DE102012217227A1

DE102012217227A1 - MR-Phasenkontrastangiographie mit rotierenden Kodierungsgradienten

Info

Publication number: DE102012217227A1
Application number: DE102012217227.0A
Authority: DE
Inventors: Andreas Greiser; Peter Schmitt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: CN103675739B; US20140084916A1; KR20140040023A; CN103675739A; DE102012217227B4; US9500734B2; KR101595354B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines MR Phasenkontrastangiographiebildes eines Untersuchungsobjekts, bei dem durch Schalten von zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten (30) bewegten Spins im Untersuchungsobjekt eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation aufgeprägt wird, wobei für die Erstellung des MR Phasenkontrastangiographiebilder die MR Signale des Untersuchungsobjekts in einem Rohdatenraum mit einem nicht kartesischen Aufnahmemuster während eines Auslesegradienten (20) ausgelesen werden, wobei die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten (30) derart geschalten werden, dass sie entlang eines Koordinatensystems geschalten werden, das dem nicht kartesischen Aufnahmemuster entspricht und bei dem eine Koordinatenachse des Koordinatensystems entlang des Auslesegradienten (20) verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines MR-Phasenkontrastangiographiebildes eines Untersuchungsobjekts, bei dem durch Schalten von zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten bewegten Spins im Untersuchungsobjekt eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation aufgeprägt wird und eine MR-Anlage hierfür.
Die Magnetresonanzangiographie erzeugt MR-Bilder des Gefäßsystems eines Untersuchungsobjekts. Grundsätzlich sind hier zwei Angiographietechniken bekannt. Die erste Technik beruht auf sogenannten Time of Flight (TOF) Effekten, bei dem die Unterschiede in der Signalssättigung verwendet werden, die zwischen fließendem Blut und stationärem Gewebe existieren. Die andere Technik der MR-Angiographie beruht darauf, dass bewegte Spins eine Phaseninformation aufgeprägt wird, die sich von der Phaseninformation von ruhenden Spins unterscheidet. Hierzu werden bei dieser Phasenkonstrastangiographietechnik normalerweise zwei MR-Bilder akquiriert, einmal ein MR-Bild ohne zusätzlichen (zumeist bipolaren) Kodierungsgradienten und einmal mit Schaltung des zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten. Durch Bildung der Phasendifferenz der beiden Bilder oder durch eine komplexe Differenzbildung der beiden Bilder ergibt sich aus der Phasendifferenz eine Geschwindigkeitsinformation entlang der Richtung, entlang der der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient geschaltet wurde.
In 1 ist schematisch vereinfacht eine Bildsequenz gezeigt, bei der mit Hilfe der Phasenkontrastangiographie eine Flussinformation in die drei verschiedenen Raumrichtungen erzeugt werden kann. Ein HF-Puls 10 wird während eines Schichtselektionsgradienten 11 geschalten zum Anregen von Spins in einer Schicht. Wie bei anderen Bildgebungssequenzen wird ein Phasenkodierungsgradient 12 geschalten und ein Auslesegradient 13, wobei während einer Zeitspanne 14 während des Auslesegradienten die Signalauslese erfolgt. Die Zeitspanne zwischen Schalten des HF-Pulses 10 dem erzeugten Signalecho wird Echozeit TE genannt. Es können nun zusätzliche bipolare Kodierungsgradienten 15, 16 und 17 geschalten werden, um jeweils eine Flussinformation entlang der Raumrichtungen X, Y und Z zu erhalten. Wie aus 1 zu erkennen ist benötigt man für eine dreidimensionale Flussinformation üblicherweise vier Messungen, einmal eine Referenzmessung ohne Schaltung von zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten und jeweils eine Messung mit Schaltung von einem zusätzlichen Kodierungsgradienten in eine der drei Raumrichtungen. Das durch die bipolaren Kodierungsgradienten erzeugte Gradientenmoment wird durch die maximal zu kodierende Geschwindigkeit festgelegt.
Relativ zur Basissequenz ohne zusätzliche Kodierungsgradienten führt dies zunächst zu einer Erhöhung der minimalen Echozeit, da der Auslesegradient 13 nicht direkt nach dem Phasenkodierungsgradient 12 geschalten werden kann, sondern noch zusätzlich eine Zeitspanne zu Schalten der bipolaren Kodierungsgradienten vorgesehen werden muss. Diese bipolaren Kodierungsgradienten, auch Venc-Gradienten genannt, können den für die zugrunde liegende Bildgebungssequenz verwendeten Gradienten zeitlich überlagert werden, um die Echozeit zu minimieren. Dies führt neben der Verkürzung der Messdauer zu weiteren Vorteilen bezüglich der Qualität, da damit zum Beispiel der unerwünschte Effekt einer Intravoxeldephasierung verringert wird, d.h. die destruktive Überlagerung verschiedener Geschwindigkeitskomponenten innerhalb eines Voxels, wodurch ein Signalverlust durch den T*2-Zerfall entsprechend reduziert wird.
