DE102013201814B4 - Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mit multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen in einem Außenbereich - Google Patents

Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mit multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen in einem Außenbereich Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung mit einer Messsequenz vom Typus freie Präzession von Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand (SSFP-Messsequenz) (300), für einen Messbereich (400) eines Untersuchungsobjekts (101), wobei das Verfahren umfasst:
- Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) für die MR-Bildgebung in dem Messbereich (400),
wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) umfasst:
- Einstrahlen von HF-Pulsen (201) zum Anregen der Transversalmagnetisierung, wobei die eingestrahlten HF-Pulse (201) auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich (400) und in einem Außenbereich (401), der den Messbereich (400) umgibt und an diesen angrenzt, wirken,
wobei das Verfahren weiterhin während des Durchführens der SSFP-Messsequenz (300) umfasst:
- Durchführen einer Präparations-Sequenz (310) zum Verringern eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) bei der MR-Bildgebung,
wobei das Durchführen der Präparations-Sequenz (310) umfasst:
- Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, (200) der in zwei oder drei Dimensionen ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) wirkt.

Description

  • Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung mit einer Messsequenz vom Typus freie Präzession von Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand, eine sogenannte SSFP-Messsequenz, und eine Magnetresonanz-Anlage. Insbesondere betreffen verschiedene Ausführungsformen Messsequenzen, welche das Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven Hochfrequenz-Pulses umfassen.
  • Die Magnetresonanz(MR)-Tomographie ist ein Bildgebungsverfahren, das die Aufnahme zweidimensionaler oder dreidimensionaler Bilddatensätze ermöglicht, die Strukturen im Inneren einer Untersuchungsperson mit hoher Auflösung abbilden können. Bei der MR-Bildgebung werden die magnetischen Momente von Protonen in einem Untersuchungsobjekt in einem Grundmagnetfeld ausgerichtet, sodass sich eine makroskopische Magnetisierung entlang einer Längsrichtung einstellt. Diese wird anschließend durch das Einstrahlen von Hochfrequenz(HF)-Pulsen aus der Ruhelage parallel zum Grundmagnetfeld (Längsmagnetisierung) ausgelenkt (Anregung). Es wird eine Transversalmagnetisierung erzeugt. Zur Einstrahlung werden typischerweise spezielle HF-Sendespulen einer MR-Anlage verwendet.
  • Der Zerfall der Transversalmagnetisierung zurück in die Ruhelage bzw. die Magnetisierungsdynamik wird anschließend mittels einer oder mehrerer HF-Empfangsspulen der MR-Anlage als MR-Daten detektiert (Bildgebung). Es wird eine Ortskodierung der erfassten MR-Daten durch das Anlegen verschiedener Magnetfeldgradienten (zur Schichtselektion, Phasenkodierung oder Auslesekodierung) erzielt. Mit herkömmlichen HF-Pulsen wird durch gleichzeitiges Schalten des Schichtselektions-Gradientenfelds die Transversalmagnetisierung in einer bestimmten Schicht aus der Ruhelage angeregt. Die Anregung ist typischerweise innerhalb der Schicht nicht begrenzt und kann deshalb als eindimensional (1d) ortsselektiv bezeichnet werden. Eine gezielte Dephasierung - Rephasierung der Transversalmagnetisierung zum Erhalten eines sog. Gradientenechos kann durch Anlegen von Phasenkodier- und Auslese-Gradientenfeldern geschehen. Die erfassten MR-Signale bzw. die detektierten und derart ortsaufgelösten MR-Daten liegen zunächst als Rohdaten in einem Ortsfrequenzraum (k-Raum) vor, und können durch anschließende Fourier-Transformation in den Ortsraum (Bildraum) transformiert werden. Mittels der Gradientenfelder kann der k-Raum entlang einer wohldefinierten k-Raum-Trajektorie abgetastet werden.
  • Häufig besteht ein Bedarf für Messsequenzen, welche einen örtlich begrenzten Messbereich aufweisen, für den die Rohdaten detektiert werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn eine relevante Region (engl. region of interest, ROI) vergleichsweise begrenzt ist, etwa aufgrund von anatomischen Gegebenheiten einer Untersuchungsperson.
  • Hierzu sind Techniken bekannt, welche, basierend auf einer Segmentierung der MR-Bilder, MR-Daten außerhalb des Messebereichs verwerfen. Jedoch kann das unnötige Erfassen von MR-Signalen außerhalb des Messbereichs die gesamte Zeitspanne, die zum Durchführen der Messsequenz benötigt wird (Messdauer), auf unnötige Weise verlängern.
  • Aus „S. Singh, R. Deslauriers: Selective Saturation of Volumes of Tailored Shape for Black Blood Magnetic Resonance Angiography. In: Concepts Magn. Reson., 8, 1996, S. 33-48“, dort S. 36, re. Spalte (vorl. Abs.: „magnetization in VOI is initially left untouched and that of the remainder is suppressed“, in Verbdg. mit Abs. 1: „spatial saturation of the VOIs, whose shape and size can be tailored in two and three dimensions“) sind Techniken bekannt, um die Kernspins in einem multidimensionalen Volumen mittels selektiver Anregung zu sättigen. Bei der selektiven Sättigung wird das Signal zerstört bzw. gesättigt. Dazu wird ein starker Spoiler-Gradientenpuls nach der Anregung angewendet, um die Transversalmagnetisierung (Kohärenz) zu dephasieren, was zu einer selektiven Sättigung führt. Ein zylinderförmiger Bereich wird durch die Verwendung einer Abfolge von ortsselektiven Sättigung-Hochfrequenz-Pulsen mit geringem Flipwinkel gesättigt.
  • Aus US 2012/0293172 A1 sind Techniken zum Anwenden eines ortsselektiven Vorsättigungspulses direkt auf die Bildebene bekannt. Durch Verwendung eines nicht gleichförmig geformten Vorsättigungspulses kann die interessierende Ebene dicker ausgestaltet werden und das Signal zu Rauschverhältnis erhöht werden und/oder Scanzeit eingespart werden.
  • In letzter Zeit wurden z.B. hinsichtlich von Bestrebungen, die Messdauer zu verkürzen, weiterentwickelte HF-Pulse entwickelt, etwa zur multidimensional ortsselektiven Anregung. Solche multidimensional ortsselektive HF-Pulse können insbesondere spezielle k-Raum-Trajektorien zur Anregung der Transversalmagnetisierung verwenden. Es können dadurch räumlich klar definierte und z.B. begrenzte Bereiche in zwei Dimensionen (2d) oder drei Dimensionen (3d) mit einer bestimmten wohldefinierten Phase der Transversalmagnetisierung angeregt werden. Zum Beispiel können hierzu Gradientenfelder entlang mehrerer Achsen verwendet werden. Es ist auch möglich, eine spezielle Amplitudenmodulation des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses vorzusehen. Beispiele für solche Pulse sind etwa aus „Two-Dimensional Spatially-Selective RF Excitation Pulses in Echo-Planar Imaging" von S. Riesenberg et al. in Magn. Reson. Med. 47 (2002), S. 1186 - 1193 bekannt.
  • Im Vergleich zu herkömmlichen HF-Pulsen, z.B. 1d schichtselektiven HF-Pulsen, können solche multidimensional ortsselektiven HF-Pulse eine vergleichsweise längere Zeitspanne zur Durchführung benötigen. Auf der anderen Seite kann bei der Bildgebung die Anzahl der Abtastungspunkte begrenzt und dadurch die Messdauer insgesamt verringert werden.
