ermittelt wird, dass der Index i größer als die Anzahl N von Präparationsmodulen ist, fährt das Verfahren bei 74 fort.
Bei 74 werden die in Schritten 61–73 festgelegten N Spoiler-Gradientenmomente und zugeordnete Richtungen den unterschiedlichen Präparationsmodulen zugewiesen. Dazu können die Spoiler-Gradientenmomente in beliebiger Weise umgeordnet werden. Beispielsweise kann das betragsmäßig größte Spoiler-Gradientenmoment auch im ersten Präparationsmodul der Reihe von Präparationsmodulen erzeugt werden. Verschiedene Kriterien können zur Zuweisung von Spoiler-Gradientenmomenten und Präparationsmodulen angewandt werden. Beispielsweise kann bei Ausführungsbeispielen eine Zuweisung derart erfolgen, dass die ermittelten Spoiler-Gradientenmomente M →_i gemäß ihren vektoriellen Beträgen ||M →_i|| so zugewiesen werden, dass sie in der Reihe von Präparationsmodulen monoton abnehmen oder monoton zunehmen. Die Zuweisung kann so erfolgen, dass das Spoiler-Gradientenmoment M →_i mit maximalem Betrag ||M →_i|| unmittelbar vor dem ersten Bildgebungsmodul appliziert wird.
Bei 75 wird die Aufnahmesequenz mit Präparationsmodulen und wenigstens einem Bildgebungsmodul durchgeführt, wobei die festgelegten Spoiler-Gradientenmomente verwendet werden.
Während bei dem Verfahren 60 Spoiler-Gradientenmomente für alle drei Raumrichtungen PE, RO und SL festgelegt werden können, ist es nicht erforderlich, alle drei Raumrichtungen zu nutzen.
8 zeigt ein Verfahren 80 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei dem Verfahren 80 wird Gradienten-Spoiling mit Gradientenfeldern durchgeführt, die entlang der PE- oder RO-Achse örtlich veränderlich sind. Spoiler-Gradientenfelder, die entlang der SL-Achse örtlich veränderlich sind, werden nicht verwendet.
Die verschiedenen Schritte des Verfahrens 80 entsprechen den unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Verfahrensschritten, wobei die SL-Richtung nicht verwendet wird.
Bei weiteren Varianten können zwei andere Raumachsen, beispielsweise die PE- und SL-Richtung oder die RO- und SL-Richtung genutzt werden, um Spoiler-Gradientenfelder für unterschiedliche Richtungen zu generieren.
9 veranschaulicht die Wahl von Spoiler-Gradientenmomenten für das Verfahren von 7 und das Verfahren 8. 9 ist eine schematische Darstellung von Belegungsmatrizen 90 zu unterschiedlichen Stadien während des iterativen Verfahrens. Jeder von (0, 0) verschiedene Gitterpunkt der Belegungsmatrix stellt zunächst eine zulässige Wahl von Spoiler-Gradientenmomenten dar. Die Spoiler-Gradientenmomente sind in der PE-Richtung mit M_S ^PE skaliert, d. h. ein am Punkt (1, 0) der Belegungsmatrix gesetztes Spoiler-Gradientenfeld entspricht einem Spoiler-Gradientenmoment von M_S ^PE, das entlang der PE-Richtung appliziert wird. Die Spoiler-Gradientenmomente sind in der RO-Richtung mit M_S ^RO skaliert, d. h. ein am Punkt (0, 1) der Belegungsmatrix gesetztes Spoiler-Gradientenfeld entspricht einem Spoiler-Gradientenmoment von M_S ^RO, das entlang der RO-Richtung appliziert wird.
Bei Durchführung des Verfahrens von 7 oder 8 wird die Belegungsmatrix sequentiell gefüllt. Festgelegte Spoiler-Gradientenmomente M →_i sind mit gefüllten Kreisen gekennzeichnet. Die Wahl eines Spoiler-Gradientenmoments M →_i in der i-ten Iteration führt dazu, dass nicht nur dieses Spoiler-Gradientenmoment, sondern auch andere Spoiler-Gradientenmomente (beispielsweise –M →_i ) in den nachfolgenden Iterationen nicht mehr gewählt werden können, da dies die Inkommensurabilitätsbedingung verletzen würde. Derartige Spoiler-Gradientenmomente sind in nachfolgenden Iterationen „verboten” in dem Sinn, dass für wenigstens ein N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N} keine der drei Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt wäre. Dies würde die Zuverlässigkeit der Signalunterdrückung beeinträchtigen. Derartige verbotene Spoiler-Gradientenmomente sind mit offenen Kreisen dargestellt.
In der ersten Iteration können alle von (0, 0) verschiedenen Spoiler-Gradientenmomente gewählt werden, wie durch die Belegungsmatrix 91 dargestellt.
In der ersten Iteration, i = 1, kann insbesondere ein möglichst kleines Spoiler-Gradientenmoment gewählt werden. Beispielsweise kann ein Spoiler-Gradientenmoment (0, M_S ^RO) gewählt werden, falls M_S ^PE größer als M_S ^RO ist. Dies ist in der linken Spalte von 9 dargestellt. Nach Wahl des Spoiler-Gradientenmoments (0, M_S ^RO) für i = 1, ist neben dem belegten Feld 92 (voller Kreis) auch das Feld 93, das dem Spoiler-Gradientenmoment –(0, M_S ^RO) entspricht, verboten, da es zu einer Verletzung der Inkommensurabilitätsbedingung führen würde.
In der zweiten Iteration, i = 2, kann beispielsweise ein Spoiler-Gradientenmoment (M_S ^PE, 0) gewählt werden, falls M_S ^PE kleiner als 2·M_S ^RO ist. Entsprechend werden nun auch die Spoiler-Gradientenmomente (M_S ^PE, M_S ^RO), (M_S ^PE, –M_S ^RO), (–M_S ^PE, M_S ^RO) (–M_S ^PE, 0) und (–M_S ^PE, –M_S ^RO) zu „verbotenen” Feldern. Das Verfahren wird in den nachfolgenden Iterationen i = 3, 4, 5 entsprechend fortgesetzt, wie unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben.