Die Überlagerung der bipolaren Kodierungsgradienten mit den Bildgebungsgradienten kann im Bereich der kartesischen k-Raumabtastung, wie in 1 gezeigt realisiert werden. Wie erwähnt werden typischerweise vier Datensätze kreiert, einer mit flusskompensiertem Gradientenschema ohne zusätzlichen bipolaren Gradientenmomente und drei weitere Datensätze mit jeweils räumlich zueinander orthogonalen bipolaren Kodierungsgradienten.
2 zeigt wie in einem zweidimensionalen Fall die Flussinformation in x- und y-Richtung gewonnen wird, wobei die Ausleserichtung immer in die x-Richtung verläuft. Wie links in 2 zu erkennen ist, erfolgt die Ausleserichtung bei kartesischen Koordinaten im dargestellten Beispiel immer in x-Richtung. Einmal wird der zusätzliche bipolare Phasenkodiergradient 17 in x-Richtung geschaltet, wodurch eine Flusskodierung in diese Richtung erfolgt und einmal in y-Richtung, wodurch eine Flusskodierung in y-Richtung erfolgt. Eine dritte Messung erfolgt ohne zusätzliche Flusskodierungsgradienten.
Zusätzlich ist es bekannt, den zu einem MR-Bild gehörigen Rohdatenraum bzw. k-Raum mit nicht kartesischen k-Raumtrajektorien aufzunehmen. Dadurch wird insbesondere durch eine Unterabtastung eine höhere zeitliche Effizienz erreicht.
Die dreidimensionale radiale k-Raumabtastung kann auch mit der oben beschriebenen Geschwindigkeitskodierung kombiniert werden, um eine effiziente 3D-Messung mit Vektorflusskodierung zu erreichen, wie es in US 6,188,922 B1 beschrieben ist.
Ein derartiges Aufnahmeschema ist schematisch in 3 gezeigt. Die Kodierungsgradienten 15–17 entlang der drei kartesischen Raumrichtungen werden beibehalten, die Gradienten 18, 19, 20 der Datenauslese werden jedoch so geschalten, dass die gewünschte beispielsweise radiale k-Raumabtastung erreicht wird. Die für die Gradienten 18, 19, 20 jeweils dargestellten Variationen der einzelnen Gradienten sollen die Variation der einzelnen Gradienten für jede radiale k-Raumprojektion darstellen. In 4 ist dies für den zweidimensionalen Fall gezeigt. Bei einer radialen Auslese mit einer Trajektorie 8, im dargestellten Fall von links unten nach rechts oben, erfolgt die Gradientenschaltung in x- und y-Richtung der Gradienten 19 und 20 derart, dass die Projektion 8 erreicht wird. Wie in 2 und 3 erfolgen die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten jedoch weiter in die feste Raumrichtung x und y durch Schalten der zusätzlichen bipolaren Gradienten 16 und 17. Wie in 3 und 4 zu erkennen ist, werden die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten im raumfesten physikalischen xyz-Koordinatensystem geschalten, wohingegen die Bildgebungssequenz bei dreidimensionaler radialer Abtastung aus einem mit jeder Auslese im Raumwinkel rotierenden Auslesegradienten besteht. Somit würde sich aus der zeitlichen Überlagerung der raumfesten Flusskodierungsgradienten mit den rotierenden Auslesegradienten für jede Projektion ein in beiden Bezugssystemen unterschiedliche Gradientenverlauf ergeben. Dies bedeutet, dass in der Gesamtheit der Gradientenzüge, die für eine vollständige k-Raumabtastung verwendet werden, nur ein einziger eine Optimierung gemäß der Minimierung von TE erfahren kann, alle anderen Gradientenverläufe können nicht zeitoptimiert realisiert werden. Die Echozeit TE ist aber als globaler Messparameter für alle gemessenen k-Raumprojektionen konstant. Dies führt zwangsläufig zu einer Verlängerung der TE-Zeit im Vergleich zur zeitoptimierten Überlagerung.
