DE102011085148A1

DE102011085148A1 - Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt

Info

Publication number: DE102011085148A1
Application number: DE102011085148A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul; Guo Bin Li
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2011-10-25
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: CN103076582A; CN103076582B; US9170314B2; DE102011085148B4; US20130099785A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5). Dabei werden folgende Schritte durchgeführt: – Anregen des Volumenabschnitts mit einem HF-Anregungspuls (31). – Mehrfaches zeitsequenzielle Durchführen der folgenden Schritte, um jeweils einen Echozug (71–73) zu erfassen: – Schalten eines Refokussierungspulses (32). – Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (34) in einer ersten Richtung (y) und eines zweiten Phasenkodiergradienten (35) in einer zweiten Richtung (z). – Schalten von einem weiteren Magnetfeldgradienten (36) zur Ortskodierung in einer dritten Richtung (x), welche senkrecht zu der ersten Richtung (y) und zu der zweiten Richtung (z) steht. Dabei werden die MR-Daten einer K-Raum-Zeile (80–89) ausgelesen während der weitere Magnetfeldgradient (36) geschaltet wird. Jede K-Raum-Zeile (80–89) entspricht einer Zeile eines K-Raumes (40), welcher mit dem Volumenabschnitt korrespondiert. Mindestens eine K-Raum-Zeile (80–83) in einem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) wird mehrfach ausgelesen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage, um MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt zu erfassen.
MR-Verfahren nach dem Stand der Technik, welche einen dreidimensionalen Volumenabschnitt beispielsweise mit einer SPACE-Sequenz ("Sampling Perfection with Application optimized Contrasts using different flip angle Evolutions") erfassen, weisen nachteiligerweise eine lange Erfassungszeit auf. Aufgrund dieser langen Erfassungszeit werden die MR-Daten meist negativ durch eine Bewegung eines Patienten während der Datenerfassung beeinflusst, was zu Bewegungsartefakten in den MR-Daten oder in dem rekonstruierten MR-Bild führt.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Auswirkungen von Bewegungsartefakten im Vergleich zum Stand der Technik zumindest abzumildern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

– Der dreidimensionale Volumenabschnitt wird mit einem HF-Anregungspuls angeregt. Die HF-Anregung kann dabei räumlich selektiv oder räumlich nicht selektiv erfolgen.
– Zeitlich aufeinander folgend werden folgende Schritte mehrfach durchgeführt, um jeweils einen Echozug auszulesen: – Schalten eines Refokussierungspulses. – Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten entlang einer ersten Richtung und eines zweiten Phasenkodiergradienten entlang einer zweiten Richtung. – Schalten von einem weiteren Magnetfeldgradienten in einer dritten Richtung, welche senkrecht zu der ersten Richtung und zu der zweiten Richtung steht. Während der weitere Magnetfeldgradient geschaltet wird, werden die MR-Daten einer K-Raum-Zeile ausgelesen (d. h. während der weitere Magnetfeldgradient geschaltet ist, werden nacheinander die K-Raum-Punkte der K-Raum-Zeile erfasst).

Jede K-Raum-Zeile entspricht dabei einer Zeile des K-Raums, welcher mit dem zu erfassenden dreidimensionalen Volumenabschnitt (im Bezug auf Frequenzraum – Ortsraum) korrespondiert. Dabei werden K-Raum-Punkte einer oder mehrerer K-Raum-Zeilen in einem Mittelabschnitt oder zentralen Abschnitt des K-Raums mehrfach erfasst bzw. ausgelesen.
Durch das mehrfache Erfassen derselben K-Raum-Punkte in dem Mittelabschnitt oder Zentrum des K-Raums können Bewegungsartefakte erkannt und eliminiert werden. Dazu werden beispielsweise die MR-Daten, welche für einen speziellen K-Raum-Punkt mehrfach abgetastet werden, mit gemittelten MR-Daten, welche aus allen für diesen MR-Raum-Punkt erfassten MR-Daten erstellt werden, verglichen und bei einer zu großen Abweichung von diesen gemittelten MR-Daten verworfen. Indem bei der Rekonstruktion des MR-Bildes diese verworfenen MR-Daten nicht berücksichtigt werden, können demnach Bewegungsartefakte vermieden werden.