Durch Ausnutzung der unterschiedlichen Raumrichtungen kann das Anwachsen der Spoiler-Gradientenmomente mit der Anzahl von Präparationsmodulen verlangsamt werden. Beispielsweise können die Spoiler-Gradientenmomente für neun Präparationsmodule und drei zur Verfügung stehenden Raumrichtungen wie folgt gewählt werden, wobei die Inkommensurabilitätsbedingung erfüllt bleibt:
(M_S ^PE; 0; 0)
(0; M_S ^RO; 0)
(0; 0; M_S ^SL)
(2·M_S ^PE; 0; 0)
(0; 2·M_S ^RO; 0)
(0; 0; 2·M_S ^SL)
(4·M_S ^PE; 0; 0)
(0; 4·M_S ^RO; 0)
(0; 0; 4·M_S ^SL)
Falls Spoiler-Gradientenmomente in eine der Raumrichtungen angelegt werden würden, wären zur Wahrung der Inkommensurabilitätsbedingung hingegen entsprechend Spoiler-Gradientenmomente erforderlich, die bis auf das 256-fache von einem der Schwellenwerte M_S ^PE, M_S ^RO oder M_S ^SL anwachsen würden. Durch die unabhängige Betrachtung der unterschiedlichen Raumrichtungen gemäß der Bedingung von Gleichung (1a)–(1c) werden die Anforderungen an die Amplitude des notwendigen Spoiler-Gradientenmoments verringert.
Ein Verfahren, wie es unter Bezugnahme auf 7–9 beschrieben wurde, erlaubt die Festlegung von Spoiler-Gradientenmomenten auch in Fällen, in denen die Ausdehnung des Bildgebungsvoxels nicht in allen drei Raumrichtungen gleich ist. Die unterschiedlichen Ausdehnungen und die daraus folgenden Unterschiede in M_S ^PE, M_S ^RO und M_S ^SL können bei dem Verfahren von 7–9 genutzt werden, um die maximale Amplitude der erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente möglichst niedrig zu halten.
Wenn erlaubt wird, dass in einem Präparationsmodul Spoiler-Gradientenmomente gleichzeitig entlang mehreren Raumachsen erzeugt werden, können in zahlreichen Fällen die maximal erforderlichen Spoiler-Gradientenmomente betragsmäßig weiter verringert werden. Beispielsweise erfüllen in einem Fall, in dem Spoiler-Gradientenmomente entlang der PE- und entlang der RO-Richtung erzeugt werden, auch folgende Spoiler-Gradientenmomente die Inkommensurabilitätsbedingung:
(–M_S ^PE; M_S ^RO)
(–M_S ^PE; –M_S ^RO)
(–M_S ^PE; 0)
Somit wird für jede Achse betragsmäßig nur ein Spoiler-Gradientenmoment von M_S ^PE oder M_S ^RO benötigt. Das Verfahren von 7–9 würde zu einem maximalen Spoiler-Gradientenmoment von 2·M_S ^PE oder 2·M_S ^RO führen.
Verschiedene Methoden können eingesetzt werden, um in einem Fall, in dem gleichzeitig Spoiler-Gradientenmomente entlang mehreren Raumachsen erzeugt werden dürfen, die Spoiler-Gradientenmomente systematisch festzulegen. Ein Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 10 und 11 näher beschrieben.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 nach einem Ausführungsbeispiel. Bei dem Verfahren erfolgt ein Festlegen von Spoiler-Gradientenmomenten für Präparationsmodule durch sequentielles Füllen einer Belegungsmatrix.
Bei 101 werden mit Schritten 61–73 des Verfahrens 60 von 7 Spoiler-Gradientenmomente M →_i ermittelt, wobei 1 ≤ i ≤ N.
Bei 102 wird abhängig von den so bestimmten Spoiler-Gradientenmomenten eine Größe einer Belegungsmatrix bestimmt. Dazu werden die Größen MaxFaktorPE, MaxFaktorRO und MaxFaktorSL gemäß folgenden Gleichungen berechnet: MaxFaktorPE = max_i=1...N(M_i ^PE/M_S ^PE), (7a) MaxFaktorRO = max_i=1...N(M_i ^RO/M_S ^RO), (7b) MaxFaktorSL = max_i=1...N(M_i ^SL/M_S ^SL). (7c)
Diese Größen gegeben das in der entsprechenden Richtung erforderliche maximale Moment, gemessen in Einheiten des dieser Richtung zugeordneten Schwellenwerts gemäß Gleichung (4) oder (5), an.
Bei 103 wird eine 3D-Belegungsmatrix generiert, deren Abmessungen von den bei 102 ermittelten Größen MaxFaktorPE, MaxFaktorRO und MaxFaktorSL abhängen. Die Belegungsmatrix kann beispielsweise so generiert werden, dass sie in der PE-Richtung die diskreten Punkte (–MaxFaktorPE, –MaxFaktorPE + 1, ..., 0, 1, ..., MaxFaktorPE-1, MaxFaktorPE), in der RO-Richtung die die diskreten Punkte (–MaxFaktorRO, –MaxFaktorRO + 1, ..., 0, 1, ..., MaxFaktorRO – 1, MaxFaktorRO) und in der SL-Richtung die diskreten Punkte (–MaxFaktorSL, –MaxFaktorSL + 1, ..., 0, 1, ..., MaxFaktorSL – 1, MaxFaktorSL) aufweist. Eine beispielhafte Belegungsmatrix wird unter Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Bei 104 wird das Feld (0, 0, 0) als verbotenes Feld markiert.
Bei 105 wird eine Iteration über einen Index i initialisiert.