Dies ist im Zusammenhang mit den 5 bis 8 erläutert. In 5 ist mit 17 der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient gestrichelt dargestellt. Bei einer radialen Auslese ergibt sich einmal eine k-Raumtrajektorie, die ebenfalls entlang der Koordinatenachse von G_read erfolgt. Dieser Auslesegradient ist in 5 mit 20 dargestellt. Wenn nun der bipolare Kodierungsgradient 17 und der Auslesegradient die gleiche Polarität haben und eine zeitliche Minimierung versucht wird durch Überlagerung der beiden Gradienten, wie es durch den Pfeil in 5 symbolisiert ist, ergibt sich das Bild an 6, wo der bipolare Kodierungsgradient 17 und der Auslesegradient 20 überlagert werden. Dies bedeutet, dass, wie in 7 gezeigt eine Gradientenschaltung notwendig wäre, wie es durch die Gradienten 21A und 21B dargestellt ist. Die Gradienten 21A und 21B entsprechen der konstruktiven Überlagerung des bipolaren Kodierungsgradienten 17 mit den flusskompensierten Vorgradienten des Auslesegradienten 20. Wie insbesondere aus den Gradientenverläufen 21A und 21B zu erkennen ist, ist für eine Echozeitverkürzung eine insgesamt sehr hohe Gradientenstärke sowie ein schnelles Hochfahren (slew rate) des Gradienten notwendig. Wenn dies aufgrund des bestehenden Gradientensystems nicht möglich ist oder aus anderen Gründen eine derartige Gradientenschaltung nicht erwünscht ist, so kann dies, wie in 8 gezeigt ist, nur durch ein verlängertes Schalten des Gradienten ersetzt werden, um das gleiche Gradientenmoment wie in 5 durch die Gradienten 21A und 21B zu erreichen. Dies bedeutet, dass insgesamt die Echozeit TE verlängert wird, da der Gradient 22 über eine längere Zeitspanne geschaltet werden muss, um ein gleiches Gradientenmoment zu erzeugen wie die Gradienten 21A und 21B von 7. Dies führt jedoch zu einer verlängerten Echozeit. Diese bei einer Projektion auftretende verlängerte Echozeit muss dann bei allen anderen Projektionen verwendet werden, da die Echozeit für alle Projektionen konstant gehalten werden muss.
Dies bedeutet, dass in dem Stand der Technik insgesamt eine Verlängerung der Echozeit in Kauf genommen wurde.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Phasenkontrastangiographie zu ermöglichen, bei der auch bei nicht kartesischer Signalauslese des k-Raums eine Minimierung der Echozeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiter Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Erzeugung eines MR-Phasenkontrastangiographiebildes eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt, bei dem durch Schalten von zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten bewegten Spins im Untersuchungsobjekt eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation aufgeprägt wird. Für die Erstellung des MR-Phasenkontrastangiographiebildes werden die MR-Signale des Untersuchungsobjekts in einem Rohdatenraum mit einem nicht kartesischen Aufnahmemuster während eines Auslesegradienten ausgelesen. Erfindungsgemäß werden nun die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten derart geschalten, dass sie entlang eines Koordinatensystems geschalten werden, das dem nicht kartesischen Aufnahmemuster entspricht und bei dem eine Koordinatenachse dieses Koordinatensystems entlang des Auslesegradienten verläuft. Dies bedeutet, dass die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten nicht im raumfesten xyz-Koordinatensystem geschalten werden, sondern in einem Koordinatensystem, das mit der Ausleserichtung mitrotiert. Dadurch kann durch eine geeignete Überlagerung der bipolaren Kodierungsgradienten mit dem Auslesegradienten eine Verkürzung der Echozeit TE und damit eine Verkürzung der Aufnahmezeit erreicht werden. Der Begriff „Phasenkontrastangiographie“ kann die reine angiographische Darstellung beinhalten und gegebenenfalls die hierbei erfolgte Flußquantifizierung, d.h. die quantitative Erfassung des Flusses.
In einer Ausführungsform kann einer der zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten, der entlang des Auslesegradienten verläuft, gegenpolar zum Auslesegradient verlaufen. Dies bedeutet, dass durch die gegenpolare Schaltung des zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten zum Auslesegradienten eine insgesamt niedrigeres Gradientenmoment geschalten wird, wodurch geringere Anforderungen an die Gradientenanstiegszeit und die Gesamthöhe gestellt werden, sodass die Echozeit insgesamt verkürzt werden kann.