Es ist allerdings auch möglich, dass die MR-Daten, welche für einen speziellen K-Raum-Punkt mehrfach abgetastet werden, nur gemittelt werden und die derart gemittelten MR-Daten dieses speziellen K-Raum-Punktes bei der Rekonstruktion des MR-Bildes eingesetzt werden. Die durch Bewegungsartefakte gestörten MR-Daten des speziellen K-Raum-Punktes werden durch diese Mittelwertbildung quasi ausgemittelt und beeinflussen die endgültigen bzw. gemittelten MR-Daten des speziellen K-Raum-Punktes nur noch geringfügig.
Insbesondere erfasst das erfindungsgemäße Verfahren eine oder mehrere K-Raum-Zeilen in dem Mittelabschnitt des K-Raums mehrfach.
Nach dem Schalten des Refokussierungspulses wird meist eine gesamte K-Raum-Zeile ausgelesen. Daher ist es verfahrenstechnisch in der Regel einfacher eine gesamte K-Raum-Zeile mehrfach (durch mehrere Echozüge) abzutasten, als nur bestimmte K-Raum-Punkte einer K-Raum-Zeile mehrfach und andere K-Raum-Punkte derselben K-Raum-Zeile nur einmal abzutasten.
Die erfindungsgemäßen Echozüge erfassen dabei insbesondere jeweils eine oder mehrere K-Raum-Zeilen, welche sich in dem Mittelabschnitt des K-Raums befinden.
Anders ausgedrückt existieren vorteilhafterweise keine Echozüge, welche ausschließlich außerhalb des Mittelabschnitts MR-Daten oder K-Raum-Zeilen erfassen.
Wenn jeder Echozug zumindest eine K-Raum-Zeile im Mittelabschnitt erfasst, werden im Mittel die K-Raum-Zeilen im Mittelabschnitt häufiger oder öfter ausgelesen als eine K-Raum-Zeile außerhalb des Mittelabschnitts. Da sich ein fehlerhafter K-Raum-Punkt im Zentrum des K-Raums z. B. optisch deutlicher auswirkt als ein fehlerhafter K-Raum-Punkt am Rand des K-Raums, ist es vorteilhaft, die K-Raum-Zeilen im Mittelabschnitt häufiger zu erfassen, um beispielsweise Bewegungsartefakte auszumerzen.
Der Mittelabschnitt umfasst dabei insbesondere eine oder mehrere K-Raum-Zeilen, welche sich alle in der dritten Richtung erstrecken, so dass der Mittelabschnitt in der dritten Richtung eine Länge aufweist, welche der Länge des abgetasteten K-Raums in dieser dritten Richtung entspricht. Eine dabei in der ersten Richtung am Rand des Mittelabschnitts liegende K-Raum-Zeile weist dabei einen ersten Abstand von dem Rand des K-Raums auf. In ähnlicher Weise weist eine in der zweiten Richtung am Rand des Mittelabschnitts liegende K-Raum-Zeile einen zweiten Abstand von dem Rand des K-Raums auf.
Anders ausgedrückt befindet sich der Mittelabschnitt vorteilhafterweise im Zentrum des K-Raums. Wenn der Mittelabschnitt in der dritten Richtung dieselbe Länge wie der K-Raum aufweist, liegt die Mittelachse des K-Raums, welche sich entlang der dritten Richtung durch die Mitte des K-Raums erstreckt, in der Mitte des Mittelabschnitts. Dabei kann die Mittelachse bei den meisten Ausführungsformen als Symmetrieachse des Mittelabschnitts angesehen werden.
Mit anderen Worten kann der Mittelabschnitt durch die Menge der K-Raum-Zeilen definiert werden und kann senkrecht zu der dritten Richtung einen rechteckigen (auch quadratischen) oder quasi kreisförmigen Querschnitt aufweisen (der Querschnitt ist nicht wirklich kreisförmig, da der Rand des Querschnitts von K-Raum-Punkten gebildet wird), wobei auch ein ellipsenförmiger Querschnitt möglich ist. Der Mittelabschnitt selbst entspricht demnach beispielsweise einem Quader, quasi einem Zylinder oder quasi einem Körper mit ellipsenförmigem Querschnitt, welcher sich symmetrisch zur Mittelachse des K-Raums erstreckt.
