DE102013005612A1 - Method for operating a magnetic resonance tomograph - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen zur ortsaufgelösten Spinresonanzmessung an einem Objekt, insbesondere an einem lebenden Objekt, welches in einem statischen Magnetfeld B0 angeordnet wird, wodurch sich eine Ausrichtung der Spins des Objektes und eine longitudinale Nettomagnetisierung Mz entlang der Richtung Z des statischen Magnetfeldes ergibt und wobei eine transversale Magnetisierungskomponente Mxy erzeugt oder geändert wird, insbesondere durch Erzeugung eines Spin-Flip aus der Z-Richtung um einen gewünschten Flip-Winkel, insbesondere um 90 Grad mittels wenigstens eines Hochfrequenz-Anregungs-Impulses (1) in Spin-Resonanz, wobei mit einer Abfolge von Hochfrequenz-Impulsen (4, 5, 7) und geschalteten Gradientenmagnetfeldern (2, 3, 6) Spin-Echo-Signale aus wenigstens einem gewünschten Volumenelement des Objektes messtechnisch erfasst werden, wobei das wenigstens eine Volumenelement durch mehrere zumindest zeitweise dem homogenen Magnetfeld B0 überlagerte Gradientenmagnetfelder bestimmt wird, wobei die Abfolge von Hochfrequenz-Impulsen einen ersten (4) und einen zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (5) umfasst, insbesondere einen ersten (4) und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (5) direkt nach Erzeugung einer transversalen Magnetisierungskomponente mittels eines Hochfrequenz-Anregungs-Impulses (1), wobei ab dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (5) sowohl ein Spin-Echo als auch ein stimuliertes Echo erzeugt wird, wobei ergänzend zu einem Gradientenmagnetfeld (6) in Frequenzkodierrichtung, welches während der Meßwerterfassung zur Erfassung einer Zeile des Rohdatenraumes geschaltet wird, ein zusätzliches Gradientenmagnetfeld (8) in Frequenzkodierrichtung geschaltet wird, welches durch die Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse (5, 7) neu erzeugte Echo-Signale oder Echo-Signal-Anteile, insbesondere die nicht auf eine Refokussierung des ursprünglichen Spin Echos nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (4) und/oder des ursprünglichen stimulierten Echos nach dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (5) zurückzuführen sind, aus dem bei einer nächsten Meßwertaufnahme erfassten Rohdatenraum oder Rohdatenzeile herausverlagert werden.The invention relates to a method for operating a magnetic resonance tomograph for spatially resolved spin resonance measurement on an object, in particular on a living object, which is arranged in a static magnetic field B0, which results in an alignment of the spins of the object and a longitudinal net magnetization Mz along the direction Z of the static Magnetic field results and a transverse magnetization component Mxy is generated or changed, in particular by generating a spin flip from the Z direction by a desired flip angle, in particular by 90 degrees by means of at least one high-frequency excitation pulse (1) in spin Resonance, with a sequence of high-frequency pulses (4, 5, 7) and switched gradient magnetic fields (2, 3, 6) spin echo signals from at least one desired volume element of the object are measured, the at least one volume element by several at least temporarily the homogeneous Magnetf Eld B0 superimposed gradient magnetic fields is determined, the sequence of high-frequency pulses comprising a first (4) and a second high-frequency rephasing pulse (5), in particular a first (4) and second high-frequency rephasing pulse (5) directly after generation of a transverse magnetization component by means of a high-frequency excitation pulse (1), wherein from the second high-frequency rephasing pulse (5) both a spin echo and a stimulated echo are generated, in addition to a gradient magnetic field (6) in the frequency coding direction, which during the measured value acquisition for Detection of a line of the raw data space is switched, an additional gradient magnetic field (8) is switched in the frequency coding direction, which is generated by the high-frequency rephasing pulses (5, 7) newly generated echo signals or echo signal components, in particular those that do not refocus the original one Spin echoes after the first high frequency rephasing simpuls (4) and / or the original stimulated echo after the second high-frequency rephasing pulse (5) can be traced, from which the raw data space or raw data line acquired during the next measurement recording are shifted out.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen zur ortsaufgelösten Spinresonanzmessung an einem Objekt, insbesondere an einem lebenden Objekt, welches in einem statischen Magnetfeld B0 angeordnet wird, wodurch sich eine Ausrichtung der Spins des Objektes und eine longitudinale Nettomagnetisierung Mz entlang der Richtung Z des statischen Magnetfeldes ergibt und wobei eine transversale Magnetisierungskomponente Mxy erzeugt oder geändert wird, insbesondere durch Erzeugung eines Spin-Flip aus der Z-Richtung um einen gewünschten Flip-Winkel, insbesondere um 90 Grad mittels wenigstens eines Hochfrequenz-Anregungs-Impulses in Spin-Resonanz, wobei mit einer Abfolge von Hochfrequenz-Impulsen und geschalteten Gradientenmagnetfeldern Spin-Echo-Signale aus wenigstens einem gewünschten Volumenelement des Objektes messtechnisch erfasst werden, wobei das wenigstens eine Volumenelement durch mehrere zumindest zeitweise dem homogenen Magnetfeld B0 überlagerte Gradientenmagnetfelder bestimmt wird und die Abfolge von Hochfrequenz-Impulsen einen ersten und einen zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls umfasst, insbesondere einen ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls direkt nach Erzeugung einer transversalen Magnetisierungskomponente mittels eines Hochfrequenz-Anregungs-Impulses, wobei ab dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls sowohl ein Spin-Echo als auch ein stimuliertes Echo erzeugt wird.The invention relates to a method for operating a magnetic resonance tomograph for spatially resolved spin resonance measurement on an object, in particular on a living object, which is arranged in a static magnetic field B0, whereby an orientation of the spins of the object and a longitudinal net magnetization Mz along the direction Z of the static Magnetic field results and wherein a transverse magnetization component Mxy is generated or changed, in particular by generating a spin flip from the Z direction by a desired flip angle, in particular by 90 degrees by means of at least one high frequency excitation pulse in spin resonance, wherein With a sequence of high-frequency pulses and switched gradient magnetic fields, spin-echo signals from at least one desired volume element of the object are detected by measurement, wherein the at least one volume element is superimposed by a plurality of degrees at least temporarily superimposed on the homogeneous magnetic field B0 ientenmagnetfelder is determined and the sequence of high-frequency pulses comprises a first and a second high-frequency Rephasierungsimpuls, in particular a first and second high-frequency Rephasierungsimpuls directly after generating a transverse magnetization component by means of a high-frequency excitation pulse, starting from the second high-frequency Rephasierungsimpuls both a spin echo as well as a stimulated echo is generated.