  • Jedoch können z.B. physiologische Rahmenbedingungen das Verwenden von solchen multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen limitieren bzw. ausschließen. Etwa in der Herzbildgebung kann die zur Durchführung des HF-Pulses benötigte Zeitspanne aufgrund von Organbewegung etc. stark begrenzt sein. Typische akzeptable Zeitdauern können im Bereich von wenigen Millisekunden, etwa im Bereich von 1 ms, liegen. Typische vorbekannte multidimensionale HF-Pulse können auf solch kurzen Zeitskalen nur begrenzt verwendet werden. Dies betrifft insbesondere schnelle Messsequenzen zur MR-Bildgebung, welche eine freie Präzession der Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand ausnutzen. Solche Messsequenzen werden auch als SSFP-Messsequenzen (engl. Steady State Free Precession) bezeichnet. Im Allgemeinen können SSFP-Messsequenzen als Gradientenechosequenz mit einer Repetitionszeit TR, die kleiner als die T1-Relaxationszeit ist, bezeichnet werden.
  • Aus US 2010/0063380 A1 sind Systeme, Verfahren und andere Ausführungsformen der MR-Bildgebung für Dunkelblut-Gleichgewichtszustände bekannt. In einem Beispiel wird ein Auslesemodul einer Gleichgewichtszustand-Pulssequenz mit einem Sättigungsmodul ersetzt. Während des Sättigungsmoduls werden die Gradienten und Hochfrequenz-Pulse für die Schichtselektion der Bildebenen weiterhin angewendet, um das Halten der Schicht im Gleichgewichtszustand zu fördern. Jedoch werden Gradienten, die mit dem Bildgeben assoziiert sind, entfernt und mit Hochfrequenz-Pulsen und Gradienten ersetzt, die eine plattenförmige Sättigung außerhalb der Bildgebungschicht erzeugen. Ein Sättigungsmodul kann Anregungs-Hochfrequenz-Pulse in Verbindung mit Gradienten, die die Magnetisierung in Platten nahe einer Bildgebungschicht dephasieren, umfassen.
  • Deshalb besteht ein Bedarf für SSFP-Messsequenzen zur MR-Bildgebung, welche eine vergleichsweise kurze Messdauer aufweisen. Insbesondere besteht ein Bedarf für solche SSFP-Messsequenzen, die eine vergleichsweise kurze Zeitdauer für die Anregung benötigen und einen räumlich begrenzten Messbereich aufweisen.
  • Diese Aufgabe wird von den Gegenständen nach den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren Ausführungsformen.
  • Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur MR-Bildgebung mit einer Messsequenz vom Typus freie Präzession von Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand (SSFP-Messsequenz) für einen Messbereich eines Untersuchungsobjekts. Das Verfahren umfasst das Durchführen der SSFP-Messsequenz für die MR-Bildgebung in dem Messbereich, wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz das Einstrahlen von HF-Pulsen zum Anregen der Transversalmagnetisierung umfasst. Die eingestrahlten HF-Pulse wirken auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich und in einem Außenbereich, der den Messbereich umgibt und an diesen angrenzt. Das Verfahren umfasst weiterhin, während des Durchführens der SSFP-Messsequenz, das Durchführen einer Präparations-Sequenz zum Verringern eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung. Das Durchführen der Präparations-Sequenz umfasst das Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses der ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich wirkt.
  • Die SSFP-Messsequenz kann weiterhin ein Erfassen von MR-Signalen für die MR-Bildgebung umfassen. Das Erfassen der MR-Signale kann für Abtastungspunkte entlang einer k-Raum-Trajektorie erfolgen. Die SSFP-Messsequenz kann weiterhin umfassen: Bearbeiten der MR-Signale zum Erhalten eines MR-Bilds. Das Bearbeiten der MR-Signale kann eine Fouriertransformation der Abtastungspunkte von dem k-Raum in den Ortsraum umfassen. Das MR-Bild kann dann den Messbereich abbilden.
  • Dem Fachmann sind verschiedenste Techniken für das Durchführen ein SSFP-Messsequenz bekannt. Grundsätzlich kann hierbei der Effekt ausgenutzt werden, dass bei einer vergleichsweise kurzen Repetitionszeit zwischen dem Einstrahlen von aufeinander folgenden HF-Pulsen zum Anregen der Transversalmagnetisierung ein Gleichgewichtszustand der jeweils wieder vorhandenen Längsmagnetisierung einstellt. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn die charakteristische Relaxationszeit T1 der Transversalmagnetisierung zurück in den Ruhezustand der Längsmagnetisierung kleiner ist als die Repetitionszeit, d.h. die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden HF-Pulsen zum Anregen der Transversalmagnetisierung. Diesbezüglich kann das Einstrahlen der HF-Pulse zum Anregen der Transversalmagnetisierung bedeuten: Einstrahlen der HF-Pulse zum Aufrechterhalten des Gleichgewichtszustands der Transversalmagnetisierung. Da solche Techniken dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind, zum Beispiel unter dem Namen TrueFISP, müssen hier keine weiteren Details erläutert werden.
  • Zum Beispiel kann das Untersuchungsobjekt eine Untersuchungsperson sein. Der Messbereich kann einen Bereich der Untersuchungsperson bezeichnen, für den die MR-Bildgebung angestrebt wird. Dies kann zum Beispiel medizinische oder anatomische Gründe haben, da Organe oder Strukturen gerade in diesem Messbereich angeordnet sind. Entsprechend kann der Messbereich auch als ROI bezeichnet werden. Je nach verwendeter SSFP-Messsequenz kann der Messbereich unterschiedliche geometrische Formen aufweisen, zum Beispiel quaderförmig oder kugelförmig sein. Der Außenbereich kann den Messbereich umgeben und/oder an mindestens einer oder allen Seiten des Messbereichs an diesen angrenzen. Entsprechend ist es möglich, dass der Außenbereich den Messbereich teilweise oder ganz umgibt. Während die für die MR-Bildgebung interessanten Strukturen innerhalb des Messbereichs angeordnet sein können, wären dann in dem Außenbereich keine interessierenden Strukturen angeordnet. Deshalb kann es erstrebenswert sein, die MR-Bildgebung derart durchzuführen, dass kein oder nur ein geringer Signalbeitrag aus dem Außenbereich erhalten wird und dadurch insbesondere die Messdauer verringert wird.
  • Die für das Durchführen der SSFP-Messsequenz eingestrahlten HF-Pulse können zum Beispiel herkömmliche HF-Pulse sein, etwa 1d schichtselektive HF-Pulse; es können also insbesondere keine multidimensional ortsselektiven HF-Pulse sein. Herkömmliche HF-Pulse können zum Beispiel durch gleichzeitiges Anwenden eines Schichtselektions-Gradientenfelds implementiert sein, d.h. sie können Transversalmagnetisierung in einer bestimmten 1d Schicht des Untersuchungsobjekts anregen. Solche HF-Pulse können typischerweise eine Amplitudenmodulation eines Hochfrequenzanteils aufweisen. Typischerweise kann die Amplitudenmodulation durch einen zeitlichen Verlauf beschrieben werden, der einer sinc-Funktion entspricht.