Vorteilhafterweise liest jeder der Echozüge jeweils eine K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums aus.
Mit anderen Worten erfasst jeder Echozug vorteilhafterweise zumindest zwei K-Raum-Zeilen, wobei eine K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums und eine andere K-Raum-Zeile innerhalb des Mittelabschnitts liegt. Dabei erfassen zwei verschiedene Echozüge in der Regel nicht dieselbe am Rand des K-Raums liegende K-Raum-Zeile, weshalb am Rand liegende K-Raum-Zeilen in der Regel nur einmal abgetastet werden.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform beginnt jeder Echozug mit dem Auslesen einer ersten K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums und endet mit einem Auslesen einer zweiten K-Raum-Zeile, welche sich ebenfalls am Rand des K-Raums befindet. Dabei durchläuft eine Gerade, welche die erste K-Raum-Zeile mit der zweiten K-Raum-Zeile verbindet, den Mittelabschnitt.
Gemäß dieser Ausführungsform beginnt jeder Echozug mit dem Auslesen der ersten am Rand des K-Raums liegenden K-Raum-Zeile, liest dann weitere K-Raum-Zeilen aus, wobei sich der Echozug in den Mittelabschnitt des K-Raums vorarbeitet. Indem der Echozug weitere K-Raum-Zeilen ausliest, durchquert der Echozug den Mittelabschnitt und endet schließlich mit dem Auslesen der zweiten K-Raum-Zeile, welche sich bezüglich der ersten K-Raum-Zeile am gegenüberliegenden Rand des abgetasteten K-Raums befindet.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform beginnt jeder Echozug mit einem Auslesen einer ersten K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums und endet mit einem Auslesen einer zweiten K-Raum-Zeile, welche sich innerhalb des Mittelabschnitts befindet. Gemäß einer Variante dieser weiteren Ausführungsform beginnt jeder Echozug mit einem Auslesen einer ersten K-Raum-Zeile innerhalb des Mittelabschnitts und endet mit einem Auslesen einer zweiten K-Raum-Zeile, welche sich am Rand des K-Raums befindet.
Bei dieser weiteren Ausführungsform verbindet jeder Echozug den Mittelabschnitt mit dem Rand des abgetasteten K-Raums.
Gemäß einer anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der abgetastete K-Raum in mehrere Abschnitte oder Bereiche unterteilt. Dabei wird jeder dieser Abschnitte von einer oder von mehreren K-Raum-Zeilen gebildet, welche sich in der dritten Richtung erstrecken, so dass eine Länge jedes Abschnitts in dieser dritten Richtung der Länge des abgetasteten K-Raums in der dritten Richtung entspricht. Ein erster Abschnitt liegt dabei im Zentrum des K-Raums. Wenn N der Anzahl dieser Abschnitte entspricht und n eine natürliche Zahl ist, für welche N > n > 0 gilt, dann gilt, dass der (n + 1)-te Abschnitt den n-ten Abschnitt umgibt. Demnach umgibt der zweite Abschnitt den im Zentrum liegenden ersten Abschnitt, und der dritte Abschnitt den zweiten Abschnitt, usw. Die K-Raum-Zeilen des n-ten Abschnitts werden dabei im Mittel häufiger ausgelesen, als die K-Raum-Zeilen des (n + 1)-Abschnitts.
Jeder dieser Abschnitte kann dabei symmetrisch zu der Mittelachse des K-Raums ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Abschnitte asymmetrisch zur Mittelachse des K-Raums ausgebildet sind, was übrigens auch für den Mittelabschnitt gilt.
Wie der Mittelabschnitt können auch die Abschnitte einen rechteckigen (auch quadratischen), quasi kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweisen.
Darüber hinaus werden die K-Raum-Punkte vorteilhafterweise äquidistant im K-Raum angeordnet, d. h. die K-Raum-Punkte weisen insbesondere in jeder Achsenrichtung (x, y, z) denselben Abstand zu ihrem nächsten Nachbarn auf.