Bei 106 wird überprüft, ob die Belegungsmatrix wenigstens ein freies Feld aufweist. Falls dies nicht der Fall ist, fährt das Verfahren bei 107 fort. Bei 107 werden die bei 101 ermittelten Spoiler-Gradientenmomente M →_i verwendet. Dazu können die in dem Verfahren 100 festgelegten Spoiler-Gradientenmomente N →_i = M →_i gesetzt werden. Das Verfahren fährt bei 113 fort.
Falls bei 106 ermittelt wird, dass die Belegungsmatrix wenigstens ein freies Feld aufweist, fährt das Verfahren bei 108 fort. Bei 108 wird ein freies Feld der Belegungsmatrix mit den Koordinaten (PE_i, RO_i, SL_i) gewählt. Dabei können wenigstens zwei der drei Koordinaten von Null verschieden sein.
Bei 109 wird der Vektor N →_i von Spoiler-Gradientenmomenten, der in dieser Iteration festgelegt wird, definiert als N →_i = (PE_i·M_S ^PE, RO_i·M_S ^RO, SL_i·M_S ^SL). (8)
Bei 110 werden alle Felder der Belegungsmatrix als verboten markiert, die in Zusammenspiel mit dem bei 109 festgelegten Vektor N →_i von Spoiler-Gradientenmomenten zu einer Verletzung der Inkommensurabilitätsbedingung führen können. Dazu wird für jedes belegte Feld der Belegungsmatrix mit den Koordinaten (PE_b, RO_b, SL_b) das Feld (PE_b + PE_i, RO_b + RO_i, SL_b + SL_i) und das Feld (PE_b + PE_i, RO_b + RO_i, SL_b + SL_i) als verboten markiert.
Bei 111 wird i inkrementiert.
Bei 112 wird überprüft, ob i kleiner oder gleich N ist. Falls ermittelt wird, dass i kleiner oder gleich N ist, kehr das Verfahren zu 106 zurück. Andernfalls fährt das Verfahren bei 113 fort.
Bei 113 werden die ermittelten Spoiler-Gradientenmomente den unterschiedlichen Präparationsmodulen zugewiesen. Dies kann wie für Schritt 74 des Verfahrens 60 beschrieben erfolgen.
Bei 114 wird die Aufnahmesequenz durchgeführt, wobei in den Präparationsmodulen Spoiler-Gradientenmomente gemäß den festgelegten Vektoren N →_i von Spoiler-Gradientenmomenten geschaltet werden.
Das Verfahren von 10 kann entsprechend für den Fall abgewandelt werden, in dem Spoiler-Gradientenfelder nur entlang von zwei Raumrichtungen geschaltet werden sollen. Dazu kann beispielsweise die Größe der Belegungsmatrix in der entsprechenden Richtung, beispielsweise MaxFaktorSL, in Schritt 102 auf Null gesetzt werden.
Bei dem Verfahren kann in Schritt 108 grundsätzlich jedes freie Feld, d. h. jedes nicht belegte und nicht anderweitig verbotene Feld, der Belegungsmatrix gewählt werden. Das Verfahren kann um eine weitere Schleife erweitert werden, bei der die Schritte 102–112 für mehrere verschiedene bei 108 gewählte Spoiler-Gradientenmomente wiederholt werden. Die jeweils resultierenden Spoiler-Gradientenmomente N →_i können gespeichert werden. Unter den mehreren Lösungen kann eine ausgewählt werden, die die kleinsten maximalen Amplituden der Spoiler-Gradientenmomente aufweist.
11 veranschaulicht das Verfahren von 10, falls Spoiler-Gradientenmomente entlang der RO- und der SL-Achse geschaltet werden. 11 ist eine schematische Darstellung von Belegungsmatrizen 120 zu unterschiedlichen Stadien während des iterativen Verfahrens. Jeder von (0, 0) verschiedene Gitterpunkt der Belegungsmatrix stellt zunächst eine zulässige Wahl von Spoiler-Gradientenmomenten dar, wie durch die anfängliche Belegungsmatrix 121 dargestellt.
In der ersten Iteration, i = 1, kann ein beliebiges freies Feld gewählt werden. Zweckmäßig wird ein Feld gewählt, das um weniger als einen Schwellenwert vom Zentrum der Belegungsmatrix entfernt ist. Beispielsweise kann ein Feld (–1, 1) gewählt werden, das einem Spoiler-Gradientenmoment (–M_S ^PE, M_S ^RO) entspricht.
Wie in der rechten Spalte von 11 dargestellt, führt dies dazu, dass neben dem belegten Feld (–1, 1) auch das Feld (0–(–1), 0–1) = (1, –1) verboten wird. Das Verfahren fährt mit der Wahl eines weiteren freien Felds in der nächsten Iteration fort. Entsprechend Schritt 110 des Verfahrens von 10 werden Felder als verboten markiert, die zu einer Verletzung der Inkommensurabilitätsbedingung führen würden.
Bei den Verfahren, wie sie unter Bezugnahme auf 7–11 näher beschrieben wurden, wird zur Unterdrückung von unerwünschten Signalbeiträgen sichergestellt, dass die Inkommensurabilitätsbedingung nach Gleichungen (1a)–(1c) erfüllt ist.
Falls mehrere Bildgebungsmodule eingesetzt werden, beispielsweise bei Steady-State Verfahren wie PSIF- oder FISP-Verfahren oder bei Multi-Gradientenechos wie MPRAGE, können jedoch auch in den Bildgebungsmodulen neue Kohärenzpfade generiert werden. Signalkohärenzen mit unterschiedlicher Historie können unter bestimmten Umständen wieder zum erfassten Signal beitragen. Dies kann insbesondere für unerwünschte Signalbeiträge aus den Präparationsmodulen, die durch eine Reihe von Bildgebungsmodulen wieder rephasiert werden können. Um dies zu vermeiden, können die Spoiler-Gradientenmomente abhängig von den Bildgebungs-Gradientenmomenten gewählt werden, die in den Bildgebungsmodulen appliziert werden.