Vorzugsweise wird der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient, der entlang des Auslesegradienten verläuft, zeitlich überlappend mit dem Auslesegradient geschalten. Falls möglich wird der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient, der entlang des Auslesegradienten verläuft, im Wesentlichen zeitgleich mit dem Auslesegradient geschalten. Da dieser gegenpolar zum Auslesegradienten verläuft, kann bei zeitgleicher Schaltung das resultierende Gradientenmoment, das der Fläche unter dem geschalteten Gradienten entspricht, insgesamt sehr gering, sogar Null werden, falls sich das durch den zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradient erzeugte Gradientenmoment und das Gradientenmoment, das durch die Vorgradienten des Auslesegradienten erzeugt wird, aufheben. Hierdurch wird die Echozeit weiter optimiert. In dem mit dem Auslesegradienten verlaufenden Koordinatensystem besteht ein weiterer Freiheitsgrad der relativen Winkelanordnung der zu schaltenden bipolaren Kodierungsgradienten. Im zweidimensionalen Fall sind dies zwei zueinander orthogonale bipolare Kodierungsgradienten, im dreidimensionalen Fall drei zueinander orthogonale bipolare Kodierungsgradienten. Hierbei wird jeweils die Komponente entlang des Auslesegradienten so geschalten, dass sie gegenpolar zum Auslesegradienten verläuft und mit diesem vorzugsweise zeitlich überlappt.
Für eine Phasenkontrastangiographie der bewegten Spins kann weiterhin eine erste Flussinformation der bewegten Spins in dem nicht kartesischen (2D oder 3D) Koordinatensystem bestimmt werden. Anschließend kann eine Transformation der bestimmten Flussinformation aus dem nicht kartesischen Koordinatensystem in das kartesische Koordinatensystem erfolgen zur Berechnung von Flusskomponenten entlang des kartesischen Koordinatensystems. Die berechneten Flusskomponenten entlang des kartesischen Koordinatensystems können dann dargestellt werden, sodass dem Betrachter die Flussinformation wie gewohnt dargestellt werden kann, z. B. durch Darstellung einer Vektorkarte mit Vektoren, die den Betrag und die Richtung der Flussgeschwindigkeit anzeigen.
Weiterhin ist es möglich, dass die Auslesegradienten zur Aufnahme des Phasenkontrastangiographiebildes derart den Rohdatenraum füllen, dass die durch die Abfolge der Auslesegradienten indizierten Wirbelströme reduziert bzw. minimiert werden. Hierbei kann die Abfolge der Auslesegradienten so gewählt werden, dass die bipolaren Kodierungsgradienten eine kontinuierliche oder andere geeignete, beispielsweise paarweise Richtungsänderung erfahren, um so etwaige Wirbelströme zu minimieren. Wird beispielsweise in einem dreidimensionalen Fall mit radialen Projektionen ein kugelförmiger Rohdatenraum abgetastet, so sollten größere Sprünge im Rohdatenraum von einer Projektion zur anderen vermieden werden, da diese größeren Sprünge großen Gradientenänderungen entsprechen, was dann erhöhte Wirbelströme bedeuten würde.
Neben einer radialen Rohdatenraumabtastung sind auch andere nicht kartesische Abtastungen möglich, beispielsweise spiralförmige Abtastungen, Rosetten oder eine Blade- oder TWIRL-Abtastung.
Anstelle der Bildung einer Phasendifferenz aus zwei MR-Datensätzen, die mit einem bestimmten Gradientenmoment für die bipolaren Kodierungsgradienten geschalten werden und einem Datensatz, bei dem überhaupt kein bipolarer Kodierungsgradient geschalten wird, ist es auch möglich andere bipolare Kodierungsgradienten Schemata zu verwenden, beispielsweise einmal anstelle des bipolaren Gradientenpaares G_max und 0 die Gradientenpaare
zu verwenden. Im dreidimensionalen Fall kann beispielsweise eine tetraedische Anordnung der durch die bipolaren Kodierungsgradienten erzeugten Gradientenmomente verwendet werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die zusätzlich bipolaren Kodierungsgradienten in eine Raumrichtung entlang einer Koordinatenachse mit verschiedenen Gradientenstärken zur Kodierung unterschiedlicher Geschwindigkeiten geschalten werden. Bei dieser sogenannten Multi-Venc-Aufnahmetechnik werden beliebig viele Geschwindigkeitssensitivitäten und Kombinationen kodiert um beispielsweise die Einfaltung von zu großen Geschwindigkeiten in den Phasenraum von –180° bis +180° zu vermeiden oder auch um eine vollständige Fourier-Kodierung zu ermöglichen. Auch können in die verschiedenen Raumrichtungen unterschiedliche Kodierungsgradientenstärken verwendet werden um in eine bestimmte Raumrichtung Einfaltungsartefakte zu vermeiden.