Anders ausgedrückt wird eine K-Raum-Zeile eines Abschnitts im Mittel umso häufiger abgetastet, je näher der entsprechende Abschnitt dem Zentrum oder der Mittelachse liegt.
Dabei wird eine homogene Abtastungsmenge als vorteilhaft gesehen, so dass jede K-Raum-Zeile desselben Abschnitts gleich häufig abgetastet werden sollte.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt innerhalb eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antennen und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der HF-Antenne(n), zum Empfang der Messsignale, welche von der/den HF-Antenne(n) aufgenommen werden, und zur Auswertung der Messsignale sowie zur Erstellung der MR-Bilddatensätze. Die Magnetresonanzanlage regt den dreidimensionalen Volumenabschnitt mit einem HF-Anregungspuls an und führt dann zeitlich aufeinander folgend folgende Schritte durch, um einen Echozug zu erfassen:

– Die Magnetresonanzanlage schaltet einen Refokussierungspuls.
– Die Magnetresonanzanlage schaltet zwei Phasenkodiergradienten in einer ersten Richtung und in einer zweiten Richtung.
– Die Magnetresonanzanlage schaltet einen weiteren Magnetfeldgradienten, welcher senkrecht zu der ersten Richtung und senkrecht zu der zweiten Richtung steht. Zusammen mit den zwei Phasenkodiergradienten dient der weitere Magnetfeldgradienten der Ortskodierung, wobei die MR-Daten einer K-Raum-Zeile von der Magnetresonanzanlage ausgelesen werden während der weitere Magnetfeldgradient geschaltet ist.

Wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht jede K-Raum-Zeile einer Zeile des K-Raums, welcher mit dem Volumenabschnitt korrespondiert. Die Magnetresonanzanlage liest zur Erfassung der MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts zumindest eine K-Raum-Zeile in einem Mittelabschnitt des K-Raums mehrfach aus.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail beschrieben worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuereinrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z.B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z.B. C++), der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z.B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Das Auslesemodul der erfindungsgemäßen Pulssequenz entspricht vorteilhafterweise einer SPACE-Sequenz, d. h. das Erfassen eines Echozugs kann mit der SPACE-Sequenz erfolgen. Diese SPACE-Sequenz hat sich z.B. aufgrund der variablen Flipwinkel und den daraus möglichen langen Echozuglängen als in der Praxis überlegen gegenüber den älteren TSE("Turbo Spin Echo")- und FSE("Fast Spin Echo")-Sequenzen gezeigt.
Die vorliegende Erfindung weist eine bessere Stabilität gegenüber Bewegungsartefakten auf als es bei vergleichbaren Verfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Rekonstruktion von MR-Bildern ausgehend von erfassten MR-Daten eines dreidimensionalen Volumenabschnitts geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch zur Erfassung von MR-Daten, welche nicht zur Rekonstruktion eines MR-Bildes eingesetzt werden, eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
1 stellt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dar.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Sequenz zur Erfassung von MR-Daten innerhalb eines dreidimensionalen Volumens dargestellt.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Aufteilung des abgetasteten K-Raums in Abschnitte, deren K-Raum-Zeilen unterschiedlich oft abgetastet werden.
In 4 sind verschiedene Echozüge eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
In 5 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Volumenabschnitt eines Objekts O, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Mittenfrequenz entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild bzw. dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des K-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Pulssequenz dargestellt. Nach einem Spoiler-Gradient 33 zur Zerstörung "alter" Magnetisierung wird ein HF-Anregungspuls 31 geschaltet, um die Spins innerhalb des vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitts anzuregen. Der in Richtung der x-Achse geschaltete Gradientenpuls 37 dient dazu, die Magnetisierung vor dem Auslesen vorzubereiten, indem die Magnetisierung vor dem folgenden Refokussierungspuls 32 dephasiert wird.