Häufig wird bei Verwendung mehrerer Bildgebungsmodule zur Vermeidung von Geistartefakten in jedem Bildgebungsmodul ein definiertes, konstantes Bildgebungs-Gradientenmoment M →_B = (M_B ^PE, M_B ^RO, M_B ^SL) (9) verwendet.
Um unerwünschte Signalkohärenzpfade zwischen den Präparationsmodulen und mehreren Bildgebungsmodulen zu vermeiden, können die Spoiler-Gradientenmomente abhängig von dem Bildgebungs-Gradientenmoment M →_B gewählt werden.
Hierzu können Bedingungen ähnlich zu Gleichungen (1a)–(1c) aufgestellt werden, die jedoch die weitere Spindynamik in den Bildgebungsmodulen berücksichtigen. Beispielsweise können die Spoiler-Gradientenmomente für die Präparationsmodule so festgelegt werden, dass

|(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^PE) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^PE)| ≥ M_S ^PE und/oder (2a)

|(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^RO) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^RO)| ≥ M_S ^RO und/oder (2b)

|(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^SL) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^SL)| ≥ M_S ^SL. (2c)

Die Summen über i und j laufen dabei über Präparations- und Bildgebungsmodule, die innerhalb eines durch die Relaxationszeit T1 der entsprechenden Spin-Spezies definierten Zeitintervalls (beispielsweise mit der Länge 3·T1) liegen. In Gleichungen (2a)–(2c) können die Koeffizienten g_j auch alle gleich 0 sein. Das heißt, wenigstens eine der Gleichungen (2a)–(2c) muss auch für {g₁, g₂, ..., g_K} = {0, 0, ..., 0} erfüllt sein.
Verfahren, mit denen eine entsprechende Wahl der Spoiler-Gradientenmomente systematisch ausgeführt werden kann, werden unter Bezugnahme auf 12–14 näher beschrieben. Derartige Verfahren können beispielsweise auf den unter Bezugnahme auf 7–9 beschriebenen Verfahren oder auf den unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschriebenen Verfahren beruhen.
12 und 13 in Kombination zeigen ein Flussdiagramm eines Verfahrens 130 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 130 beruht auf dem unter Bezugnahme auf 7 beschriebenen Verfahren 60. Das Bildgebungs-Gradientenmoment kann durch eine Wahl der Anfangswerte für FaktorPE, FaktorRO und FaktorSL in Abhängigkeit von dem Bildgebungs-Gradientenmoment berücksichtigt werden, die in Schritten 131–137 erfolgt.
Bei 131 wird diejenige der drei Raumrichtungen ermittelt, die im abstrakten Raum der Gradientenmomente den kleinsten Winkel mit einer Linie m·M →_B (10) mit einem reellen Parameter m, der die Linie parametrisiert, aufweist.
Bei 132 werden FaktorPE, FaktorRO und FaktorSL jeweils gleich 1 gesetzt.
Bei 133 wird der Faktor, der der Achse A zugeordnet ist, die den kleinsten Winkel mit der Linie gemäß Gleichung (10) einschließt, auf einen großen Wert, beispielsweise unendlich gesetzt.
In Schritten 134–139 werden anschließend die Werte für die den beiden anderen Raumrichtungen zugeordneten Größen Faktor-PE, FaktorRO oder FaktorSL selektiv verdoppelt, um einen ausreichenden Abstand von der Linie herzustellen, die durch Gleichung (10) gegeben ist. Anders ausgedrückt können so bereits die Punkte einer Belegungsmatrix ausgeschlossen werden, für die die Einhaltung der Inkommensurabilitätsbedingung gemäß Gleichungen (2a)–(2c) nicht sichergestellt werden könnte.
Bei 134 kann überprüft werden, ob |FaktorPE·M_S ^PE – M_B ^PE| < M_S ^PE, (11) wobei M_S ^PE durch Gleichung (4) oder Gleichung (5) definiert werden kann. Falls dies der Fall ist, wird bei 135 die Größe FaktorPE verdoppelt. Das Verfahren kehrt zu 134 zurück. Die selektive Verdoppelung wird fortgesetzt, bis ein ausreichender Abstand von M_B ^PE hergestellt ist. Falls Gleichung (11) nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei 136 fort.
Bei 136 kann überprüft werden, ob |FaktorPE·M_S ^RO – M_B ^RO| < M_S ^RO, (12) wobei M_S ^RO durch Gleichung (4) oder Gleichung (5) definiert werden kann. Falls dies der Fall ist, wird bei 137 die Größe FaktorRO verdoppelt. Das Verfahren kehrt zu 136 zurück. Die selektive Verdoppelung wird fortgesetzt, bis ein ausreichender Abstand von M_B ^RO hergestellt ist. Falls Gleichung (12) nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren bei 138 fort.
Bei 138 kann überprüft werden, ob |FaktorPE·M_S ^SL – M_B ^SL| < M_S ^SL, (13) wobei M_S ^SL durch Gleichung (4) oder Gleichung (5) definiert werden kann. Falls dies der Fall ist, wird bei 139 die Größe FaktorSL verdoppelt. Das Verfahren kehrt zu 138 zurück. Die selektive Verdoppelung wird fortgesetzt, bis ein ausreichender Abstand von M_B ^SL hergestellt ist. Falls Gleichung (13) nicht erfüllt ist, fährt das Verfahren mit den in 13 dargestellten Schritten fort.
Die nachfolgenden Schritte 63–75 des Verfahrens 130 entsprechen den Schritten 63–75 des Verfahrens 60 von 7. Aufgrund der vorangegangenen Schritte 131–139 kann bzw. können einer oder mehrere der Anfangswerte für die Größen FaktorPE, FaktorRO, FaktorSL jeweils größer als 1 sein. Dies kann zu entsprechend größeren Spoiler-Gradientenmomenten führen.