Die Magnetresonanztomographie ist ein Schnittbildgebungsverfahren, welches ohne die Verwendung von Röntgenstrahlen oder radioaktiven Substanzen zu untersuchende Organe oder Körperteile darstellen kann.Magnetic resonance imaging is a cross-sectional imaging technique that can image organs or parts of the body to be examined without the use of X-rays or radioactive substances.
Beispielsweise anatomische Bilder, die den Anspruch haben sehr detailgenau zu sein, werden in der Regel mittels schneller Spin-Echo-Technik (engl.: FSE, Fast-Spin-Echo) erzeugt. Dabei wird nach einem Anregungspuls ein Zug von mehreren Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsn angewendet. Dadurch wird die anfangs angeregte Magnetisierung mehrfach refokussiert und unter Abklingen des Signals mittels wiederholter Ortskodierung (techn.: Phasenkodierung) im Rohdatenraum (k-Raum) gespeichert. FSE Sequenzen können sowohl als Einzelschussverfahren als auch als segmentierte Aufnahmen verwendet werden. Die Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse werden hier idealerweise als sogenannte 180 Grad-Pulse ausgebildet und bei der theoretischen Betrachung als solche angenommen.For example, anatomical images that claim to be very detailed are usually generated by means of a fast spin-echo technique (English: FSE, fast-spin echo). In this case, a train of several high-frequency Rephasierungsimpulsn is applied after an excitation pulse. As a result, the magnetization initially excited is multiply refocused and stored in the raw data space (k-space) with the signal decaying by means of repeated spatial coding (technical: phase coding). FSE sequences can be used both as single-shot and as segmented images. The high-frequency rephasing pulses are ideally formed here as so-called 180-degree pulses and assumed as such in the theoretical consideration.
Mittels der entsprechenden Wahl von Sequenzparametern, hier hauptsächlich die Echozeit TE, kann eine FSE Sequenz entweder T2 gewichtete (transversale Relaxationszeit der Magnetisierung) oder Protonendichte (PD) gewichtete Bilder erzeugen oder mit jedem anderen bekannten Kontrastvorbereitungsmodul der MRT kombiniert werden. T2 gewichtete FSE Sequenzen spielen eine große Rolle in der Detektion von akuten Gewebeinfarkten im Gehirn oder im Herzmuskel.By means of the appropriate choice of sequence parameters, here mainly the echo time TE, an FSE sequence can either generate T 2 weighted (magnetization relaxation transverse time) or proton density (PD) weighted images or combined with any other known contrast preparation module of the MRI. T2-weighted FSE sequences play a major role in the detection of acute infarction tissue in the brain or heart muscle.
Eine modifizierte FSE Sequenz – z. B. in der Implementierung von displaced UFLARE prägt der Magnetisierung mittels einer zusätzlich eingefügten Evolutionszeit τ eine Sensitivität gegenüber mikroskopischen Feldinhomogenitäten (T2 * Wichtung) auf. Diese Feldinhomogenitäten treten an Grenzen von verschiedenen Geweben (Suszeptiblitätssprünge) auf oder können physiologisch bedingt sein – z. B. durch Hämoglobin im Blut verursachte erhöhte Eisenkonzentration oder auch durch Änderungen in der Gewebemorphologie aufgrund von Narben und führen zu einem nicht-umkehrbaren Verlust der Phasenbeziehung der Magnetisierung. Somit bietet diese Sequenz die Möglichkeit zur Untersuchung des Sauerstoffgehalts von Blut oder des Eisengehalts von Gewebe oder aber die Detektion von Herzinfarkten. T2 * gewichtete Bildgebung findet ein weites Feld von Anwendungsmöglichkeiten: dynamische Bildgebung nach Kontrastmittelgabe, funktionelle MRT oder T2 * Kartierung des Herzmuskels.A modified FSE sequence - z. For example, in the implementation of displaced UFLARE, the magnetization imposes a sensitivity to microscopic field inhomogeneities (T 2 * weighting) by means of an additionally inserted evolution time τ. These field inhomogeneities occur at boundaries of different tissues (susceptibility jumps) or may be physiological - e.g. B. Increased iron concentration caused by hemoglobin in the blood, or also by changes in tissue morphology due to scarring, results in an irreversible loss of the phase relationship of the magnetization. Thus, this sequence offers the opportunity to study the oxygen content of blood or the iron content of tissue or the detection of heart attacks. T 2 * weighted imaging has a wide range of applications: dynamic imaging after contrast administration, functional MRI or T 2 * cardiac muscle mapping.