Anschließend werden die MR-Daten im K-Raum (wobei der K-Raum mit dem Volumenabschnitt korrespondiert) ausgelesen. Zum Auslesen einer K-Raum-Zeile in x-Richtung wird jeweils ein Refokussierungspuls 32 geschaltet, welchem ein Gradientenpuls 34 in y-Richtung und ein Gradientenpuls 35 in z-Richtung folgen. Diese beiden Gradientenpulse oder Phasenkodiergradienten 34 und 35 dienen der Phasenkodierung. Mit diesen beiden Phasenkodiergradienten 34 und 35 wird eine K-Raum-Zeile ausgelesen, wobei dazu ein Magnetfeldgradient 36 in Richtung der x-Achse geschaltet wird. ADC ("Analog Digital Convertion") gibt an, in welchen Zeitintervalen die MR-Daten erfasst und digitalisiert werden.
Nach einem nur einmaligen Schalten des HF-Anregungspulses 31 können 120 oder mehr nicht selektive Refokussierungspulse 32 und damit 120 oder mehr K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, wenn der Flipwinkel der nicht selektiven Refokussierungspulse 32 entsprechend variiert wird. Das dargestellte Sequenzdiagramm kann einer SPACE-Sequenz entsprechen.
In 3 ist die Aufteilung des abgetasteten K-Raums 40 in verschiedene Bereiche 51–54 dargestellt, wobei die K-Raum-Zeilen der einzelnen Bereiche 51–54 unterschiedlich oft abgetastet werden. Dabei wird jeder Bereich 51–54 durch seine eigenen K-Raum-Zeilen definiert, welche sich entlang der x-Richtung erstrecken. Demnach entspricht die Länge jedes Bereichs 51–54 in der x-Richtung der Länge des abgetasteten K-Raums 40 in dieser Richtung.
Der erste Bereich 51 entspricht einem Quader und ist symmetrisch zu einer Symmetrieachse oder Mittelachse 50 des K-Raums 40, welche sich entlang der x-Richtung erstreckt. Der zweite Bereich 52 umgibt den ersten Bereich 51, wie auch der dritte Bereich 53 den zweiten Bereich 52 und der vierte Bereich 54 den dritten Bereich 53 umgibt.
Anders ausgedrückt wird der abgetastete K-Raum 40 in verschiedene Volumenabschnitte bzw. Abschnitte 41–43 unterteilt, wobei der in der Mitte liegende erste Abschnitt 41 dem ersten Bereich 51 entspricht. Der zweite Abschnitt 42 umfasst den ersten Abschnitt 41, weist eine quaderförmige Form auf und ist symmetrisch zur Mittelachse 50. In ähnlicher Weise umfasst der dritte Abschnitt 43 den zweiten Abschnitt 42 (und damit den ersten Abschnitt 41), weist eine quaderförmige Form auf und ist ebenfalls symmetrisch zur Mittelachse 50. Demnach entspricht der zweite Bereich 52 der Differenz des zweiten Abschnitts 42 abzüglich des ersten Abschnitts 41 (die K-Raum-Zeilen des zweiten Abschnitts 42, welche nicht gleichzeitig K-Raum-Zeilen des ersten Abschnitts 41 sind, sind die K-Raum-Zeilen des zweiten Bereichs 52). In ähnlicher Weise entspricht der dritte Bereich 53 der Differenz des dritten Abschnitts 43 abzüglich des zweiten Abschnitts (die K-Raum-Zeilen des dritten Abschnitts 43, welche nicht gleichzeitig K-Raum-Zeilen des zweiten Abschnitts 42 sind, sind die K-Raum-Zeilen des dritten Bereichs 53). Schließlich entspricht der vierte Bereich 54 der Differenz des abgetasteten K-Raums 40 abzüglich des dritten Abschnitts 43 (die K-Raum-Zeilen des abgetasteten K-Raums 40, welche nicht gleichzeitig K-Raum-Zeilen des dritten Abschnitts 43 sind, sind die K-Raum-Zeilen des vierten Bereichs 54).
Bei der dargestellten Ausführungsform werden die K-Raum-Zeilen des mittigen ersten Bereichs 51 jeweils achtmal erfasst, die K-Raum-Zeilen des zweiten Bereichs 52 jeweils viermal erfasst, die K-Raum-Zeilen des dritten Bereichs 53 jeweils zweimal erfasst und die restlichen K-Raum-Zeilen (d. h. die K-Raum-Zeilen des vierten Bereichs 54) je einmal erfasst. Dabei ist es auch denkbar, dass der im Zentrum liegende erste Bereich 51 aus nur einer K-Raum-Zeile besteht, welche in diesem Beispiel achtmal abgetastet wird.
Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Querschnitt (senkrecht zur x-Richtung) der Volumenabschnitte 41–43 quadratisch, so dass der Abstand 63, 64 vom Rand des dritten Abschnitts 43 zum Rand des abgetasteten K-Raums 40 sowohl in der y-Richtung als auch in der z-Richtung gleich groß ist.
Wie es beispielhaft in 3 dargestellt ist, weist der zweite Abschnitt 42 im Querschnitt entlang der y- und z-Richtung Ausmaße 61 auf, welche 15 % der Ausmaße des abgetasteten K-Raums 40 in der y/z-Ebene entsprechen. In ähnlicher Weise weist der dritte Abschnitt 43 im Querschnitt entlang der y- und z-Richtung Ausmaße 62 auf, welche 25 % der Ausmaße des K-Raums 40 in der y/z-Ebene entsprechen.
Während die K-Raum-Zeilen außerhalb des dritten Abschnitts 43 nur einmal abgetastet werden, werden die K-Raum-Zeilen innerhalb des dritten Abschnitts 43 mindestens zweimal abgetastet. Daher entspricht der dritte Abschnitt 43 dem vorab mehrfach erwähnten Mittelabschnitt, welcher sich dadurch auszeichnet, dass seine K-Raum-Zeilen mehrfach abgetastet werden.
Während in 3 die Bereiche 51–54 symmetrisch zur Mittelachse 50 angeordnet sind, ist dies in 4 nicht der Fall. Die 4 zeigt eine Aufteilung des abgetasteten K-Raums in verschiedene Bereiche 51–55, was zumindest vom erfindungsgemäßen Prinzip der Aufteilung der 3 ähnlich ist. Allerdings sind die Bereiche 51–55 unsymmetrisch zur Mittelachse 50 des K-Raums angeordnet, was durch die Lage der einzelnen Bereiche 51–55 zur auf die K-Raum-Mitte bezogenen Symmetrielinie 60 ersichtlich wird.
Darüber hinaus existiert bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Bereich 55, in welchem keine MR-Daten erfasst werden, wodurch im Vergleich zu der in 3 abgebildeten Ausführungsform Erfassungszeit eingespart wird, da weniger MR-Daten zu erfassen sind. Das Fehlen der MR-Daten aus dem Bereich 55 kann durch so genannte Zero-Filling-Verfahren oder durch partielle Fourier-Verfahren bzw. Half-Fourier-Verfahren ausgeglichen werden.
Man erkennt, dass in 4 im Vergleich zur 3 auch die Querschnitte der Volumenabschnitt nicht quadratisch sondern rechteckig sind. Darüber hinaus ist der Abstand vom Rand eines Abschnitts zum Rand des K-Raums in 4 entlang der z-Richtung auch nicht (oben und unten in 4) gleich.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch erfindungsgemäße Ausführungsformen existieren, bei denen auch die Abstände vom Rand eines Abschnitts zum Rand des K-Raums entlang der y-Richtung (rechts und links in 3 und 4) ungleich groß sind.
Auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform werden die K-Raum-Zeilen des mittigen ersten Bereichs 51 jeweils achtmal erfasst, die K-Raum-Zeilen des zweiten Bereichs 52 jeweils viermal erfasst, die K-Raum-Zeilen des dritten Bereichs 53 jeweils zweimal erfasst und die K-Raum-Zeilen des vierten Bereichs 54 je einmal erfasst, während in dem fünften Bereich 55 keine MR-Daten erfasst werden.
In 5 sind drei Echozüge 71–73 dargestellt. Jeder Echozug 71–73 umfasst in diesem Beispiel neun K-Raum-Zeilen 80–89. Dabei beginnt/endet jeder Echozug 71–73 mit einer K-Raum-Zeile 87–89 am Rand des abgetasteten K-Raums 40 und endet/beginnt mit derselben K-Raum-Zeile 81 im Zentrum. Man erkennt, dass jede K-Raum-Zeile 80–89 eines Echozugs 71–73 mit einer anderen K-Raum-Zeile desselben Echozugs 71–73 direkt benachbart ist.