  • Während des Durchführens der SSFP-Messsequenz kann die Präparations-Sequenz einmal oder mehrmals durchgeführt werden, um den Signalbeitrag in den MR-Daten durch die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung zu verringern. Zum Beispiel kann eine Repetitionszeit, mit der die Präparations-Sequenz durchgeführt wird, korreliert sein mit, bzw. auf einer vergleichbaren Zeitskala stattfinden, wie eine Relaxationszeit der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich.
  • Das Signal, das in der MR-Bildgebung aus dem Außenbereich erhalten wird, kann durch das Durchführen der Präparations-Sequenz unterdrückt werden. Hierzu können die Parameter des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, also zum Beispiel Amplitudenmodulation, Hochfrequenzanteil, begleitende Gradientenfelder, etc. entsprechend gewählt sein, so dass der multidimensional ortsselektive HF-Puls lediglich auf die Transversalmagnetisierung wirkt, die in dem Außenbereich angeordnet ist. Typischerweise kann dies dadurch erreicht werden, dass eine spezielle k-Raum-Trajektorie durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls angeregt wird. Eine Fouriertransformation der k-Raum-Trajektorie kann dann entsprechend den Außenbereich umfassen.
  • Z.B. ist es also möglich, dass der multidimensional ortsselektive HF-Puls eine Ortsselektivität durch Verwenden einer Amplitudenmodulation einer Hochfrequenz desselben und durch Verwenden von ortskodierenden Gradientenfeldern während des Anwendens der Hochfrequenz erreicht.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der multidimensional ortsselektive HF-Puls eine Ortsselektivität durch Verwenden von mehreren, zeitlich überlappend angesteuerten HF-Spulen erreichen.
  • Entsprechende Techniken sind dem Fachmann grundsätzlich in Bezug auf so genanntes paralleles Senden bekannt. Siehe z.B. „Parallel RF transmission in MRI" von U. Katscher und P. Börnert in NMR Biomed. 19 (2006), S. 393 - 400 und „Parallel Transmit Technology for High Field MRI" von L. K. Wald und E. Adalsteinsson in MAGNETOM Flash 1/2009, S. 124 - 135. Hierbei kann die Ortsselektivität teilweise oder gesamt durch verschiedene Sensitivitätsprofile im Ortsraum der verwendeten HF-Spulen erreicht werden. Insbesondere können die Sensitivitätsprofile der HF-Spulen Maxima an unterschiedlichen Ortsraumpunkten aufweisen - und möglicherweise einen qualitativ und / oder quantitativ vergleichbare Ortsabhängigkeit. Insbesondere ist es möglich, durch Einsetzen von Techniken des parallelen Sendens, eine zum Durchführen des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses benötigte Zeitspanne zu verringern.
  • Durch das Verwenden des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, der - z.B. selektiv - auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich wirkt, kann der Effekt einer vergleichsweise verringerten Zeitdauer, die zum Durchführen des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses benötigt wird, erreicht werden. Dies kann der Fall sein, da durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls die Transversalmagnetisierung in einem Bereich manipuliert wird, der nicht Gegenstand der MR-Bildgebung ist. Es ist z.B. möglich, dass der multidimensional ortsselektive HF-Puls der Präparations-Sequenz nicht auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich wirkt.
  • Dadurch, dass die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich nicht für die Bildgebung benötigt wird, ist es möglich, weniger strikte Anforderungen an die Güte der Manipulation der Transversalmagnetisierung durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls zu stellen, etwa insbesondere hinsichtlich phasenkohärenter Anregung und/oder einer wohldefinierten Amplitude der Transversalmagnetisierung. In anderen Worten kann es entbehrlich sein, dass die durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls angeregte Transversalmagnetisierung für die MR-Bildgebung nutzbar ist.
  • Durch das Verwenden des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, der auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich wirkt, kann als weiterer Effekt eine verringerte Hochfrequenz-Belastung des Untersuchungsobjekts bzw. der Untersuchungsperson erreicht werden, beispielsweise weil die Amplitude des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses vergleichsweise geringer gewählt werden kann. Dadurch kann die spezifische Absorptionsrate (SAR, engl. Specific Absorption Rate) des eingestrahlten elektromagnetischen Wechselfelds in dem Untersuchungsobjekt bzw. der Untersuchungsperson verringert werden.
  • Für das Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung sind - sofern der multidimensional ortsselektive HF-Puls verwendet wird - verschiedenste Szenarien isoliert oder in Kombination miteinander möglich.
  • Es ist z.B. möglich, dass der multidimensional ortsselektive HF-Puls die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich sättigt. Sättigen kann zum Beispiel bedeuten, dass die Längsmagnetisierung komplett oder zu einem überwiegenden Anteil in Transversalmagnetisierung umgewandelt wird, so dass nach dem Durchführen der Präparations-Sequenz zunächst keine oder nur eine geringe weitere Längsmagnetisierung zum Anregen bzw. für nachfolgende Bildgebung bereitsteht.
  • Solche Techniken, die das Sättigen der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich beinhalten, können auch als Außenvolumen-Sättigung (OVS, engl. Outer Volume Saturation) bezeichnet werden.
  • Es ist auch möglich, dass der multidimensional ortsselektive HF-Puls die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich phaseninkohärent anregt und/oder dephasiert. Das phaseninkohärente Anregen kann in anderen Worten bedeuten, dass es nicht oder nur eingeschränkt möglich ist, durch Anwenden von Gradientenfeldern und/oder Refokussierungspulsen ein kollektives Gradientenecho und/oder Spin-Echo zu erzeugen. Dies kann der Fall sein, da die Transversalmagnetisierung in Folge der phaseninkohärenten Anregung an unterschiedlichen Ortsraumpunkten eine unterschiedliche Phasenlage aufweist. Ein kollektives Rephasieren der Transversalmagnetisierung kann dann verhindert werden.
  • Entsprechend kann das Dephasieren der Transversalmagnetisierung durch Einstrahlen des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses bedeuten: gezieltes Aufprägen einer Phasenverschiebung auf die Transversalmagnetisierung. Durch das gezielte Dephasieren der Transversalmagnetisierung, z.B. durch Aufprägen einer vergleichsweise großen Differenzphase, kann es möglich sein, darauffolgend z.B. im Rahmen der SSFP-Messsequenz verschiedenste Gradientenfelder anzuwenden, ohne eine Rephasierung der Transversalmagnetisierung im Außenbereich zu bewirken. Während also die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich durch Schalten geeigneter Gradientenfelder im Rahmen der SSFP-Messsequenz zum Erhalten von Gradientenechos rephasiert werden kann, kann eine Differenzphase der zuvor dephasierten Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bestehen bleiben und derart verhindern, dass die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich zu den Gradientenechos einen Signalbeitrag liefert.
  • Diese voranstehend beschriebene phaseninkohärente Anregung und/oder gezielt dephasierte Anregung kann inhärent durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls erreicht werden, z.B. indem die Parameter des multidimensionalen HF-Pulses geeignet gewählt werden. Es ist auch möglich, dass die Präparations-Sequenz weiterhin das Anwenden eines Gradientenfelds, das die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich dephasiert, umfasst. In anderen Worten kann es alternativ oder zusätzlich möglich sein, eine weitere Differenzphase durch Anwenden eines Gradientenfelds auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich aufzuprägen. Das Anwenden des Gradientenfelds kann hierzu zeitlich getrennt oder zumindest nur teilweise zeitlich überlappend mit dem multidimensional ortsselektiven HF-Puls geschehen.