In den meisten Anwendungen wird pro Bild ein bestimmter zuvor aufmodulierter Kontrast – so z. B. PD-, T2- oder T2 *-Wichtung – erzeugt. Interessiert man sich wie in vielen Fällen für mehrere verschiedene MRT-Kontraste, werden die entsprechenden Bilder nacheinander – sequentiell – in verschiedenen Bildaufnahmen – auch Sequenzen genannt – erzeugt. Dies nimmt viel Zeit in Anspruch und kann zudem zu Misregistrierung von Bildschichten führen.In most applications, per image a certain previously modulated contrast - such. B. PD, T 2 - or T 2 * weighting - generated. If, as in many cases, one is interested in several different MRI contrasts, the corresponding images are generated sequentially - sequentially - in different image recordings - also called sequences. This takes a long time and can lead to misregistration of image layers.
Die Kartierung von bestimmten Gewebeparametern wie beispielsweise T2 oder T2 * ist von großem Interesse für die MRT. Eine Parameterkarte wird aus einer Reihe von Messungen berechnet, bei der der jeweilige Parameter (z. B. T2 oder T2 *) sukzessive verändert wird. Die Einzelmessungen haben dabei eine hohe räumliche Auflösung, sodass die Parameterkarten sehr genau sind. Dadurch lassen sich Rückschlüsse auf die Mikrostruktur des untersuchten Gewebes ziehen.The mapping of certain tissue parameters such as T 2 or T 2 * is of great interest to MRI. A parameter map is calculated from a series of measurements in which the respective parameter (eg T 2 or T 2 * ) is successively changed. The individual measurements have a high spatial resolution, so that the parameter maps are very accurate. This allows conclusions to be drawn about the microstructure of the examined tissue.
Ein Nachteil dieser Technik ist, dass sie aufgrund der Anzahl der Messungen und deren Auflösung sehr zeitaufwendig ist. In vielen Fällen kommt hinzu, dass mehrere Parameter nacheinander kartiert werden und somit der Zeitfaktor eine noch größere Rolle spielt.A disadvantage of this technique is that it is very time consuming due to the number of measurements and their resolution. In many cases, several parameters are mapped one after the other and thus the time factor plays an even bigger role.
Deshalb ist für den klinischen Einsatz eine Beschleunigung der Parameterkartierung von großem Interesse.Therefore, an acceleration of parameter mapping is of great interest for clinical use.
Zusätzlich tritt häufig das Problem der Schicht-Misregistrierung auf, wenn Kartierungen sequentiell durchgeführt werden. Daraus resultierend sind Karten von verschiedenen Parametern nicht vergleichbar. In addition, the problem of layer misregistration often occurs when mapping is performed sequentially. As a result, maps of different parameters are not comparable.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanztomographen bereit zu stellen, mittels dem innerhalb einer Sequenz und somit einer Abfolge von geschalteten Hochfrequenz-Impulsen und Gradientenmagnetfeldern, in den aufgenommenen Rohdaten mehrere Kontrastarten zu erfassen, insbesondere T2*-gewichtete Daten und einen weiteren Kontrast, beispielsweise T2-gewichtete Daten oder eine Wichtung nach der Protonendichte. Erfindungsgemäß sollen Überlagerungen nacheinander erzeugter Echos vermieden werden.The object of the invention is thus to provide a method for operating a magnetic resonance tomograph, by means of which within a sequence and thus a sequence of switched high-frequency pulses and gradient magnetic fields to record in the raw data recorded multiple contrast types, in particular T2 * -weighted data and another contrast, for example T2-weighted data or a weighting according to the proton density. In accordance with the invention overlays of successively generated echoes are to be avoided.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ergänzend zu einem Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung, welches während der Meßwerterfassung zur Erfassung einer Zeile des Rohdatenraumes geschaltet wird, ein zusätzliches Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung geschaltet wird, welches durch die Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse neu erzeugte Echo-Signale oder Echo-Anteile, insbesondere die nicht auf eine Refokussierung der ursprünglich nach dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls erzeugten Magnetisierungskomponenten zurückzuführen sind, aus dem bei einer nächsten Meßwertaufnahme erfassten Rohdatenraum oder Rohdatenzeile herausverlagert werden.This object is achieved in that, in addition to a gradient magnetic field in the frequency coding, which is switched during the acquisition of data to detect a row of raw data space, an additional gradient magnetic field is switched in Frequenzkodierrichtung, which by the high frequency rephasing pulses newly generated echo signals or echo components in particular, the magnetization components not originating from a refocusing of the magnetization components originally produced after the second high-frequency rephasing pulse are expelled, from which the raw data space or the raw data row acquired during a next measured value recording are moved out.
Der Gegenstand der Erfindung kann beispielsweise in Verbindung mit der schnellen Spin-Echo Technik (engl.: FSE, Fast-Spin Echo) eingesetzt werden, gemäß welcher nach den beiden vorgenannten Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsen weitere äquidistante Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse folgen.The subject of the invention can be used, for example, in conjunction with the fast spin-echo technique (English: FSE, fast-spin echo), according to which follow the two aforementioned high-frequency rephasing pulses further equidistant high-frequency rephasing pulses.
Das von FSE Techniken erzeugte Signal ist im Regelfall eine Überlagerung von Spin Echos und stimulierten Echos, die im Folgenden auch mit SE bzw. STE bezeichnet werden.The signal generated by FSE techniques is usually a superposition of spin echoes and stimulated echoes, which are also referred to below as SE and STE, respectively.