Die Erfindung betrifft ebenso eine MR-Anlage hierfür. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert: Hierbei zeigen
1 schematisch ein Gradientenschema mit zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten in die drei Raumrichtungen, nach dem Stand der Technik,
2 die Flusskodierung und die Ausleserichtung für den zweidimensionalen Fall nach dem Stand der Technik,
3 die Verwendung von kartesischen Kodierungsgradienten bei nicht kartesischer Auslesung des Rohdatenraums nach dem Stand der Technik,
4 das Beispiel von 3 im zweidimensionalen Fall,
5 schematisch die Überlagerung des Kodierungsgradienten mit dem Auslesegradienten zur Minimierung der Echozeit im Ausführungsbeispiel von 2,
6 die erfolgte vollständige Überlagerung von 5,
7 die hierdurch resultierenden notwendigen Gradientenschaltungen aus 6,
8 die sich ergebende Verlängerung der Echozeit, um das gleiche Gradientenmoment wie in 7 zu erhalten,
9 die erfindungsgemäße Schaltung des zusätzlichen Kodierungsgradienten, der mit dem Auslesegradienten im gleichen nicht kartesischen Koordinatensystem verläuft,
10 die Flusskodierung und die Auslese im zweidimensionalen Fall für die Erfindung,
11 die gegenpolare Schaltung des Kodierungsgradienten und dem Auslesegradienten zur Minimierung der Echozeit,
12 ein Flussdiagramm mit den Schritten zur Rekonstruktion einzelner Flussbilder mit Flussinformationen in die kartesischen Raumrichtungen,
13 wie bei einer radialsymmetrischen dreidimensionalen Aufnahme des Rohdatenraums die Umrechnung der Flussinformation in ein kartesisches Koordinatensystem erfolgt,
14 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, und
15 schematisch eine erfindungsgemäße MR-Anlage mit der die erfindungsgemäße Steuerung der Auslesegradienten und Kodierungsgradienten möglich ist.
In 15 ist schematisch eine MR-Anlage 100 gezeigt, mit der die zeitlich optimierte Aufnahme von Phasenkontrastangiographiebildern möglich ist. Die MR-Anlage weist einen Magneten 110 zur Erzeugung eines Polarisationsfeldes B0 auf. Ein auf einer Liege 111 angeordnetes Untersuchungsobjekt 112 wird im Magneten angeordnet, sodass sich eine resultierende Magnetisierung in Richtung des Polarisationsfeldes B0 ergibt. Wie durch Schalten von HF-Pulsen zur Anregung der Magnetisierung und Schalten von Magnetfeldgradienten MR-Signale detektiert und MR-Bilder erzeugt werden können, ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht im Detail erläutert. Ebenso ist dem Fachmann bekannt wie durch Differenzbildung von Phasenwerten MR-Phasenkontrastangiographiebilder erzeugt werden. Die MR-Anlage weist ein zentrales Steuersystem 120 auf. Eine Gradienteneinheit 121 erzeugt die für die Erzeugung der Phasenkontrast-MR-Bilder notwendigen Gradientenfelder. Eine HF-Einheit 122 erzeugt die einzustrahlenden HF-Felder. Eine Bildsequenzsteuerung 123 steuert die Abfolge der zu schaltenden Magnetfeldgradienten und HF-Pulse in Abhängigkeit von der gewählten Bildgebungssequenz. Ein Bildrechner 124 erlaubt die Berechnung und Darstellung von MR-Bildern. Eine Eingabeeinheit 125, auch HMI genannt (Human Machine Interface) ermöglicht es einem Nutzer der MR-Anlage den Ablauf der Untersuchung des Untersuchungsobjekts zu steuern, beispielsweise durch Auswählen von Bildgebungssequenzen, Eingabe von Bildgebungsparametern etc. Wie nachfolgend im Detail erläutert, steuert die Bildsequenzsteuerung 123 die Gradienteneinheit 121 danach, dass die Kodierungsgradienten im gleichen nicht kartesischen Koordinatensystem geschaltet werden wie der Auslesegradient.
Selbstverständlich weist die MR-Anlage zusätzliche Komponenten auf, die hier nicht im Detail dargestellt werden und aus Übersichtlichkeitsgründen und zum besseren Verständnis der Erfindung weggelassen wurden. Weiterhin können die Einheiten 121–125 nicht in der dargestellten Aufteilung ausgebildet sein, es können die durch die einzelnen Einheiten gesteuerten Funktionen auch in anderer Zusammensetzung gesteuert werden. Weiterhin können die in 11 dargestellten Systeme durch Hardware oder Software oder eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein.