Die Wirkung der Schritte 131–139 kann anschaulich so verstanden werden, dass dadurch ein ausreichender Abstand von der durch Gleichung (10) definierten Linie hergestellt wird, um eine Verletzung der Inkommensurabilitätsbedingung gemäß Gleichungen (2a)–(2c) zu vermeiden. Dies ist in 14 veranschaulicht.
14 stellt eine Belegungsmatrix 140 in der PE- und RO-Ebene dar. Es muss ein ausreichender Abstand von der durch Gleichung (10) definierten Linie 141, deren Richtung dem Bildgebungs-Gradientenmoment entspricht, sichergestellt werden. Andernfalls könnte die Inkommensurabilitätsbedingung gemäß Gleichungen (2a)–(2c) verletzt werden. Dieser Abstand wird dadurch erreicht, dass die benachbart zur Linie 141 liegenden Felder ausgeschlossen werden, deren Abstand von der Linie 141 weniger als M_S ^PE in der PE-Richtung und weniger als M_S ^RO in der RO-Richtung und weniger als M_S ^SL in der SL-Richtung ist.
Auch ein Verfahren, bei dem eine Belegungsmatrix sequentiell gefüllt wird und bei dem die gleichzeitige Anwendung von Spoiler-Gradientenmomenten entlang mehreren Raumachsen möglich ist, kann abhängig von dem Bildgebungs-Gradientenmoment angepasst werden. Beispielsweise kann das Verfahren von 10 wie folgt implementiert werden.
In Schritt 101 werden die Spoiler-Gradientenmomente M →_i mit dem Verfahren 130 von 12 und 13 ermittelt.
In Schritt 104 werden alle Felder als verboten markiert, die sich in einem Abstand von kleiner als M_S ^PE in der PE-Richtung und von kleiner als M_S ^RO in der RO-Richtung und von kleiner als M_S ^SL in der SL-Richtung von der Linie befinden, die durch Gleichung (10) definiert ist und deren Richtung durch die Bildgebungs-Gradientenmomente definiert ist.
Zahlreiche Abwandlungen und Weiterbildungen der detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können bei weiteren Ausführungsbeispielen realisiert werden.
Falls in einigen der Präparationsmodule Gradientenpulse verwendet werden, die nicht dem Gradienten-Spoiling dienen, können diese rephasiert werden. So kann verhindert werden, dass die Gradientenmomente dieser Gradientenpulse mit den Spoiler-Gradientenmomenten interferieren.
Die maximale Amplitude der Spoiler-Gradientenmomente kann anwendungsspezifisch begrenzt werden. Beispielsweise können achsespezifische Grenzwerte M_L ^PE, M_L ^RO und M_L ^SL definiert werden. Die Abbruchbedingung in Schritt 73 des Verfahrens 60 von 7 oder des Verfahrens 80 von 8 kann entsprechend angepasst werden, dass ein Abbruch erfolgt, falls i > N oder falls M_i ^PE > M_L ^PE oder falls M_i ^RO > M_L ^RO oder falls M_i ^SL > M_L ^SL Bei dem Verfahren, bei denen eine Belegungsmatrix gefüllt wird, wie in 10, können die achsenspezifischen Grenzwerte M_L ^PE, M_L ^RO und M_L ^SL bereits bei der Erzeugung der Belegungsmatrix berücksichtigt werden.
Falls die Anzahl N' von Spoiler-Gradientenmomenten (d. h. i – 1 beim Zeitpunkt des Abbruchs) kleiner als die Anzahl N von Präparationsmodulen ist, für die ein Spoiler-Gradientenmoment geschaltet werden soll, können die Spoiler-Gradientenmomente in zyklischer Weise für die verschiedenen Präparationsmodule verwendet werden: M →₁, M →₂, ..., M →_N', M →₁, M →₂, ..., M →_N' usw. Alternativ könnten die ermittelten Spoiler-Gradientenmomente innerhalb jeder Reihe von Präparationsmodulen P_j ¹, P_j ², ..., P_j ^N verwendet werden. D. h., dieselben Spoiler-Gradientenmomente können für jede der unterschiedlichen Reihen von Präparationsmodulen verwendet werden. Falls ausreichend viele Spoiler-Gradientenmomente ermittelt werden können, die der Inkommensurabilitätsbedingung genügen, können diese auch mehrere Reihen von Präparationsmodulen überdecken, ohne dass eine Folge von Spoiler-Gradientenmomenten in jeder Reihe von Präparationsmodulen wiederholt werden muss.
Die Zuweisung der festgelegten Spoiler-Gradientenmomente zu den unterschiedlichen Präparationsmodulen kann auf unterschiedliche geeignete Weisen erfolgen. Beispielsweise können Spoiler-Gradientenmomente mit maximaler Amplitude ||M →_i|| unmittelbar vor dem jeweils ersten Bildgebungsmodul B_j ¹ appliziert werden, um die zuletzt generierte Transversalmagnetisierung maximal zu dephasieren.
Die Polarität der Spoiler-Gradientenmomente kann beliebig gewählt werden. Beispielsweise kann die Polarität derart gewählt werden, dass alle Spoiler-Gradientenmomente M →_i innerhalb einer Halbebene oder eines Halbraums des Raums von Spoiler-Gradientenmomenten liegen. Auf diese Weise kann eine starke Unterdrückung von Signalpfaden, die primär zur Rephasierung führen, erreicht werden.
Die Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können Gradienten-Spoiling mit HF-Spoiling kombinieren. Dabei kann beispielsweise ein HF-Spoiling derart eingesetzt werden, dass eine Phaseninkrementierung nicht nur zwischen den jeweils ersten Präparationsmodulen P₁ ¹, P₂ ¹, etc. unterschiedlicher Reihen von Präparationsmodulen, sondern auch innerhalb jeder Reihe von Präparationsmodulen P₁ ¹, P₁ ², ..., P₁ ^L erfolgt. Beispielsweise kann die quadratische Inkrement-Vorschrift, die in Y. Zur, „Spoiling of Transverse Magnetization in Steady-State Sequences”, MRM 21, 251–263 (1991) beschrieben ist, entsprechend angepasst werden. Ein Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 15–18 näher beschrieben.