Die Theorie der FSE-Technik beschreibt die Anwendung mehrerer 180-Grad-Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse nach einer 90-Grad-Anregung, um eine Dephasierung der zuvor in die transversale Ebene gekippten Magnetiersierungskomponente mehrfach umzukehren und so mehrere Echosignale zu erzeugen. Praktisch können jedoch reine 180-Grad-Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse nicht realisiert werden, so dass ein Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse im Regelfall immer einen Teil der transversalen Magnetisierung aus der Transversalebene in die longitudinale Z-Richtung zurückkippt.The theory of the FSE technique describes the application of multiple 180-degree high-frequency rephasing pulses after a 90-degree excitation to multiply reverse dephasing the magnetization component previously tilted in the transverse plane to produce multiple echo signals. Practically, however, pure 180-degree high-frequency rephasing pulses can not be realized, so that a high-frequency rephasing pulses usually always tilt back a part of the transverse magnetization from the transverse plane in the longitudinal Z direction.
Weiterhin beschreibt die Theorie die Erzeugung von stimulierten Echos nach Anregung einer transversalen Magnetisierung durch zwei aufeinanderfolgende 90-Grad-Hochfrequenzimpulse, von denen der erste eine Komponente der präzedierenden transversalen Magnetisierung in die Z-Richtung zurückkippt und eine andere Komponente in der Transversalebene belässt. Der zweite Impuls kippt die Z-Komponente mit gleicher Wirkrichtung wie zuvor wiederum in die Transversalebene und erzeugt ein sogenanntes stimuliertes Echo, Allerdings sind auch reine 90-Grad-Pulse in der meßtechnischen Praxis nicht zu erzeugen.Further, the theory describes the generation of stimulated echoes upon excitation of transverse magnetization by two consecutive 90 degree RF pulses, the first of which flips one component of the precessing transverse magnetization back in the Z direction and leaves another component in the transverse plane. The second pulse tilts the Z-component with the same effective direction as before again into the transverse plane and generates a so-called stimulated echo. However, even pure 90-degree pulses can not be generated in the metrology practice.
Ein Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls, häufig auch einfach als ALPHA-Puls bezeichnet, kann demnach mathematisch als Linearkombination einer 180 Grad-Komponente, einer 90-Grad-Komponente und einer 0-Grad-Komponente betrachtet werden und erzeugt somit bei Anwendung auf eine Transversalmagnetisierung immer eine Teilkomponente die in der Transversalebene um 180 Grad rotiert wird und eine Teilkomponente der Magnetisierung, die in Z-Richtung zurückgekippt wird. In der FSE-Technik treten somit praktisch, zumindest nach dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls SE und STE überlagert auf.Thus, a high frequency rephasing pulse, often referred to simply as an ALPHA pulse, may be mathematically considered to be a linear combination of a 180 degree component, a 90 degree component, and a 0 degree component, and thus always generates one when applied to transverse magnetization Subcomponent which is rotated in the transverse plane by 180 degrees and a subcomponent of the magnetization, which is tilted back in the Z direction. In the FSE technique, therefore, there occur practically superposed, at least after the second high-frequency rephasing pulse SE and STE.
Der Anregungsimpuls kippt die zu Beginn in der longitudinalen Achse gespeicherte Magnetisierung in die transversale Ebene. Mittels des ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls wird die Magnetisierung geteilt. Ein Teil verbleibt in der transversalen Ebene und erzeugt bereits ein SE, ein anderer Teil wird zurück in die longitudinale Achse gebracht und dort gespeichert bis der nächste Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls wirkt. Dieser bringt den gespeicherten Anteil der Magnetisierung wieder zurück in die transversale Ebene, wo er ein STE bildet.The excitation pulse tilts the magnetization initially stored in the longitudinal axis into the transverse plane. By means of the first high-frequency rephasing pulse, the magnetization is divided. One part remains in the transverse plane and already generates an SE, another part is brought back into the longitudinal axis and stored there until the next high-frequency rephasing pulse acts. This brings the stored portion of the magnetization back into the transverse plane, where it forms a STE.
Gleichzeitig erzeugt die erneute Refokussierung des ersten SE erneut ein SE, welches sich mit dem STE überlagert. Abhängig von der Anzahl der Intervalle zwischen den Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls (Interechointervalle), die sich die das Echo formende Magnetisierung bereits in der transversalen Ebene befand, spricht man von ungeraden (Eu) und geraden (Eg) Echos. Da sich SEs und STEs überlagern, vermischen sich auch immer gerade und ungerade Echos (Interferenz) und tragen beide zum resultierenden Bild bei.At the same time, the re-refocusing of the first SE again produces an SE superimposed on the STE. Depending on the number of intervals between the high-frequency rephasing pulses (inter-echo intervals), which the echo-forming magnetization was already in the transverse plane, one speaks of odd (E u ) and even (E g ) echoes. As SEs and STEs overlap, even odd and even echoes (interference) mix and contribute to the resulting image.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird durch ein zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls geschaltetes Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung und ein vor dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls geschaltetes Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung zunächst bewirkt, dass ab dem zweiten Interechointervall zum Zeitpunkt der Meßwerterfassung eine Separierung des Spin-Echos und des stimuliertes Echos in einer erfassten Zeile des Rohdatenraumes erfolgt.In the present method, a gradient magnetic field in the frequency encoding direction switched between the first and second high frequency rephasing pulses and a gradient magnetic field in the frequency coding direction connected before the first high frequency rephasing pulse first causes the pulse to be detected from the second inter-echo interval at the time of the measured value acquisition a separation of the spin echo and the stimulated echo in a detected line of the raw data space takes place.
Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass durch die genannten Gradientenmagnetfelder in Frequenzkodierrichtung vor und nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls auf das SE und das STE verschiedene Phasenverschiebungen wirken, die sich auf folgende Meßwerterfassungen übertragen, da zwischenzeitlich durch einen der Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse ein Magnetisierungsanteil in die Z-Richtung zurückgekippt wird und somit von dem Gradienten in Frequenzkodierrichtung nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls unbeeinflusst bleibt, dieser somit nur auf den transversalen Anteil wirkt. Hierdurch ergibt sich bei späteren geschalteten Gradienten in Frequenzkodierrichtung eine Auftrennung beider Echoarten innerhalb einer Zeile des Rohdatenraumes, die durch den jeweils bei der Meßwertaufnahme der Echos geschalteten Phasenkodiergradienten festgelegt wird.The invention makes use of the fact that different phase shifts act on the SE and the STE by the mentioned gradient magnetic fields in the frequency coding direction before and after the first high-frequency rephasing pulse, which transfer to the following measured value captures, since in the meantime one of the high-frequency rephasing pulses has a magnetization component in FIG the Z direction is tilted back and thus remains unaffected by the gradient in the frequency coding direction after the first high-frequency rephasing pulse, which thus acts only on the transverse component. In the case of later switched gradients in the frequency coding direction, this results in a separation of the two types of echo within a row of the raw data space, which is determined by the phase encoding gradients connected in each case during the recording of the measured value of the echoes.
Bevorzugt wird mit dem vor dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls in Frequenzkodierrichtung geschalteten Gradientenmagnetfeld eine Phasenverschiebung bewirkt, die von 50% der Phasenverschiebung abweicht, insbesondere 25% der Phasenverschiebung entspricht, welche durch das zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls in Frequenzkodierrichtung geschaltete Gradientenmagnetfeld bewirkt wird.A phase shift which deviates from 50% of the phase shift, in particular corresponds to 25% of the phase shift which is caused by the gradient magnetic field connected between the first and second high-frequency rephasing pulses in the frequency-encoding direction, is preferably effected with the gradient magnetic field switched in the frequency coding direction before the first high-frequency rephasing pulse ,
Hierbei ist die Einstellung der 25%-Wirkung besonders bevorzugt, da hierdurch innerhalb einer Zeile des Datenraumes die Datenanteile beider Echoarten gleichmäßig um die Zeilenmitte verteilt sind, was bei der späteren Auswertung und Fouriertransformation Vorteile bietet. Anhand der 25%-Wirkung der Phasenverschiebung des ersten Frequenzkodiergradienten (nach dem Anregungsimpuls) lässt sich auch die bewirkte Separation anschaulich erläutern:
So wirkt auf die transversal mit dem Anregungspuls präparierte Magnetisierung (mit anfänglicher Phase Null) zunächst der Frequenzkodiergradient, der 0,25 der Phasenverschiebung des späteren Frequenzkodiergradienten bewirkt. Diese Magnetisierung wird durch den ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls zum Teil in Z-Richtung zurückgeklappt. Dieser Teil bewahrt seine 0,25fache Phasenverschiebung. Der transversal verbleibende Anteil wird durch denselben Puls um 180 Grad phasenverschoben und somit dessen Phase auf –0,25 geändert. Durch den Frequenzkodiergradienten nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls wird somit eine Zeile des Rohdatenraumes erfasst, in welcher das erzeugte Spinecho an der Position 0,25 entsteht, da dort die präparierte Phase von –0,25 zu Null zusammengelaufen ist und das Echo erzeugt. Derselbe Frequenzkodiergradient präpariert jedoch sodann in seiner Wirkung diese Magnetisierungkomponente um eine weitere Phasenverschiebung von 0,75 und somit an der Position 0,75 bezogen auf die Abzisse des Rohdatenraumes. Das nächste Spin-Echo dieser Magnetisierung würde also an der Position 0,75 einer Zeile des Rohdatenraumes auftreten, da diese Phase durch die 180-Gradwirkung des folgenden Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls vor der Datenaufnahme sodann auf eine Phase von –0,75 präpariert wird.In this case, the setting of the 25% effect is particularly preferred since, as a result, the data portions of both types of echo are uniformly distributed around the center of the line within a row of the data space, which offers advantages in the later evaluation and Fourier transformation. On the basis of the 25% effect of the phase shift of the first frequency-encoding gradient (after the excitation pulse), the separation effected can also be explained clearly:
Thus, on the magnetization prepared transversally with the excitation pulse (with initial phase zero), the frequency encoding gradient first, which causes 0.25 of the phase shift of the later Frequenzkodiergradienten. This magnetization is folded back partly by the first high frequency rephasing pulse in the Z direction. This part retains its 0.25-fold phase shift. The transversal remaining portion is phase-shifted by 180 degrees by the same pulse, thus changing its phase to -0.25. By the Frequenzkodiergradienten after the first high frequency rephasing pulse thus a line of the raw data space is detected, in which the generated spin echo is formed at the position 0.25, since there the prepared phase of -0.25 has converged to zero and generates the echo. However, the same frequency-coding gradient then effects its effect on this magnetization component by a further phase shift of 0.75 and thus at the 0.75 position with respect to the abscissa of the raw data space. The next spin echo of this magnetization would therefore occur at the position 0.75 of a row of the raw data space, since this phase is then prepared by the 180-degree effect of the following high-frequency rephasing pulse before data acquisition to a phase of -0.75.