Im Zusammenhang mit 9 wird die vorliegende Erfindung näher erläutert. Erfindungsgemäß wird der in 5 und 6 dargestellte bipolare Kodierungsgradient, in 9 der gestrichelt dargestellte bipolare Kodierungsgradient 30 nicht im raumfesten xyz-Koordinatensystem geschalten, sondern er verläuft in Richtung der Ausleserichtung des jeweiligen Auslesegradienten 20. Die in 9 erfolgte Darstellung erfolgt im rotierenden Bezugssystem, d.h. bei einer radialen Auslese des Rohdatenraums erfolgt der Auslesegradient G_read entlang einer radialen Trajektorie, die durch den Mittelpunkt des Rohdatenraums verläuft. Im Falle eines rotierenden Auslesegradienten (bei radialer Signalauslese) rotiert der bipolare Kodierungsgradient mit. Der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient 20 wird nun so geschalten, dass er erstens parallel zu dem jeweiligen Auslesegradienten verläuft und dass er gegenpolar zum Auslesegradienten verläuft, d.h. gegenpolar zu den beiden Gradientenmomenten, die vor der eigentlichen Signalauslese 14 liegen. Die Ausleserichtung variiert für jede Projektion durch den Rohdatenraum. Die bipolaren Kodierungsgradienten variieren nun mit jeder Projektion und sind mit der Ausleserichtung ausgerichtet. Da die bipolaren Kodierungsgradienten mit der Ausleserichtung ausgerichtet sind, ist es immer möglich, den bipolaren Kodierungsgradienten jeweils gegenpolar zu dem Auslesegradienten zu schalten.
Dies sei an einem folgenden Beispiel einer zweidimensionalen radialen Auslese des Rohdatenraumes gezeigt. Jede Auslesetrajektorie, die durch den Kreismittelpunkt verläuft ist durch den Radius r und den Winkel φ bestimmt. Anstelle der Schaltung eines bipolaren Kodierungsgradienten entlang der kartesischen xy-Richtung wird der bipolare Kodierungsgradient nun ebenso radial ausgerichtet wie die Trajektorie. Anstelle der Schaltung jeweils eines Gradienten in Gx- und Gy-Richtung zur Bestimmung der Flussinformationen in die beiden kartesischen Raumrichtungen erfolgt die Schaltung eines bipolaren Kodierungsgradienten einmal in r-Richtung und in einer dazu senkrechten Richtung, φ, um die beiden Geschwindigkeitskomponenten in r- und p-Richtung zu bestimmen. Diese Komponenten können dann durch Koordinatentransformation in Geschwindigkeitskomponenten in x- und y-Richtung umgerechnet werden.
In 10 ist nun gezeigt, wie sich die Flusskodierung relativ zur Bildprojektion verhält. Während 9 den Gradienten 30 im rotierenden Bezugssystem darstellt, ist in 10 die Aufteilung dieses Gradienten auf die in der MR-Anlage bestehenden Gradientensysteme in x- und y-Richtung erfolgt. Wenn die Ausleserichtung entlang der Trajektorie 31 erfolgt, erfolgt die Flusskodierung einmal parallel und entgegengesetzt zur Ausleserichtung und ein zweites Mal senkrecht dazu, um insgesamt die ganze Flussinformation in den zwei Dimensionen zu erhalten. Wie in 10 zu erkennen ist, erfolgt die Flusskodierung, die in Richtung der Bildauslese bzw. Bildprojektion erfolgt, entgegengesetzt zur Ausleserichtung.
In 11 ist nun gezeigt, wie eine minimale Echozeit erreicht wird, wenn der bipolare Kodierungsgradient im Wesentlichen zeitgleich mit den Vorgradienten des Auslesegradienten geschaltet wird. Das insgesamt zu schaltende Gradientenmoment ist die Summe der Gradienten während der Zeitspanne 40. Im dargestellten Beispiel haben der bipolare Kodierungsgradient 30 und der zum Auslesegradienten gehörige Gradient 20 während der Zeitspanne 40 das gleiche Gradientenmoment, sodass das insgesamte zu schaltende Gradientenmoment während der Zeitspanne 40 Null wäre. Dies bedeutet, dass einmal ohne Schalten des zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten nur der Auslesegradient 20 geschalten wird, während bei zusätzlicher Schaltung des bipolaren Kodierungsgradienten in der Zeitspanne 40 kein Gradient geschalten wird. Selbstverständlich müssen sich die Gradientenmomente des bipolaren Kodierungsgradienten, das von der aufzulösenden Geschwindigkeit abhängt und das Gradientenmoment des Auslesegradientenmoment nicht aufheben, sondern sie können verschieden groß sein, sodass der resultierende zu schaltende Gradient während der Zeitspanne nicht Null wäre.
Neben dem bipolaren Kodierungsgradienten 30, der entlang der Ausleserichtung geschaltet wird, werden für eine dreidimensionale Geschwindigkeitsinformation noch zwei weitere jeweils zur Ausleserichtung senkrechte nicht dargestellte bipolare Kodierungsgradienten geschaltet, um eine dreidimensionale Geschwindigkeitsinformation in dem Koordinatensystem zu erhalten, das mit dem Auslesegradienten mit rotiert.