  • Durch die oben beschriebenen Techniken ist es also möglich, einen Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich für die MR-Bildgebung durch Sättigung und/oder phaseninkohärente Anregung und/oder gezielte Dephasierung zu verringern. Ein Signalbeitrag für das im Rahmen der SSFP-Messsequenz erfasste MR-Signal kann dadurch effektiv auf den Messbereich limitiert werden. Dadurch ist es wiederum möglich, das MR-Signal für eine vergleichsweise geringere Anzahl von Abtastungspunkten entlang der k-Raum-Trajektorie zu erfassen. Insbesondere können Einfaltungen von Signalbeiträgen, die aus dem Außenbereich erwachsen, in dem MR-Bild verhindert oder verringert werden - insbesondere im Vergleich zu dem Fall, dass der Messbereich mit der entsprechenden Anzahl von Abtastungspunkten ohne Durchführen der Präparations-Sequenz zum Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich durchgeführt werden würde. Solche Einfaltungen können bei einer Unterabtastung des k-Raums durch die anschließende Fouriertransformation in den Ortsraum entstehen.
  • Voranstehend wurden vornehmlich Techniken diskutiert, welche das Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung im Rahmen der Präparationssequenz ermöglichen. Nachfolgend werden vornehmlich Techniken diskutiert, welche das Durchführen der Präparations-Sequenz während des Durchführens der SSFP-Messsequenz ermöglichen. In anderen Worten werden nachfolgend Techniken diskutiert, welche das zeitlich überlappende Durchführen der bzw. das Einschieben der Präparations-Sequenz in die SSFP-Messsequenz betreffen.
  • Die Präparations-Sequenz kann umfassen: zu Beginn der Präparations-Sequenz, das Einstrahlen eines HF-Pulses zum Speichern der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben entlang einer Längsrichtung; und zum Ende der Präparations-Sequenz, das Einstrahlen eines HF-Pulses zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben in einer transversalen Ebene senkrecht zu der Längsrichtung, z.B. können diese beiden HF-Pulse α/2-Pulse mit gleichem oder unterschiedlichem Vorzeichen sein.
  • Das initiale Einstrahlen eines HF-Pulses zum Ausrichten der Transversalmagnetisierung entlang der Längsrichtung, d.h. zum Umwandeln der Transversalmagnetisierung in Längsmagnetisierung, und das abschließende Einstrahlen eines HF-Pulses zum Zurückschalten der Längsmagnetisierung in die transversale Ebene können bewirken, dass die Präparations-Sequenz durchgeführt werden kann, ohne dass der eingestellte Gleichgewichtszustand der Transversalmagnetisierung im Messbereich signifikant gestört wird - insbesondere wenn zwei Zeitpunkte, der eine Zeitpunkt vor der Präparations-Sequenz und der andere Zeitpunkt nach der Präparations-Sequenz, als Vergleichsreferenzen herangezogen werden.
  • Der Gleichgewichtszustand der Transversalmagnetisierung im Messbereich kann also über die Zeitdauer der Präparations-Sequenz bewahrt werden. Dadurch ist es möglich, die Präparationssequenz in die SSFP-Messsequenz einmal oder mehrfach einzufügen, ohne die intrinsischen Parameter der Bildgebung signifikant zu verändern.
  • Die HF-Pulse der SSFP-Messsequenz zum Anregen der Transversalmagnetisierung können abwechselnd positive und negative alpha-Pulse sein; der HF-Puls der Präparations-Sequenz zum Speichern der Transversalmagnetisierung kann ein positiver alpha/2-Puls sein; und der HF-Puls der Präparations-Sequenz zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung kann ein positiver alpha/2-Puls sein.
  • Das Einstrahlen der HF-Pulse der SSFP-Messsequenz zum Anregen der Transversalmagnetisierung kann mit einer bestimmten Repetitionszeit wiederholt werden. Ein zeitlicher Abstand zwischen einem bestimmten HF-Puls der SSFP-Messsequenz zum Anregen der Transversalmagnetisierung und dem HF-Puls der Präparations-Sequenz zum Speichern der Transversalmagnetisierung kann gleich der halben Repetitionszeit sein. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem HF-Puls der Präparations-Sequenz zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung und einem weiteren bestimmten HF-Puls der SSFP-Messsequenz zum Anregen der Transversalmagnetisierung, der auf den bestimmten HF-Puls folgt, kann gleich der halben Repetitionszeit sein.
  • Entsprechende Techniken sind dem Fachmann speziell in Bezug auf Fett-Sättigung aus „Magnetization Preparation During the Steady State: Fat-Saturated 3D TrueFISP" von K. Scheffler et al. in Magn. Reson. Med. 45 (2001), S. 1075 - 1080 bekannt, sodass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
  • Obenstehend wurden Techniken erläutert, welche das Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung im Außenbereich bei der MR-Bildgebung mittels z.B. Sättigung, phaseninkohärenter Anregung und/oder Dephasierung der Transversalmagnetisierung ermöglichen. Nachfolgend werden weitere Techniken zur Verringerung des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung im Außenbereich diskutiert.
  • Das Durchführen der Präparations-Sequenz kann weiterhin ein Erfassen eines MR-Signals der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich umfassen. Das Durchführen der SSFP-Messsequenz kann weiterhin ein Erfassen von MR-Signalen der Transversalmagnetisierung für die MR-Bildgebung des Messbereichs umfassen. Das Verfahren gemäß dem gegenwärtigen Aspekt kann weiterhin das Berechnen eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich auf die mit der SSFP-Messsequenz erfassten MR-Signale für die MR-Bildgebung umfassen, wobei dieses Berechnen basierend auf den im Rahmen der Präparations-Sequenz erfassten MR-Signalen der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich geschieht. Das Verfahren kann weiterhin ein Korrigieren der MR-Signale, die mit der SSFP-Messsequenz erfasst werden, durch Entfernen des berechneten Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich umfassen.
  • In anderen Worten kann es möglich sein, durch das Einstrahlen des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses das MR-Signal der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich zu erfassen, also ein MR-Signal, welches selektiv die Magnetisierungsdynamik in dem Außenbereich abbildet. In einem solchen Fall können spezifische Anforderungen an den multidimensional ortsselektiven HF-Puls gestellt werden, welche insbesondere unterschiedlich zu voranstehenden Anforderungen an den multidimensional ortsselektiven HF-Puls sein können. So kann der multidimensional ortsselektive HF-Puls in gegenwärtig diskutierten Varianten geeignet sein, um eine Bildgebung im Außenbereich zu ermöglichen.
  • Im Rahmen der SSFP-Messsequenz kann dann das Erfassen der MR-Signale für die MR-Bildgebung erfolgen, wobei dieses Erfassen nicht besonders ortsselektiv in Bezug auf den Messbereich sein muss. In anderen Worten, kann das Erfassen der MR-Signale im Rahmen der SSFP-Messsequenz ein überlagertes Signal der Transversalmagnetisierung in dem Messbereich und dem Außenbereich sein. Es kann dann möglich sein, das Berechnen des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich auf die im Rahmen der SSFP-Messsequenz erfassten MR-Signale zu berechnen und anschließend zu eliminieren bzw. zu verringern.