Der zweite Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls holt die zuvor in Z-Richtung geklappte Magnetisierung in die Transversalebene zurück, jedoch mit gleicher Wirkrichtung wie zuvor und erzeugt so ebenfalls effektive 180 Grad Phasenverschiebung, so dass diese zurückgeholte Magnetisierung bei –0,25 bezogen auf die Abzisse des Rohdatenraumes präpariert ist und mit einem Frequenzkodiergradienten bei der Meßwerterfassung sodann das STE bei der Position 0,25 der gewählten Rohdatenraumzeile entsteht und wie zuvor genannt das SE bei der Position 0,75. Demnach sind die Meßdaten beider Echoarten um die Mitte der Rohdatenzeile herum zentrisch angeordnet, d. h. an den Positionen 0,25 und 0,75 des Rohdatenraumes bzgl. der Abzisse des Raumes.The second high frequency rephasing pulse retrieves the magnetization previously folded in the Z direction, but with the same effective direction as before, thus also producing an effective 180 degree phase shift, so that this retrieved magnetization is at -0.25 with respect to the abscissa of the raw data space is prepared with a Frequenzkodiergradienten in the measured value acquisition then the STE at the position 0.25 of the selected raw data space line is formed and as previously mentioned the SE at the position 0.75. Accordingly, the measurement data of both types of echo are centered around the center of the raw data line, i. H. at the positions 0.25 and 0.75 of the raw data space with respect to the abscissa of the room.
Erfindungsgemäß kann es nun vorgesehen sein, mit den beiden Echoarten unterschiedliche Gewichtungen bzw. Kontraste zu erfassen.According to the invention it can now be provided to detect different weights or contrasts with the two types of echo.
Hierfür kann eine Ausführung vorsehen, dass mit den Spin-Echos eine T2*-Wichtung erfasst wird.For this, an embodiment may provide that the spin echoes detect a T2 * weighting.
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, in einer Evolutionszeit zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsauf eine nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls vorliegende transversale Magnetisierungskomponente T2*-bedingte Dephasierungsprozesse wirken zu lassen, wobei eine nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls in longitudinaler Richtung vorliegende Magnetisierungskomponente hiervon unberührt bleibt, wobei die absolute Zeit zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls durch die Evolutionszeit über das Interechointervall hinaus verlängert wird, welches zwischen nachfolgenden äquidistanten Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsen, insbesondere 180 Grad-Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsen vorliegt.According to the invention, provision may be made in an evolution time between the first and second high-frequency rephasing pulses for a transverse magnetization component T2 * -related dephasing processes after the first high-frequency rephasing pulse, wherein a magnetization component of the first high-frequency rephasing pulse in the longitudinal direction thereof remains untouched, wherein the absolute time between the first and second high frequency rephasing pulses is prolonged by the evolution time beyond the inter-echo interval present between subsequent equidistant high frequency rephasing pulses, in particular 180 degree high frequency rephasing pulses.
Es können somit Meßreihen durchgeführt werden, in denen verschiedene Evolutionszeiten von Null an eingestellt werden.It can thus be carried out series of measurements in which different evolution times are set from zero.
Die erfindungsgemäß erzeugte klare Trennung der beiden Echoarten wird ausgenutzt, um in einem geeigneten Vorbereitungsexperiment eine unterschiedliche Wichtung und damit einen unterschiedlichen Bildkontrast zu generieren. Das Einfügen einer Evolutionszeit Tau im ersten Interechointervall führt zu einer T2 * Wichtung der SE Magnetisierung.The clear separation of the two types of echoes produced in accordance with the invention is exploited in order to obtain a different weighting and thus a different one in a suitable preparation experiment to generate different image contrast. The insertion of an evolution time tau in the first inter-echo interval leads to a T 2 * weighting of the SE magnetization.
Da der Teil der Magnetisierung, welcher das STE bilden wird, während dieser Zeit in der longitudinalen Achse gespeichert ist, bleibt er von der T2 * Wichtung unbeeinflusst und kann dementsprechend unabhängig von der T2 * Wichtung der SE Magnetisierung eine andere Wichtung, z. B. eine T2-Wichtung oder Protonendichtewichtung aufgeprägt bekommen. Somit erlaubt der vorgeschlagene Ansatz die voneinander unabhängige Kontrastwichtung der SE und STE Magnetisierung.Since the portion of the magnetization which will form the STE is stored in the longitudinal axis during this time, it remains unaffected by the T 2 * weighting, and accordingly can have a different weighting, e.g., T 2 * weighting of the SE magnetization, e.g. B. imprinted a T 2 weighting or proton density weight. Thus, the proposed approach allows independent contrasting of the SE and STE magnetizations.
Erfindungsgemäß wird lediglich die wiederholte Refokussierung des ersten gemeinsam auftretenden Paares von SE und STE zur Signalgenerierung genutzt, d. h. das Paar aus zweitem Spin-Echo und erstem stimulierten Echo. Demnach kann das nach dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls erzeugte Spinecho meßtechnisch verworfen werden.According to the invention, only the repeated refocussing of the first jointly occurring pair of SE and STE is used for signal generation, i. H. the pair of second spin echo and first stimulated echo. Accordingly, the spin echo generated after the first high-frequency rephasing pulse can be rejected by measurement.