Außerhalb des Mittelabschnitts 43 weisen die Echozüge 71–73 keine Schnittmenge auf, so dass jede K-Raum-Zeile 84–89 außerhalb des Mittelabschnitts 43 nur einmal abgetastet wird. Dagegen weisen die Echozüge 71–73 innerhalb des Mittelabschnitts Schnittmengen auf. Beispielsweise werden die K-Raum-Zeilen 82, 83 sowohl von dem Echozug 71 als auch von dem Echozug 72 abgetastet, und die K-Raum-Zeile 81 wird von allen drei dargestellten Echozügen 71–73 abgetastet. Anders ausgedrückt werden die K-Raum-Zeilen 82, 83 zweimal und die K-Raum-Zeile 81 wird dreimal abgetastet.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in 5 dargestellten Echozüge 71–73 nur einen kleinen Ausschnitt der Echozüge darstellen, welche erfindungsgemäß zur Abtastung des gesamten K-Raums 40 eingesetzt werden würden.
In 6 ist ein Sequenzdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet.
Im ersten Schritt S1 wird ein HF-Anregungspuls zur Anregung des dreidimensionalen Volumenabschnitts geschaltet. Dieser HF-Anregungspuls kann selektiv sein (d. h. er regt genau den zu erfassenden dreidimensionalen Volumenabschnitt an) oder er kann nicht selektiv sein (d. h. er regt ein größeres Volumen an, in welchem sich der dreidimensionale Volumenabschnitt befindet).
Zum Auslesen eines Echozugs wird ein nicht selektiver HF- Refokussierungspuls im zweiten Schritt S2 geschaltet. Anschließend werden in dem dritten Schritt S3 zwei Phasenkodiergradienten geschaltet und im vierten Schritt S4 eine K-Raum-Zeile bei einem geschalteten Frequenzkodier-Gradienten ausgelesen. Die Schritte S2 bis S4 werden z.B. 120-mal wiederholt, bis der Echozug vollständig erfasst worden ist, was durch die Abfrage S5 überprüft wird. Wenn der Echozug vollständig erfasst worden ist (ja bei Abfrage S5), verzweigt das Verfahren zur Abfrage S6, bei welcher überprüft wird, ob alle Echozüge erfasst worden sind und damit der K-Raum vollständig ausgelesen worden ist. Wenn dies nicht der Fall ist (nein bei Abfrage S6), springt das Verfahren zu dem ersten Schritt S1 zurück, in welchem dann ein weiterer HF-Anregungspuls geschaltet wird. Erst wenn alle Echozüge erfasst worden sind und damit der K-Raum vollständig ausgelesen worden ist (ja bei Abfrage S6), endet das Verfahren.

Claims

Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Anregen des Volumenabschnitts mit einem HF-Anregungspuls (31), – mehrfaches zeitsequentielles Durchführen der folgenden Schritte, um jeweils einen Echozug (71–73) zu erfassen: – Schalten eines Refokussierungspulses (32), – Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (34) in einer ersten Richtung (y) und eines zweiten Phasenkodiergradienten (35) in einer zweiten Richtung (z), und – Schalten von einem weiteren Magnetfeldgradienten (36) zur Ortskodierung in einer dritten Richtung (x), welche senkrecht zu der ersten Richtung (y) und zu der zweiten Richtung (z) steht, wobei die MR-Daten einer K-Raum-Zeile (80–89) ausgelesen werden während der weitere Magnetfeldgradient (36) geschaltet wird, wobei jede K-Raum-Zeile (80–89) einer Zeile eines K-Raums (40) entspricht, welcher mit dem Volumenabschnitt korrespondiert, und wobei K-Raum-Punkte zumindest einer K-Raum-Zeile (80–83) in einem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) mehrfach ausgelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine K-Raum-Zeile (80–83) des Mittelabschnitts (43) des K-Raumes (40) mehrfach ausgelesen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Echozüge (71–73) jeweils eine K-Raum-Zeile (80–83) auslesen, welche sich in dem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelabschnitt (43) mindestens eine K-Raum-Zeile (80–83) umfasst, welche sich in der dritten Richtung (x) erstreckt, so dass eine Länge des Mittelabschnitts (43) in der dritten Richtung (x) der Länge des abgetasteten K-Raums (40) in der dritten Richtung (x) entspricht, dass eine in der ersten Richtung (y) äußerste K-Raum-Zeile (80) des Mittelabschnitts (43) einen vorbestimmten ersten Abstand (63) von dem Rand des K-Raums (40) aufweist, und dass eine in der zweiten Richtung (z) äußerste K-Raum-Zeile (83) des Mittelabschnitts (43) einen vorbestimmten zweiten Abstand (64) von dem Rand des K-Raums (40) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Echozug (71–73) jeweils eine K-Raum-Zeile (87–89) am Rand des K-Raums (40) ausliest.