Durch die optimale Wahl des Vorzeichens des bipolaren Kodierungsgradienten kann somit, wie in 11 gezeigt, die Echozeit optimiert werden. Die Abtastung des Rohdatenraums kann radial erfolgen, jedoch sind auch andere nicht kartesische Rohdatenraumabtastschemata möglich wie beispielsweise eine spiralförmige Abtastung, eine rosettenförmige Abtastung oder eine TWIRL-Abtastung, bei der die Trajektorien einer eigentlich radialen Abtastung an den Enden der Trajektorien S-förmig gebogen werden, um eine gegenüber der rein radialen Abtastung erhöhte Abtastung im äußeren k-Raum zu erreichen. Für eine Phasenkontrastangiographie kann aus den mit jedem Auslesegradienten rotierenden bipolaren Kodierungsgradienten (zwei- oder dreidimensional) und der Referenzmessung ohne Kodierungsgradient gemäß der Winkelabhängigkeit die xyz-Komponenten berechnet werden wie es beispielsweise im Flussdiagramm von 12 gezeigt ist.
In einem ersten Schritt S1 werden für alle Projektionswinkel und alle relativen Kodierungsrichtungen Kodierungsbilddaten aufgenommen. Bei dem in 13 gezeigten Beispiel eines kugelförmigen Koordinatensystems mit einer kugelförmigen Aufnahme des Rohdatenraums lauten die bipolaren Kodierungsgradientenrichtungen beispielsweise r, p und S (φ_i), wobei der Index i über die Gesamtheit aller erfassten Projektionen/Richtungen verläuft. Schließlich wird in einem Schritt S2 für jede einzelne Projektion die xyz-Komponente aus den Kodierungskomponenten r, p und s im Kugelkoordinatenraum berechnet. Die Rücktransformation von dem r, ϑ, φ Kugelkoordinatensystem in das kartesische Koordinatensystem erfolgt mit den in 13 dargestellten Transformationen für Kugelkoordinaten in kartesischen Koordinaten. Die Schritte S1 und S2 müssen nicht zwangsläufig nacheinander ablaufen, sie können auch ineinander verschachtelt sein, sodass Schritt S1 nicht abgeschlossen sein muss, bevor Schritt S2 startet. Anschließend kann in Schritt S3 eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation für xyz dargestellt werden, wie es aus der Phasenkontrastangiographie bekannt ist, bei dem die Kodierungsgradienten in xyz-Richtung geschalten werden.
Die Abfolge der Ausleseprojektionen kann insgesamt so gewählt werden, dass die bipolaren Kodierungsgradienten selbst eine kontinuierliche oder andere geeignete, zum Beispiel paarweise Richtungsänderung erfahren, um so etwaige Wirbelstromeffekte zu minimieren. Anstelle der Schaltung von Kodierungsgradienten gemäß dem Schema, ohne Kodierungsgradienten, Kodierungsgradienten in x-, Kodierungsgradienten in y- und Kodierungsgradienten in z-Richtung, ist es auch möglich andere Kodierungsgradientenschemata anzuwenden, beispielsweise eine tetraedische Anordnung der Kodierungsgradientenmomente, bei der nicht eine Messung ohne zusätzliche Kodierungsgradientenmoment verwendet wird sondern beispielsweise eine Messung mit drei zueinander senkrechten Gradientenstärken.
Dies ist anhand von 14 im zweidimensionalen Fall erläutert. Die Datenauslese erfolgt wie in 10. Jedoch erfolgt die Flusskodierung nicht wie in 10 mit zwei senkrecht zueinander verlaufenden Kodierungen und einer Messung ohne Kodierung, sondern mit drei Messungen, bei denen die Flusskodierungen in möglichst weit auseinander liegende Richtungen zeigen. Für den 2D-Fall ergibt sich hier ein 120°-Winkel zwischen den einzelnen Flusskodierungsrichtungen. Im 3D-Fall würde sich ein Tetraeder ergeben.