Als wesentlich und unabhängig von der Art der gewählten Gewichtungen bei Spin-Echo und stimulierten Echo wird es bei der Erfindung angesehen, dass stimulierte Echos welche durch spätere Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse entstehen, durch zusätzliche Gradienten entlang der Leserichtung aus dem Akquisitionsfenster herausgeschoben werden. Somit ist es möglich, reine SE und reine STE zu akquirieren.As essential and independent of the type of spin echo and stimulated echo weighting chosen, it is considered in the invention that stimulated echoes arising from later high frequency rephasing pulses be shifted out of the acquisition window by additional gradients along the reading direction. Thus, it is possible to acquire pure SE and pure STE.
Erfindungsgemäß ist es hierfür vorgesehen, dass ergänzend zu einem bzw. jedem Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung, welches während der Meßwerterfassung zur Erfassung einer Zeile des Rohdatenraumes geschaltet wird, insbesondere ab (einschließlich) demjenigen Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung, das nach dem zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls geschaltet wird, ein zusätzliches Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung geschaltet wird, welches durch die Hochfrequenz-Rephasierungsimpulse neu erzeugte Echo-Signale oder Echo-Anteile, insbesondere die nicht auf eine Refokussierung der ursprünglich nach dem zweiten und/oder ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls erzeugten Magnetisierungskomponenten zurückzuführen sind, aus dem bei einer nächsten Meßwertaufnahme erfassten Rohdatenraum bzw. der erfassten Rohdatenraumzeile herausverlagert werden.According to the invention, it is provided for this purpose that, in addition to one or each gradient magnetic field in the frequency coding direction, which is switched during the measured value detection for detecting a line of the raw data space, in particular from (including) that gradient magnetic field in frequency encoding direction which is switched after the second high frequency rephasing pulse, an additional gradient magnetic field is switched in the frequency coding direction, which is due to the high frequency rephasing pulses newly generated echo signals or echo components, in particular those not caused by a refocusing of the magnetization components originally generated after the second and / or first high frequency rephasing pulse, from the a raw data space or the acquired raw data space line acquired.
Ein Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung, welches während der Meßwerterfassung zur Erfassung einer Zeile des Rohdatenraumes geschaltet wird, wird dabei im Wesentlichen in dem Zeitraum eines Echointervalls, also der Zeit zwischen zwei Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsen, insbesondere 180-Grad-Impulsen, erzeugt. Ein ergänzendes Schalten des genannten zusätzlichen Gradientenmagnetfeldes bedeutet bevorzugt, dass beide Gradientenmagnetfelder zeitlich aneinander angrenzen, insbesondere sich dabei zeitlich nicht überlagern. Das Angrenzen kann bevorzugt ohne zeitlichen Abstand erfolgen. Das Schalten des zusätzlichen Gradientmagnetfeldes erfolgt ebenso innerhalb eines Echo-Intervalles zwischen zwei Hochfrequenz-Rephasierungs-Impulsen.A gradient magnetic field in the frequency encoding direction, which is switched during the acquisition of the measured value to detect one row of the raw data space, is essentially produced during the period of an echo interval, ie the time between two high-frequency rephasing pulses, in particular 180-degree pulses. A supplementary switching of said additional gradient magnetic field preferably means that both gradient magnetic fields adjoin one another in terms of time, in particular not overlapping in time. The adjoining can preferably be done without a time interval. Switching of the additional gradient magnetic field also occurs within an echo interval between two high frequency rephasing pulses.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass aufeinander folgende zusätzliche Gradientenmagnetfelder abwechselnd vor und nach dem Gradientenmagnetfeld in Frequenzkodierrichtung zur Erfassung einer Zeile des Rohdatenraumes geschaltet werden und sich dadurch zwei aufeinanderfolgende zusätzliche Gradientenmagnetfelder in ihrer Wirkung auf die nach einem Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls transversal verbliebene Magnetisierungskomponente aufheben.It can be provided that successive additional gradient magnetic fields are switched alternately before and after the gradient magnetic field in frequency encoding for detecting a row of raw data space and thereby cancel two consecutive additional gradient magnetic fields in their effect on the remaining after a high frequency rephasing pulse magnetization component.
Im Zusammenhang mit der Auswertung und einer zu erfolgenden Fouriertransformation kann die Erfindung weiterhin vorsehen, dass vor einer Auswertung der im Rohdatenraum aufgenommenen Meßwerte, die beide Echoarten umfassen, Teildatensätze gebildet werden, die jeweils nur eine der beiden Echo-Arten umfassen.In connection with the evaluation and a Fourier transformation to be carried out, the invention can furthermore provide that partial data sets are formed before each evaluation of the measured values recorded in the raw data space, which comprise both types of echo, each comprising only one of the two echo types.
Es können sodann beide Teildatensätze separat verarbeitet werden, um Bildrepräsentationen zu erzeugen.Both partial data sets can then be processed separately to produce image representations.
Bei der Bearbeitung der Rohdaten kann es weiterhin vorgesehen sein, dass bei einigen der Zeilen des Rohdatenraumes, insbesondere jedes zweiten Interechointervalls, eine Vertauschung der Datenanteile beidseits der Zeilenmitte erfolgt. Da durch die Separation der Echoarten bei aufeinander folgenden Echos auch die Position der Echoarten in aufeinander folgenden Interechointervallen vertauscht ist, kann so bewirkt werden, dass eine der Echoarten z. B. immer links der Zeilenmitte und eine andere Art immer rechts der Zeilenmitte liegt. Teildatensätze können dann in einfacher Weise durch mittige Teilung des Rohdatenraumes generiert werden.During the processing of the raw data, it may further be provided that, in the case of some of the lines of the raw data space, in particular of every second intererecho interval, the data portions are interchanged on both sides of the middle of the line. Since the separation of the echo types in successive echoes and the position of the echo types is interchanged in successive Interechointervallen, can be made so that one of the echo types z. B. always left of the middle of the line and another type is always right of the middle of the line. Sub-datasets can then be generated in a simple manner by dividing the raw data space in the middle.