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 150 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren kombiniert Gradienten-Spoiling und HF-Spoiling.
Bei 151 werden Spoiler-Gradientenmomente festgelegt. Die Festlegung der Spoiler-Gradientenmomente kann beispielsweise nach jedem der unter Bezugnahme auf 7–14 beschriebenen Verfahren erfolgen.
Bei 152 wird für jedes erste Präparationsmodul P₁ ¹, P₂ ¹, etc. der unterschiedlichen Reihen von aufeinanderfolgen Präparationsmodulen eine Phase der HF-Pulse festgelegt. Die Phase kann die Phasenlage bzw. den Winkel des eingestrahlten HF-Pulses in einem rotierenden Koordinatensystem (um das B0-Feld rotierend) definieren. Eine quadratische Inkrementvorschrift, wie sie beispielsweise in Y. Zur, „Spoiling of Transverse Magnetization in Steady-State Sequences”, MRM 21, 251–263 (1991) beschrieben ist, kann zum Festlegen der Phasen verwendet werden.
Bei 153 werden für die nachfolgenden Präparationsmodule der unterschiedlichen Reihen, d. h. für die Präparationsmodule P₁ ², P₁ ³, ..., P₁ ^N der ersten Reihe von Präparationsmodulen, für die Präparationsmodule P₂ ², P₂ ³, ..., P₂ ^N der zweiten Reihe von Präparationsmodulen etc., Phasen der jeweils applizierten HF-Pulse festgelegt. Wie unter Bezugnahme auf 17 noch näher beschrieben wird, kann die Festlegung ebenfalls gemäß einer quadratischen Inkrementvorschrift erfolgen. In diesem Fall wird durch Schritte 152 und 153 ein verschachteltes quadratisches Inkrementverfahren realisiert.
Bei 154 wird die Aufnahmesequenz durchgeführt, wobei die festgelegten Spoiler-Gradientenmomente und die festgelegten Phasen für die HF-Pulse verwendet werden.
16 zeigt ein Flussdiagramm einer Prozedur 160, die zur Festlegung der Phasen der HF-Pulse in Schritt 152 des Verfahrens 150 eingesetzt werden kann. Dabei wird eine quadratische Inkrementvorschrift verwendet. Die Prozedur kann verwendet werden, um die Phase Φ_j ⁽¹⁾ für den HF-Puls in dem Präparationsmodul P_j ¹ festzulegen.
Bei 161 wird eine Phase Φ = 0 gesetzt. Darüber hinaus wird eine weitere Phase φ = 0 gesetzt, und ein Winkelinkrement Φ_inc wird auf einen vorgegebenen, fixen Wert Δψ gesetzt. Der Wert Δψ kann beispielsweise gleich 117°, 50°, 84° oder ein andere geeigneter Wert sein. Ein Index i wird auf 1 gesetzt.
Bei 162 wird φ um φ_inc inkrementiert.
Bei 163 wird Φ um φ inkrementiert.
Bei 164 wird überprüft, ob i gleich j ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird i bei 165 inkrementiert. Das Verfahren kehrt zu 162 zurück.
Falls i = j, wird bei 166 die Phase Φ_j ⁽¹⁾ für den HF-Puls in dem Präparationsmodul P_j ¹ auf Φ festgelegt. Durch die Inkrementierung der verschiedenen Winkel in Schritten 162 und 163 liegt eine quadratische Inkrementierungsvorschrift vor.
17 zeigt ein Flussdiagramm einer Prozedur 170, die zur Festlegung der Phasen der HF-Pulse in Schritt 153 des Verfahrens 150 eingesetzt werden kann. Dabei wird wiederum eine quadratische Inkrementvorschrift verwendet. Diese wird nunmehr jedoch auf die unterschiedlichen Präparationsmodule der Reihe von Präparationsmodulen angewendet, die vor einem Bildgebungsmodul durchgeführt werden. Die Prozedur kann verwendet werden, um die Phase Φ_j ^(l) für den HF-Puls in dem zweiten, dritten bzw. allgemein l-ten Präparationsmodul P_j ^l der j-ten Reihe von Präparationsmodulen festzulegen.
Bei dem Flussdiagramm von 17 bezeichnet j die entsprechende Reihe von Präparationsmodulen und l einen Index, der unterschiedliche Präparationsmodule innerhalb der Reihe kennzeichnet.
Bei 171 wird die Phase des HF-Pulses für das erste Präparationsmodul P_j ¹ der Reihe ausgelesen. Dieser Wert kann wie unter Bezugnahme auf 16 beschrieben ermittelt werden.
Bei 172 wird eine Phase φ = 0 gesetzt, und ein Winkelinkrement Φ_inc wird auf einen vorgegebenen, fixen Wert Δψ gesetzt. Der Wert Δψ kann beispielsweise gleich 117°, 50°, 84° oder ein andere geeigneter Wert sein. Ein Index l wird auf 2 gesetzt.
Bei 173 wird φ um φ_inc inkrementiert.
Bei 174 wird Φ_j ^(l) gemäß Φ_j ^(l) = Φj^(l-1) + φ (14) berechnet.
Bei 175 wird überprüft, ob der Index l dem letzten Präparationsmodul der Reihe entspricht, d. h. ob l = L ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird l bei 176 inkrementiert. Das Verfahren kehrt zu 173 zurück.
Falls bei 175 ermittelt wird, dass l = L ist, endet die Prozedur bei 177. Die Prozedur kann für die unterschiedlichen Reihen von Präparationsmodulen wiederholt werden.
Durch die Inkrementierung der verschiedenen Winkel in Schritten 173 und 174 liegt eine quadratische Inkrementierungsvorschrift, jedoch nunmehr innerhalb der Reihe von vor dem Bildgebungsmodul B_j ¹ applizierten Präparationsmodulen vor.