  • Dies kann insbesondere im Gegensatz zu voranstehend beschriebenen Techniken des Verringerns des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung stehen, bei denen das Verringern mittels Sättigung und/oder phaseninkohärenter Anregung und/oder Dephasierung erreicht wird. Solche voranstehend diskutierten Techniken können nämlich insbesondere eine direkte physikalische Einwirkung auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich zur Verringerung des Signalbeitrags von dieser beinhalten. Die letztgenannte Technik, die das Berechnen des Signalbeitrags und das Korrigieren der MR-Signale, die mit der SSFP-Messsequenz erfasst wurden, umfasst, kann hingegen vorwiegend oder alleinig auf einer nachträglichen rechnerischen Verringerung des Signalbeitrags beruhen. Im Allgemeinen können die verschiedenen Techniken zum Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich miteinander kombiniert werden.
  • Das Erfassen des MR-Signals der Präparations-Sequenz und das Berechnen des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich kann unter Verwendung von Techniken des MR-Fingerprintings durchgeführt werden.
  • Techniken des MR-Fingerprintings sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, z.B. aus US 2012/0235678 A1 von N. Seiberlich et al. Durch Variation von MR-Parametern, die im Rahmen der Präparations-Sequenz verwendet werden, kann ein zeitlicher Verlauf der Magnetisierungsdynamik der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich erreicht werden, welcher charakteristisch für den Signalbeitrag der mit einer SSFP-Messsequenz erfassten MR-Signale ist.
  • Es ist möglich, dass die Präparations-Sequenz mehrfach durchgeführt wird, wobei sich jeweils mindestens ein MR-Parameter von aufeinanderfolgend durchgeführten Präparations-Sequenzen unterscheidet. Die MR-Parameter können aus der folgenden Auflistung ausgewählt sein: Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgend durchgeführten Präparations-Sequenzen; Flipwinkel des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses; Echo-Zeit für das Erfassen des MR-Signals der Präparations-Sequenz; Phasenkodierung; Phase des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses; Amplitude des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses; Anzahl von angewendeten Gradientenfeldern; Art von angewendeten ortskodierenden Gradientenfeldern.
  • Das Berechnen des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich in den mit der SSFP-Messsequenz erfassten MR-Signalen kann weiterhin das Vergleichen eines zeitlichen Verlaufs der im Rahmen der Präparations-Sequenz erfassten MR-Signale für die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich mit vorberechneten Modelldaten umfassen.
  • Zum Beispiel können die vorberechneten Modelldaten mittels geeigneter Simulationen erhalten werden. Im Allgemeinen sind entsprechende Techniken des MR-Fingerprintings dem Fachmann bekannt, so dass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Magnetresonanz-Anlage, die zur MR-Bildgebung mit einer SSFP-Messsequenz für einen Messbereich eines Untersuchungsobjekts eingerichtet ist. Die MR-Anlage ist eingerichtet, um die SSFP-Messsequenz für die MR-Bildgebung in dem Messbereich durchzuführen, wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz umfasst: Einstrahlen von HF-Pulsen zum Anregen der Transversalmagnetisierung, wobei die eingestrahlten HF-Pulse auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich und in einem Außenbereich, der den Messbereich umgibt und an diesen angrenzt, wirken. Die MR-Anlage ist weiterhin eingerichtet, um während des Durchführens der SSFP-Messsequenz eine Präparations-Sequenz zum Verringern eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung durchzuführen, wobei das Durchführen der Präparations-Sequenz umfasst: Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses der ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich wirkt.
  • Die MR-Anlage kann eingerichtet sein, um das Verfahren zur MR-Bildgebung mit der SSFP-Messsequenz gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
  • Für eine solche MR-Anlage können Effekte erzielt werden, welche vergleichbar sind mit den Effekten, die für das Verfahren zur MR-Bildgebung mit der SSFP-Messsequenz gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzielt werden können.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden:
    • 1 ist eine schematische Ansicht einer MR-Anlage, welche geeignet ist, um erfindungsgemäße Techniken durchzuführen.
    • 2 ist eine Ansicht einer vorbekannten SSFP-Messsequenz.
    • 3 illustriert eine erfindungsgemäße SSFP-Messsequenz, welche eine Präparations-Sequenz umfasst.
    • 4 illustriert die Präparations-Sequenz der 3 in größerem Detail
    • 5 illustriert einen multidimensional ortsselektiven HF-Puls.
    • 6 illustriert einen weiteren multidimensional ortsselektiven HF-Puls.
    • 7 zeigt eine Ortssensitivität mehrerer HF-Spulen, welche zum parallelen Senden bei multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen verwendet werden können.
    • 8 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur MR-Bildgebung, welches die Präparations-Sequenz umfasst.
    • 9 ist ein Flussdiagramm, welches die Präparations-Sequenz der 8 in größerem Detail illustriert.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, welches die Präparations-Sequenz der 8 in größerem Detail illustriert.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
  • In 1 ist zunächst eine MR-Anlage 100 dargestellt, welche zur Durchführung entsprechender erfindungsgemäßer Techniken, Verfahren und Schritte eingerichtet ist. Die MR-Anlage 100 weist einen Magneten 110 auf, der eine Röhre 111 definiert. Der Magnet 110 kann ein Grundmagnetfeld parallel zu seiner Längsachse erzeugen. Ein Untersuchungsobjekt, hier eine Untersuchungsperson 101, kann auf einem Liegetisch 102 in den Magneten 110 geschoben werden. Die MR-Anlage 100 weist weiterhin ein Gradientensystem 140 zur Erzeugung von Gradientenfeldern auf, die für MR-Bildgebung und zur Ortskodierung von erfassten Rohdaten verwendet werden. Typischerweise umfasst das Gradientensystem 140 mindestens drei separat ansteuerbare und zueinander wohldefiniert positionierte Gradientenspulen 141. Die Gradientenspulen 141 ermöglichen es, entlang bestimmter Raumrichtungen (Gradientenachsen) Gradientenfelder anzuwenden und zu schalten. Die entsprechenden Gradientenspulen 141 werden auch als Kanäle des Gradientensystems 140 bezeichnet. Die Kanäle können z.B. eine Frequenzkodierung, eine Auslesekodierung und eine Phasenkodierung definieren. Dadurch kann eine Ortsauflösung der Rohdaten erreicht werden.
  • Der Anregung der sich im Grundmagnetfeld ergebenden Polarisation bzw. Ausrichtung der Magnetisierung in Längsrichtung ist eine HF-Spulenanordnung 121 vorgesehen, die einen amplitudenmodulierten HF-Anregungspuls in die Untersuchungsperson 101 einstrahlen kann. Dadurch kann eine Transversalmagnetisierung erzeugt werden. Zur Erzeugung solcher HF-Anregungspulse wird eine HF-Sendeeinheit 131 über einen HF-Schalter 130 mit der HF-Spulenanordnung 121 verbunden. Die HF-Sendeeinheit 131 kann einen HF-Generator und eine HF-Amplitudenmodulationseinheit umfassen. Die HF-Anregungspulse können die Transversalmagnetisierung 1d schichtselektiv oder 2d/3d ortsselektiv aus der Ruhelage anlenken.