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Echozug mit einem Auslesen einer K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums (40) beginnt und mit einem Auslesen einer weiteren K-Raum-Zeile am Rand des K-Raums (40) endet, und dass eine Gerade, welche den Mittelpunkt der K-Raum-Zeile und den Mittelpunkt der weiteren K-Raum-Zeile verbindet, durch den Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Echozug (71–73) mit einem Auslesen einer K-Raum-Zeile (87–89) am Rand des K-Raums (40) beginnt und dass jeder Echozug (71–73) mit einem Auslesen einer weiteren K-Raum-Zeile (81) in dem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) endet, oder dass jeder Echozug (71–73) mit einem Auslesen einer K-Raum-Zeile (81) in dem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) beginnt und dass jeder Echozug (71–73) mit einem Auslesen einer weiteren K-Raum-Zeile (87–89) am Rand des K-Raums (40) endet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der K-Raum (40) in mehrere Abschnitte (51–54) unterteilt wird, dass jeder der Abschnitte (51–54) von mindestens einer K-Raum-Zeile gebildet wird, welche sich in der dritten Richtung (x) erstreckt, so dass eine Länge jedes Abschnitts (51–54) in der dritten Richtung (x) der Länge des abgetasteten K-Raums (40) in der dritten Richtung (x) entspricht, dass ein erster Abschnitt (51) der Abschnitte im Zentrum des K-Raums (40) liegt, dass der (n + 1)-te Abschnitt (52–54) den n-ten Abschnitt (51–53) umgibt, und dass die K-Raum-Zeilen des n-ten Abschnitts (51–53) im Mittel häufiger ausgelesen werden als die K-Raum-Zeilen des (n+1)-ten Abschnitts (52–54).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abschnitt (51–54) symmetrisch zu einer Mittelachse (50) des K-Raums (40) entlang der dritten Richtung (x) ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede K-Raum-Zeile des n-ten Abschnitts (51–54), welche abgetastet wird, gleich oft abgetastet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgelesenen MR-Daten eines der K-Raum-Punkte, welcher mehrfach ausgelesen wird, gemittelt werden, um die MR-Daten dieses K-Raum-Punktes zu erzeugen.
Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten dreidimensionalen Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang der von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) den Volumenabschnitt mit einem HF-Anregungspuls (31) anregt, und dass die Magnetresonanzanlage (5) zeitlich aufeinander folgend Folgendes mehrfach durchführt, um jeweils einen Echozug (71–73) zu erfassen: – die Magnetresonanzanlage (5) schaltet einen Refokussierungspuls (32), – die Magnetresonanzanlage (5) schaltet einen ersten Phasenkodiergradienten (34) in einer ersten Richtung (y) und einen zweiten Phasenkodiergradienten (35) in einer zweiten Richtung (z), und – die Magnetresonanzanlage (5) schaltet einen weiteren Magnetfeldgradienten (36) zur Ortskodierung in einer dritten Richtung (x), welche senkrecht zu der ersten Richtung (y) und der zweiten Richtung (z) steht, wobei die Magnetresonanzanlage (5) die MR-Daten einer K-Raum-Zeile (80–89) ausliest während sie den weiteren Magnetfeldgradienten (36) schaltet, wobei jede K-Raum-Zeile (80–89) einer Zeile eines K-Raums (40) entspricht, welcher mit dem Volumenabschnitt korrespondiert, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) K-Raum-Punkte zumindest einer K-Raum-Zeile (80–83) in einem Mittelabschnitt (43) des K-Raums (40) mehrfach ausliest.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–11 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11 durchführen.