Durch die Prozeduren von 15 und 16 kann sowohl mit fortlaufendem j, d. h. von Reihe zu Reihe, als auch mit fortlaufendem l, d. h. innerhalb einer Reihe von Präparationsmodulen, ein wirksames HF-Spoiling erreicht werden. Die zweite Inkrementierungsvorschrift nach der Prozedur 170 von 17 kann auch auf die nachfolgenden Bildgebungsmodule ausgedehnt werden.
18 veranschaulicht das HF-Spoiling gemäß der verschachtelten quadratischen Inkrementierungsvorschrift. Ein Magnetfeld 181 eines HF-Pulses, der in dem ersten Präparationsmodul P_j ¹ einer Reihe appliziert wird, hat eine Phasenlage 182. Diese kann in einem um das Grundfeld rotierenden Bezugssystem definiert sein.
Ein Magnetfeld 183 eines HF-Pulses, der in dem zweiten Präparationsmodul P_j ² eine Reihe appliziert wird, hat eine Phasenlage 184 relativ zu dem ersten HF-Puls. Ein Magnetfeld 185 eines HF-Pulses, der in dem dritten Präparationsmodul P_j ³ eine Reihe appliziert wird, hat eine Phasenlage 186 relativ zu dem ersten HF-Puls. Die Phasenlagen 184, 186 innerhalb der Reihe von Präparationsmodulen werden gemäß der quadratischen Inkrementvorschrift der Prozedur 170 von 17 ermittelt.
Mit Verfahren und Vorrichtungen nach Ausführungsbeispielen können unerwünschte Kohärenzen, die durch die Historie der Manipulation der Magnetisierung in mehreren Präparations- und Bildgebungsmodulen resultieren können, unterdrückt werden. Dadurch können beispielsweise Artefakte verringert werden.
19 zeigt ein MR-Bild 191, das mit einem herkömmlichen Verfahren wurde, im Vergleich mit einem MR-Bild 192 desselben Objekts, das mit einem Verfahren nach einem Ausführungsbeispiel erfasst wurde. Der Einsatz von Gradienten-Spoiling nach einem Ausführungsbeispiel und von HF-Spoiling führt zu einer Reduktion von Artefakten und zu einer Verbesserung der Bildqualität.

Claims

Verfahren zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung mit einer Aufnahmesequenz (20), die mehrere Präparationsmodule (21–23, 31–33) und wenigstens ein Bildgebungsmodul (24–26, 34–36) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: – Präparieren einer Magnetisierung in den mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33), und – Aufnehmen von MR-Signalen in dem wenigstens einen Bildgebungsmodul (24–26, 34–36), wobei – in den mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33) Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) erzeugt werden, um auf eine Transversalmagnetisierung einzuwirken, wobei in einem Präparationsmodul (21, 31) ein entlang einer Richtung (19) örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld (45, 46; 51, 59) und in einem weiteren Präparationsmodul (22, 23, 32, 33) ein entlang einer von der Richtung (19) verschiedenen weiteren Richtung (17, 18) ein örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld (45, 46; 51, 59) erzeugt wird, und – die Spoiler-Gradientenmomente (92) der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) so gewählt werden, dass für wenigstens eine von drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente (92), die entlang dieser Raumrichtung (19) appliziert werden, eine Schwellenwertbedingung erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend ein Festlegen der Spoiler-Gradientenmomente (92) für die mehreren Präparationsmodule (21–23, 31–33), wobei das Festlegen ein iteratives Verfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in einer Iteration des iterativen Verfahrens ein Spoiler-Gradientenmoment, das entlang einer ersten Raumrichtung (19) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) appliziert wird, abhängig von einem zweiten Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten, die entlang einer davon verschiedenen zweiten Raumrichtung (17, 18) der drei orthogonalen Raumrichtungen appliziert werden, festgelegt wird, wobei das zweite Maximum ein Maximum der in den vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens festgelegten Spoiler-Gradientenmomente ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei in der Iteration das Spoiler-Gradientenmoment (92) entlang der ersten Raumrichtungen (19) weiterhin abhängig von einem ersten Maximum von Spoiler-Gradientenmomenten entlang der ersten Raumrichtung (19), das in den vorhergehenden Iterationen des iterativen Verfahrens festgelegt wurde, festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Iteration umfasst: – Vergleichen des Zweifachen des ersten Maximums mit dem zweiten Maximum, und – Festlegen des Spoiler-Gradientenmoments (92), das entlang der ersten Raumrichtung (19) appliziert wird, abhängig von einem Ergebnis des Vergleichens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, wobei das iterative Verfahren umfasst: – sequenzielles Füllen einer mehrdimensionalen Belegungsmatrix (90, 91; 120, 121), die in einem Raum von Spoiler-Gradientenmomenten definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das iterative Verfahren umfasst: – Ausschließen von Feldern (93; 142, 143) der Belegungsmatrix (90, 91; 120, 121) abhängig von der Schwellenwertbedingung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in wenigstens einem der Präparationsmodule (21, 31) ein erstes Spoiler-Gradientenfeld (45), das entlang einer (19) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) räumlich veränderlich ist, erzeugt wird und in wenigstens einem weiteren der Präparationsmodule (22, 23, 32, 33) ein zweites Spoiler-Gradientenfeld (46), das entlang einer anderen (18) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) örtlich veränderlich ist, erzeugt wird, wobei ein Spoiler-Gradientenmoment des ersten Spoiler-Gradientenfelds (45) ein ganzzahliges Vielfaches eines ersten Schwellenwerts und ein Spoiler-Gradientenmoment des zweiten Spoiler-Gradientenfelds (46) ein ganzzahliges Vielfaches eines zweitens Schwellenwerts ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei der erste Schwellenwert abhängig von einer