  • Weiterhin ist eine HF-Empfangseinheit 132 über den HF-Schalter 130 mit der HF-Spulenanordnung 121 gekoppelt. Über die HF-Empfangseinheit 132 können MR-Signale der relaxierenden Transversalmagnetisierung, z.B. durch induktives Einkoppeln in die HF-Spulenanordnung 121, als Rohdaten erfasst werden.
  • Im Allgemeinen ist es möglich, getrennte HF-Spulenanordnungen 121 für das Einstrahlen der HF-Anregungspulse mittels der HF-Sendeeinheit 131 und für das Erfassen der Rohdaten mittels der HF-Empfangseinheit 132 zu verwenden. Zum Beispiel kann es für das Einstrahlen von HF-Pulsen und/oder Erfassen von Rohdaten möglich sein, eine HF-Spulenanordnung 121 zu verwenden, welche aus einem Array von HF-Spulen besteht. Zum Beispiel kann die HF-Spulenanordnung 121 für das Erfassen der Rohdaten aus 32 einzelnen HF-Spulen bestehen und derart für die parallele Bildgebung (ppa Bildgebung, engl. partially parallel acquisition) verwendet werden. Entsprechende Techniken sind dem Fachmann bekannt, sodass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
  • Die MR-Anlage 100 weist weiterhin eine Bedieneinheit 150 auf, welche z.B. einen Bildschirm, eine Tastatur, eine Maus etc. umfassen kann. Mittels der Bedieneinheit 150 kann eine Benutzereingabe erfasst und eine Ausgabe zum Benutzer realisiert werden. Zum Beispiel kann es möglich sein, mittels der Bedieneinheit 150 einzelne Betriebsmodi bzw. Betriebsparameter der MR-Anlage durch den Benutzer und/oder automatisch und/oder ferngesteuert einzustellen.
  • Weiterhin weist die MR-Anlage 100 eine Rechnereinheit 160 auf. Die Rechnereinheit 160 kann z.B. eingerichtet sein, um aus den mittels der HF-Empfangseinheit erfassten Rohdaten ein MR-Bild zu erzeugen. Dazu können z.B. Techniken der ppa Bildgebung angewendet werden und/oder entsprechende Fourier-Transformationen zwischen dem Ortsfrequenzraum, in dem die Rohdaten vorliegen, und dem Ortsraum, in dem das MR-Bild erhalten wird. Die Rechnereinheit 160 kann z.B. weiterhin das Durchführen einer MR-Messsequenz steuern. Dazu können die Einheiten 131, 132, 140 angesteuert werden und derart HF-Pulse eingestrahlt werden, Gradientenfelder angewendet werden und MR-Signale erfasst werden.
  • Mittels der MR-Messsequenz ist es möglich, eine MR-Bildgebung für einen Messbereich 400, welcher ein Inneres der Untersuchungsperson 101 beinhaltet, durchzuführen. Wie aus 1 ersichtlich, wird der Messbereich 400 von einem Außenbereich 401 umgeben. Es kann erstrebenswert sein, lediglich den Messbereich 400 als ROI mittels der MR-Bildgebung abzubilden - während es entbehrlich sein kann, den Außenbereich 401 durch die MR-Bildgebung zu erfassen. Nachfolgend werden Techniken dargestellt, welche es erlauben, selektiv den Messbereich 400 mittels der MR-Bildgebung zu erfassen und einen Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 zu verringern bzw. zu unterdrücken.
  • Dadurch kann es möglich sein, mit einer vergleichsweise geringen Messdauer selektiv den Messbereich 400 als ROI abzubilden. Insbesondere in Anwendungen wie der Herzbildgebung kann es erstrebenswert sein, eine solche verringerte Messdauer zu erhalten, um durch geeignete Techniken Bewegungsartefakte zu reduzieren.
  • Während die einzelnen voranstehend diskutierten Einheiten der MR-Anlage 100 in 1 separat dargestellt sind, so sollte es verstanden werden, dass einzelne Einheiten z.B. als Software und/oder Hardware miteinander kombiniert implementiert werden können - etwa auf einer zentralen Recheneinheit.
  • In 2 ist eine SSFP-Messsequenz 300 dargestellt. Die SSFP-Messsequenz 300 der 2 ist eine so genannte TrueFISP-Messsequenz, bei der eine Reihe von HF-Pulsen 201 mit einer bestimmten Repetitionszeit 230 eingestrahlt wird. Die HF-Pulse 201 sind alternierend sogenannte +α,-α-Pulse. Mikroskopisch kann dies durch eine Auslenkung von Spins um einen Winkel α gegenüber der Längsrichtung, der kleiner als 90° ist, interpretiert werden. Als Effekt wird eine geringere Amplitude der Transversalmagnetisierung erhalten, jedoch bleibt ein Teil der Längsmagnetisierung erhalten und kann mit einem der nachfolgenden HF-Pulse 201 angeregt werden. Es bildet sich ein Gleichgewichtszustand der Transversalmagnetisierung aus. Entsprechende Techniken der Sättigung bei kurzer Repetitionszeit 230, sowie der HF-Pulse 201 mit reduziertem Pulswinkel, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
  • Die HF-Pulse 201 der SSFP-Messsequenz 300 können herkömmliche HF-Pulse zum Anregen der Transversalmagnetisierung sein. Insbesondere können die HF-Pulse 201 lediglich eine 1d Ortsselektivität bezüglich einer Schichtselektionsrichtung (die typischerweise parallel zu der Längsrichtung der Röhre 111 der MR-Anlage 100 orientiert sein kann) aufweisen. Dies kann z.B. durch Anlegen eines Schichtselektions-Gradientenfelds mittels der Gradienteneinheit 140 geschehen. In einem solchen Fall können die HF-Pulse 201 insbesondere keine Ortsselektivität senkrecht zu der Schichtselektionsrichtung aufweisen, so dass Transversalmagnetisierung sowohl innerhalb des Messbereichs 400, als auch innerhalb des Außenbereichs 401 angeregt wird. Dadurch kann der Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bei der MR-Bildgebung entstehen.
  • In 3 ist eine entsprechende SSFP-Messsequenz 300 dargestellt, wobei während des Durchführens der SSFP-Messsequenz 300 eine Präparations-Sequenz 310 (in 3 mit einer gestrichelten Linie dargestellt) durchgeführt wird. In anderen Worten wird die SSFP-Messsequenz 300 für das Durchführen der Präparations-Sequenz 310 unterbrochen bzw. die Präparations-Sequenz 310 in die SSFP-Messsequenz 300 eingeschoben. Wie aus einem Vergleich der 2 und 3 ersichtlich, sind nämlich die Zeitpunkte, zu denen die HF-Pulse 201 der TrueFISP-Messsequenz vor und nach der Präparationssequenz 310 durchgeführt werden, vergleichbar. Jedoch ist das Vorzeichen der HF-Pulse 201 nach der Präparations-Sequenz 310 invertiert.
  • Die Präparations-Sequenz 310 ermöglicht es, einen Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 bei der MR-Bildgebung zu verringern. Nachfolgend werden Details der Präparations-Sequenz 310 erläutert.