Sofern nicht mit der zuvor beschriebenen Auswahl der ersten beiden Frquenzkodiergradienten eine gleichmäßige Positionierung der Daten beider Echoarten um eine jeweilige Zeilenmitte herum erfolgt ist, kann eine Weiterbildung ergänzend vorsehen, dass ein gebildeter Teildatensatz im Rohdatenraum vor der Auswertung neu zentriert wird.Unless a uniform positioning of the data of both types of echo around a respective middle of the line has taken place with the selection of the first two frequency encoding gradients described above, a further development can additionally provide that an educated partial data set is newly centered in the raw data space prior to the evaluation.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Abbildungen beschrieben.An embodiment will be described with reference to the drawings.
Es wird hiernach ein Gradientenmagnetfeld
Es folgt in zeitlicher Abfolge ein erster Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls
Zwischen dem ersten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls
Durch den zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls
Bei dem folgenden Gradientenmagnetfeld
Zur Berücksichtigung einer T2*-Wichtung wird hier zwischen dem ersten und zweiten Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls eine Evolutionszeit Tau eingeschoben, die den absoluten Zeitabstand zwischen den beiden Hochfrequenz-Rephasierungsimpulsen
Da jeder Hochfrequenz-Rephasierungsimpuls
Da der vorgeschlagene Ansatz zwei Bilder aus einer FSE Sequenz erzeugt, kann diese Lösung als 2-in-1 FSE Technik bezeichnet werden.Since the proposed approach produces two images from one FSE sequence, this solution can be termed a 2-in-1 FSE technique.
Das beschriebene Vorbereitungsmodul 90°-α-τ-α, welches nur einen ausgewählten Teil der Magnetisierung T2 * wichtet, ist nicht auf die Kombination mit der FSE Technik beschränkt. Es kann ebenfalls zusammen mit anderen Bildgebungstechniken wie echo planar imaging (EPI), Gradienten- und Spin-echo (GRASE) oder Gradienten-Echo Techniken als Vorbereitungsexperiment angewendet werden.The described preparation module 90 ° -α-τ-α, which only weights a selected part of the magnetization T 2 * , is not limited to the combination with the FSE technique. It can also be used in conjunction with other imaging techniques such as echo planar imaging (EPI), gradient and spin-echo (GRASE), or gradient echo techniques as a preparation experiment.
Es ist ebenfalls konzeptionell realisierbar, nicht-kartesische Phasenkodierung zu verwenden, wie beispielsweise die Implementierung einer radialen k-Raumtrajektorie. Zusätzlich kann der anfängliche Anregungspuls durch andere Spin-Vorbereitungsmodule ersetzt werden, welche transversale Magnetisierung erzeugen.It is also conceptually feasible to use non-Cartesian phase encoding, such as the implementation of a radial k-space trajectory. In addition, the initial excitation pulse may be replaced by other spin preparation modules that generate transverse magnetization.
Konzeptionell ist es außerdem möglich, anstatt der T2 * Wichtung durch die Evolutionszeit τ eine andere Vorbereitung für den SE Anteil einzuführen. Dabei ist vor allem der Einsatz von Diffusionsgradienten im ersten Interechointervall von großem Interesse. Der vorgeschlagene Ansatz beschränkt sich nicht auf die Bildgebung sondern findet auch für NMR und MR basierte Spektroskopie Anwendung, inklusive spektroskopischer Bildgebungsverfahren.Conceptually, it is also possible to introduce a different preparation for the SE fraction instead of the T 2 * weighting by the evolution time τ. In particular, the use of diffusion gradients in the first inter-echo interval is of great interest. The proposed approach is not limited to imaging but also applies to NMR and MR based spectroscopy, including spectroscopic imaging techniques.
Als weiteres Ausführungsbeispiel kann die Erfindung zur simultanen Erzeugung eines protonendichte gewichteten (PD) und eines T2 * gewichteten Bildes eines Objektes, z. B. des Gehirns eingesetzt werden.As a further embodiment, the invention may be used to simultaneously generate a proton density weighted (PD) and a T 2 * weighted image of an object, e.g. As the brain can be used.
Dazu wird z. B. eine Evolutionszeit τ = 15 ms im ersten Interechointervall eingefügt.
Nach dem Umsortieren aller k-Raum Linien (siehe
Die Aufnahme einer hochaufgelösten Schicht des Gehirns mittels der FSE Technik benötigt ca. 5 min, somit dauert die Aufnahme eines PD und eines T2 * gewichteten Bildes mit den Standard Techniken insgesamt 10 min. Mit der Erfindung verkürzt sich die Zeit der Datenaufnahme auf 5 min.The acquisition of a high-resolution layer of the brain using the FSE technique takes about 5 minutes, so taking a PD and a T 2 * weighted image with the standard techniques takes a total of 10 min. With the invention, the time of data acquisition is reduced to 5 min.
Der Einsatz der vorgeschlagenen Technik beschränkt sich nicht auf die Bildgebung des Gehirns, sondern kann auf andere Zielregionen ausgeweitet werden. Von großem Interesse ist hierbei unter anderem die Bildgebung des Herzens.The use of the proposed technique is not limited to imaging the brain, but can be extended to other target regions. Among other things, the imaging of the heart is of great interest.
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