Auch können für die einzelnen Flusskodierungsrichtungen beliebig viele Kodierungssensitivitäten und Kombinationen kodiert werden um beispielsweise Einfaltungsartefakte zu vermeiden oder um eine vollständige Fourier-Kodierung zu ermöglichen. Hierbei werden beispielsweise drei verschiedene Gradientenstärken in eine Raumrichtung geschalten um drei verschiedene Geschwindigkeitsbereiche abzudecken. Ebenso ist es möglich verschiedene unterschiedliche Untergruppen Auslesegradienten den verschiedenen Kodierungsgradienten zuzuordnen, beispielsweise indem alle Auslesegradienten mit einem geringen Kodierungsgradient gemessen werden und nur eine Untergruppe zusätzlich mit einem höheren Kodierungsgradienten um die Einfaltung in die zugehörigen Richtungen zu vermeiden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Satz von Bildakquisitionen mit linear unabhängigen Flusskodierungen in sich die volle Flussinformation trägt. Dies kann in Kombination mit nicht kartesischen Aufnahmeverfahren vorteilhafterweise zur Optimierung der Messzeit, d.h. zur Minimierung der Messzeit ausgenutzt werden. Die Vorteile der Erfindung liegen in der Verkürzung der Echozeit TE. Weiterhin ist es möglich, durch Umrechnung der einzelnen Ausleserichtungen auf xyz-Koordinaten vor der Bildrekonstruktion gleiche Bilddaten zu erhalten wie bei einem Verfahren nach dem Stand der Technik, bei dem die bipolaren Kodierungsgradienten entlang der kartesischen Raumrichtungen geschalten werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6188922 B1 [0008]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines MR Phasenkontrastangiographiebildes eines Untersuchungsobjekts, bei dem durch Schalten von zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten (30) bewegten Spins im Untersuchungsobjekt eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation aufgeprägt wird, wobei für die Erstellung des MR Phasenkontrastangiographiebilder die MR Signale des Untersuchungsobjekts in einem Rohdatenraum mit einem nicht kartesischen Aufnahmemuster während eines Auslesegradienten (20) ausgelesen werden, wobei die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten (30) derart geschalten werden, dass sie entlang eines Koordinatensystems geschalten werden, das dem nicht kartesischen Aufnahmemuster entspricht und bei dem eine Koordinatenachse des Koordinatensystems entlang des Auslesegradienten (20) verläuft.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient (30), der entlang des Auslesegradienten verläuft, gegenpolar zum Auslesegradient (20) verläuft.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche bipolare Kodierungsgradient (30), der entlang dem Auslesegradient verläuft, zeitlich überlappend mit dem Auslesegradienten (20) geschalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Flussquantifizierung der bewegten Spins folgende Schritte ausgeführt werden: – Bestimmen einer ersten Flussinformation der bewegten Spins in dem nicht kartesischen Koordinatensystem, – Transformation der bestimmten Flussinformation in ein kartesisches Koordinatensystem zur Berechnung von Flusskomponenten entlang des kartesischen Koordinatensystems, und – Darstellen der berechneten Flusskomponenten.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesegradienten (20) zur Aufnahme des Phasenkontrastangiographiebildes derart den Rohdatenraum füllen, dass die durch die Abfolge der Auslesegradienten (20) induzierten Wirbelströme reduziert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dreidimensionaler Rohdatenraum aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten (30) mit einer tetraedischen Anordnung der durch die bipolaren Kodierungsgradienten erzeugten Gradientenmomente geschalten werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen bipolare Kodierungsgradienten (30) in eine Raumrichtung entlang einer Koordinatenachse des Koordinatensystems mit verschiedenen Gradientenstärken zur Kodierung unterschiedlicher Geschwindigkeiten geschalten werden.
Magnetresonanzanlage (100) zur Erzeugung eines MR Phasenkontrastangiographiebildes eines Untersuchungsobjekts, welche aufweist: – eine Gradienteneinheit (121), die die zur Erzeugung des MR Phasenkontrastangiographiebildes notwendigen Gradientenfelder erzeugt und die zusätzliche bipolare Kodierungsgradienten (30) erzeugt, durch die bewegten Spins im Untersuchungsobjekt eine geschwindigkeitsabhängige Phaseninformation aufgeprägt wird, – eine Bildsequenzsteuerung (123), die die Gradienteneinheit steuert und die festlegt, mit welchem Aufnahmemuster der zu dem Phasenkontrastangiographiebild gehörige Rohdatenraum aufgenommen wird, wobei die Bildsequenzsteuereinheit (123) die Gradienteneinheit (121) derart steuert, dass für die Erstellung des MR Phasenkontrastangiographiebildes die MR Signale des Untersuchungsobjekts in einem Rohdatenraum mit einem nicht kartesischen Aufnahmemuster während eines Auslesegradienten ausgelesen werden, und dass die zusätzlichen bipolaren Kodierungsgradienten derart geschalten werden, dass sie entlang eines Koordinatensystems geschalten werden, das dem nicht kartesischen Aufnahmemuster entspricht und bei dem eine Koordinatenachse des Koordinatensystems entlang des Auslesegradienten verläuft.