  • Wie aus 3 ersichtlich, umfasst die Präparations-Sequenz 310 das Einstrahlen eines α/2-HF-Pulses 202-1 zu Beginn der Präparations-Sequenz 310. Weiterhin wird zum Ende der Präparations-Sequenz 310 ein α/2-HF-Pulse 202-2 eingestrahlt. Der HF-Puls 202-1 bewirkt, dass die Transversalmagnetisierung aus der transversalen Ebene in die Ruhelage entlang der Längsrichtung geklappt wird. Entsprechend bewirkt der HF-Puls 202-2, dass die Transversalmagnetisierung am Ende der Präparations-Sequenz 310 wiederhergestellt wird, durch Zurückklappen der zwischenzeitlich entlang der Längsrichtung gespeicherten Transversalmagnetisierung in die transversale Ebene. Je nach Vorzeichen des α/2-HF-Pulses 202-2 kann das Vorzeichen der nachfolgenden HF-Pulse 201 variieren. Z.B. kann auf einen positiven (negativen) α/2-HF-Puls 202-2 ein negativer (positiver) α-HF-Puls 201 folgen. Danach können die HF-Pulse 201 alternierende Vorzeichen aufweisen.
  • Es ist z.B. möglich, dass die HF-Pulse 202-1, 202-2 herkömmliche HF-Pulse sind, welche z.B. lediglich eine 1d Ortsselektivität aufweisen. Dies kann in anderen Worten bedeuten, dass die HF-Pulse 202-1, 202-2 in der transversalen Ebene in gleicher Weise auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich 400 und dem Außenbereich 401 wirken.
  • Aus 3 ist weiterhin ersichtlich, dass eine Zeitdauer 231 zwischen dem HF-Puls 202-1 zu Beginn der Präparations-Sequenz 310 und dem zeitlich unmittelbar vorangehenden HF-Puls 201 der SSFP-Messsequenz 300 gleich der halben Repetitionszeit 230 ist. Entsprechendes gilt für die Zeitdauer 231 zwischen dem HF-Puls 202-2 zum Ende der Präparations-Sequenz 310 und dem zeitlich unmittelbar nachfolgenden HF-Puls 201 der SSFP-Messsequenz 300.
  • Durch eine zeitliche Abfolge von HF-Pulsen 201, 202-1, 202-2, wie sie voranstehend in Bezug auf die 2 und 3 diskutiert wurde, kann erreicht werden, dass der Gleichgewichtszustand der Transversalmagnetisierung durch das Einfügen der Präparations-Sequenz 310 in die SSFP-Messsequenz 300 nicht oder nicht signifikant gestört wird. Anschaulich gesprochen kann der Gleichgewichtszustand der Transversalmagnetisierung in dem Messbereich 400 durch zwischenzeitliches Zurückklappen in die Längsrichtung und anschließendes Wiederherstellen mit Hilfe der HF-Pulse 202-1, 202-2 weitestgehend gespeichert werden.
  • Die Zeitdauer der Präparations-Sequenz 310 kann zwar auf bestimmte Werte limitiert sein, jedoch an sich nicht begrenzt sein. Nichtsdestotrotz kann es erstrebenswert sein, eine gesamte zum Durchführen der Präparations-Sequenz 310 benötigte Zeitdauer zu minimieren bzw. zeitlich auf wenige Millisekunden zu begrenzen. Andernfalls kann der Gleichgewichtszustand gestört werden und/oder die Messdauer zunehmen. Nachfolgend werden Techniken erläutert, welche das schnelle Durchführen der Präparations-Sequenz 310 unter Verwendung von multidimensional ortsselektiven HF-Pulsen zum Verringern des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 auf die MR-Bildgebung ermöglichen.
  • In 4 ist die Präparations-Sequenz 310 in größerem Detail dargestellt. Die HF-Pulse 202-1, 202-2 sind zum Zwecke verbesserter Übersichtlichkeit in 4 nicht dargestellt. Eine Amplitudenmodulation 210 eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 ist in 4 rein schematisch als sinc-artige Funktion dargestellt. Im Allgemeinen kann die Amplitudenmodulation 210 des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 jedoch einen anderen zeitlichen Verlauf annehmen. Weiterhin dargestellt in 4 ist ein Gradientenfeld 225 entlang einer Phasenkodierrichtung 221 bzw. Ausleserichtung 222. Das Gradientenfeld 225 weist einen rechteckförmigen zeitlichen Verlauf auf. Mittels des Gradientenfelds 225 kann die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich dephasiert werden. Im Allgemeinen ist es möglich, dass die Amplitude bzw. die zeitliche Dauer oder der zeitliche Verlauf des Gradientenfelds 225 unterschiedliche Werte annehmen. Das entlang der Phasenkodierrichtung 221 und/oder entlang der Ausleserichtung 222 orientierte Gradientenfeld 225 ist optional. Eine Verringerung des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 kann nämlich nicht nur durch ein Dephasieren mittels des Gradientenfelds 225 erreicht werden, sondern alternativ oder zusätzlich auch durch eine Sättigung der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 und/oder ein phaseninkohärentes Anregen durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls 200 und/oder eine Dephasierung durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls 200.
  • In Bezug auf die 5 und 6 sind solche multidimensional ortsselektiven HF-Pulse 200 dargestellt. Im Allgemeinen können solche multidimensional ortsselektiven HF-Pulse eine Ortsselektivität durch Verwenden einer Amplitudenmodulation 210 einer Hochfrequenz des HF-Pulses 200 und durch Verwenden von ortskodierenden Gradientenfeldern während des Anwendens der Hochfrequenz 210 erreichen. In anderen Worten kann durch geeignetes Wählen der Parameter des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 erreicht werden, dass eine bestimmte k-Raum-Trajektorie bei der Anregung gefolgt wird und der selektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401 eingewirkt wird.
  • Zum Beispiel ist in 5 ein multidimensional ortsselektiver HF-Puls 200 mit einer kartesischen k-Raum-Trajektorie dargestellt. In 6 ist ein multidimensional ortsselektiver HF-Puls 200 mit einer spiralförmigen k-Raum-Trajektorie dargestellt. In den 5 und 6 ist jeweils mit gepunkteten Linien der Bereich der Gradientenfelder dargestellt, welcher dem Zentrum des K-Raums entspricht.
  • Im Allgemeinen ist es nicht notwendig, dass die Parameter des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses derart gewählt werden, dass eine phasenkohärente Anregung der Transversalmagnetisierung erreicht wird. Es kann also entbehrlich sein, dass die durch den multidimensional ortsselektiven HF-Puls 200 angeregte Transversalmagnetisierung eine wohldefinierte Phasenlage aufweist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn der multidimensional ortsselektive HF-Puls 200 für eine Sättigung durch komplettes Auslenken der Längsmagnetisierung in dem Außenbereich 401 aus der Ruhelage verwendet wird.
  • In Bezug auf die 1 wurde voranstehend diskutiert, dass es möglich ist, eine aus mehreren HF-Spulen bestehende HF-Spulenanordnung 121 zum Anregen der Transversalmagnetisierung und/oder zum Erfassen von MR-Signalen zu verwenden. In 7 ist ein örtlicher Verlauf der Sensitivität von drei HF-Spulen 121-1, 121-2, 121-3 dargestellt. Wie aus 7 ersichtlich, weist die Sensitivität der verschiedenen HF-Spulen 121-1, 121-2, 121-3 jeweils an verschiedenen Ortsraumpunkten ein Maximum der Sensitivität auf. Dies erlaubt es, alternativ oder zusätzlich die Ortsselektivität des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 der Präparations-Sequenz 310 durch Techniken des parallelen Sendens zu erreichen. Durch konstruktives und destruktives Überlagern der Amplituden, der von den verschiedenen HF-Spulen 121-1, 121-2, 121-3 ausgesendeten elektromagnetischen Wechselfeldern, kann die Ortsselektivität bei gleichzeitiger Verringerung der zum Durchführen des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 benötigten Zeitdauer erreicht werden. Entsprechende Techniken des parallelen Sendens sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.