Ausdehnung (44) eines Bildgebungsvoxels (41) in der einen (19) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) festgelegt wird und der zweite Schwellenwert abhängig von einer Ausdehnung (43) des Bildgebungsvoxels (41) in der anderen (18) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in wenigstens einem der Präparationsmodule (21–23, 31–33) sowohl ein erstes Spoiler-Gradientenfeld, das in einer ersten Raumrichtung (17) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) örtlich veränderlich ist, als auch ein zweites Spoiler-Gradientenfeld, das in einer zweiten Raumrichtung (18, 19) der drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) örtlich veränderlich ist, erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die drei orthogonalen Raumrichtungen (17–19) einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung entsprechen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) so gewählt werden, dass – für jedes N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N}, das nicht gleich (0, 0, ...,0} ist und bei dem jeder Koeffizient f_i mit 1 ≤ i ≤ N ausgewählt ist aus der Gruppe (–1; 0; 1), wobei N eine Anzahl von Präparationsmodulen (21–23, 31–33) bezeichnet, die folgende Bedingung für wenigstens eine Raumrichtung, Dir, der drei orthogonalen Raumrichtungen erfüllt ist: |Σ_i=1...Nf_i·M_i ^Dir| ≥ M_S ^Dir, wobei – i ein Index für Präparationsmodule (21–23, 31–33) ist, – Dir ausgewählt ist aus einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung, – M_i ^Dir ein Spoiler-Gradientenmoment entlang der entsprechenden Raumrichtung im i-ten Präparationsmodul ist, und – M_S ^Dir ein der entsprechenden Raumrichtung zugeordneter Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) abhängig von einem Bildgebungs-Gradientenmoment, das in den Bildgebungsmodulen (24–26, 34–36) erzeugt wird, gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Spoiler-Gradientenmomente der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) so gewählt werden, dass – für jedes N-Tupel von Koeffizienten {f₁, f₂, ..., f_N}, das nicht gleich {0, 0, ..., 0} ist und bei dem jeder Koeffizient f_i mit 1 ≤ i < N ausgewählt ist aus einer Gruppe (–1; 0; 1), wobei N eine Anzahl von Präparationsmodulen (21–23, 31–33) bezeichnet, und – für jedes K-Tupel von Koeffizienten {g₁, g₂, ..., g_K}, bei dem jeder Koeffizient g_j mit 1 ≤ j ≤ K ausgewählt ist aus der Gruppe (–1; 0; 1), wobei K eine Anzahl von Bildgebungsmodulen bezeichnet, die folgende Bedingung für wenigstens eine Raumrichtung, Dir, der drei orthogonalen Raumrichtungen erfüllt ist: |(Σ_i=1...Nf_i·M_i ^Dir) + (Σ_j=1...Kg_j·M_B ^Dir)| ≥ M_S ^Dir wobei – i ein Index für Präparationsmodule (21–23, 31–33) ist, – j ein Index für Bildgebungsmodule (24–26, 34–36) ist, – Dir ausgewählt ist aus einer Phasenkodierrichtung, einer Frequenzkodierrichtung und einer Schichtselektionsrichtung, – M_i ^Dir ein Spoiler-Gradientenmoment entlang der entsprechenden Raumrichtung im i-ten Präparationsmodul (21–23, 31–33) ist, – M_B ^Dir ein Bildgebungs-Gradientenmoment entlang der entsprechenden Raumrichtung in den Bildgebungsmodulen (24–26, 34–36) ist, und – M_S ^Dir ein der entsprechenden Raumrichtung zugeordneter Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 15, wobei die Spoiler-Gradientenmomente (92) so gewählt werden, dass die Bedingung für mehr als eine der drei orthogonalen Raumrichtungen erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 13, Anspruch 15 oder Anspruch 16, wobei der Schwellenwert gegeben ist durch: M_S ^Dir = 2·π/(γ·d^Dir), wobei γ ein gyromagnetisches Verhältnis eines Kerns und d^Dir eine Ausdehnung (42–44) eines Bildgebungsvoxels (41) in der Richtung Dir ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei weiterhin ein Hochfrequenz-Spoiling eingesetzt wird.
Vorrichtung zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung, umfassend: – eine Empfangseinrichtung (16) zum Aufnehmen von MR-Signalen in wenigstens einem Bildgebungsmodul (24–26, 34–36) einer Aufnahmesequenz (20), – eine Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung (12, 13) zum Erzeugen von Spoiler-Gradientenfeldern in mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33) der Aufnahmesequenz, und – eine mit der Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung (12, 13) gekoppelte Steuerung (7), wobei die Steuerung (7) eingerichtet ist, – um Spoiler-Gradientenmomente (92) der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) so festzulegen, dass für wenigstens eine von drei orthogonalen Raumrichtungen eine gewichtete Summe der Spoiler-Gradientenmomente (92), die entlang dieser Raumrichtung appliziert werden, eine Schwellenwertbedingung erfüllt, und – um die Gradientenfeld-Erzeugungseinrichtung (12, 13) in den mehreren Präparationsmodulen (21–23, 31–33) zum Erzeugen der Spoiler-Gradientenfelder (45, 46; 51, 59) zu steuern, um auf eine Transversalmagnetisierung einzuwirken, so dass in einem Präparationsmodul (21, 31) ein entlang einer Richtung (19) örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld (45) und in einem weiteren Präparationsmodul (22, 23, 32, 33) ein entlang einer von der Richtung (19) verschiedenen weiteren Richtung (18) örtlich veränderliches Spoiler-Gradientenfeld (46) erzeugt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19, welche zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–18 eingerichtet ist.
Computerprogramm, umfassend eine Befehlsfolge, die bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung (7) einer Vorrichtung (1) zur MR-Bildgebung die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–18 veranlasst.
Datenträger, auf dem ein eine Befehlsfolge umfassendes Computerprogramm gespeichert ist, das bei Ausführung durch eine elektronische Recheneinrichtung (7) einer Vorrichtung (1) zur MR-Bildgebung die Vorrichtung (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–18 veranlasst.