  • In 8 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur MR-Bildgebung mittels einer SSFP-Messsequenz 300 dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt S1. In Schritt S2 wird das Durchführen der SSFP-Messsequenz 300 begonnen. Wie in Bezug auf 2 voranstehend diskutiert beinhaltet das Durchführen der SSFP-Messsequenz 300 das wiederholte Einstrahlen von HF-Pulsen 201 z.B. mit bestimmter Repetitionszeit 230 zum Anregen der Transversalmagnetisierung, wobei die eingestrahlten HF-Pulse 201 auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich 400 und in dem Außenbereich 401 wirken.
  • In Schritt S3 wird überprüft, ob ein Kriterium zum Durchführen der Präparationssequenz 310 erfüllt ist; nämlich, ob das Durchführen der Präparations-Sequenz 310 zum bestimmten Zeitpunkt während der SSFP-Messsequenz 300 notwendig und/oder möglich ist. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass die Präparations-Sequenz 310 mit einer bestimmten Wiederholrate und/oder einem bestimmten zeitlichen Mindestabstand wiederholt durchgeführt wird. Zum Beispiel kann die Wiederholrate der Präparations-Sequenz 310 abhängig von der Relaxationszeit der Transversalmagnetisierung, insbesondere in dem Außenbereich 401, sein. Darüber hinaus kann das Einschieben der Präparations-Sequenz 310 in die SSFP-Messsequenz 300 derart geschehen, dass ein bestimmter zeitlicher Abstand 231 zwischen den HF-Pulsen 201 der SSFP-Messsequenz 300 und den HF-Pulsen 202-1, 202-2 zum Speichern der Transversalmagnetisierung im Rahmen der Präparations-Sequenz 310 eingehalten wird. Auch dieses Kriterium kann im Rahmen von Schritt S3 überprüft werden.
  • Wird im Schritt S3 festgestellt, dass das oder die Kriterien für das Durchführen der Präparations-Sequenz 310 nicht erfüllt sind, so wird im Schritt S5 überprüft, ob die SSFP-Messsequenz bereits beendet ist, d.h. ob alle MR-Signale bzw. Rohdaten für die MR-Bildgebung bereits im Rahmen der SSFP-Messsequenz bei 100 erfasst worden sind. Ist dies nicht der Fall, so wird Schritt S3 erneut durchgeführt bzw. die SSFP-Messsequenz fortgesetzt. Ist jedoch die SSFP-Messsequenz beendet, so endet das Verfahren in Schritt S6.
  • Wird in Schritt S3 festgestellt, dass das Kriterium zum Durchführen der Präparations-Sequenz 310 erfüllt ist, so wird die Präparations-Sequenz 310 im Schritt S4 zum Verringern des Signalbeitrags der Magnetisierung im Außenbereich 401 durchgeführt. Das Durchführen der Präparations-Sequenz 310 im Schritt S4 umfasst das Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200, welcher ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung im Außenbereich 401 wirkt. Nachfolgend wird in Bezug auf die 9 und 10 der Schritt S4 für verschiedene Szenarien der Erfindung näher erläutert.
  • Zunächst Bezug nehmend auf 9: In Schritt T1 kann zu Beginn der Präparations-Sequenz 310 das Einstrahlen eines HF-Pulses 202-1 zum Speichern der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben entlang der Längsrichtung erfolgen, d.h. es kann ein Flip-back der Transversalmagnetisierung in die Ruhelage erfolgen. Dies kann z.B. mittels eines α/2-Pulses, wie in Bezug auf 3 diskutiert, geschehen.
  • Anschließend erfolgt im Schritt T2 das Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses 200 zum Sättigen und/oder Dephasieren der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401.
  • In Schritt T3 erfolgt optional das Anwenden eines Gradientenfelds 225 zum weiteren Dephasieren der Transversalmagnetisierung im Außenbereich 401.
  • In Schritt T4 erfolgt zum Ende der Präparations-Sequenz 310 das Einstrahlen eines weiteren HF-Pulses 202-2 zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben in einer transversalen Ebene senkrecht zu der Längsrichtung. In anderen Worten wird in Schritt T4 die zuvor in Schritt T1 gespeicherte Transversalmagnetisierung wiederhergestellt. Dann kann das Durchführen der SSFP-Messsequenz 300 fortgesetzt werden.
  • In 10 ist eine weitere Präparations-Sequenz 310 mittels eines Flussdiagramms illustriert. Hierbei entsprechen die Schritte U1 und U4 den Schritten T1 und T4 der 9 und dienen zum Speichern der Transversalmagnetisierung während des Durchführens der Schritte U2 und U3. Dies erlaubt es, dass das Durchführen der Schritte U2 und U3 keinen oder nur geringen Einfluss auf die intrinsischen Eigenschaften der MR-Bildgebung mittels der SSFP-Messsequenz 300 hat.
  • In Schritt U2 erfolgt das Einstrahlen eines multidimensionalen ortsselektiven HF-Pulses 200 zum Erzeugen von Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich 401. Im Gegensatz zu dem Schritt T2, wie in Bezug auf die 9 voranstehend diskutiert wurde, kann der multidimensional ortsselektive HF-Puls des Schrittes U2 eine phasenkohärente Anregung der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich bezwecken.
  • Deshalb kann es möglich sein, in Schritt U3 ein MR-Signal der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich zu erfassen. Basierend auf dem in Schritt U3 erfassten MR-Signal, kann ein Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich auf die mit der SSFP-Messsequenz erfassten MR-Signale berechnet werden und die MR-Signale entsprechend korrigiert werden. Dadurch kann der Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich auf die MR-Bildgebung unterdrückt bzw. verringert werden.
  • Es ist möglich, dass die Schritte U3 und U4 mittels Techniken des MR-Fingerprintings durchgeführt werden. Hierzu können z.B. mehrere Präparations-Sequenzen 310 in die SSFP-Messsequenz 300 eingeschoben werden. Verschiedene MR-Parameter können zwischen den wiederholten Ausführungen der Präparations-Sequenz 310 variiert werden. Die erhaltenen MR-Signale können mit vorberechneten Modelldaten verglichen werden und derart der Signalbeitrag der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich auf die MR-Bildgebung berechnet werden.
  • Entsprechende Techniken des MR-Fingerprintings sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, so dass hier keine weiteren Details erläutert werden müssen.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung mit einer Messsequenz vom Typus freie Präzession von Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand (SSFP-Messsequenz) (300), für einen Messbereich (400) eines Untersuchungsobjekts (101), wobei das Verfahren umfasst: - Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) für die MR-Bildgebung in dem Messbereich (400), wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) umfasst: - Einstrahlen von HF-Pulsen (201) zum Anregen der Transversalmagnetisierung, wobei die eingestrahlten HF-Pulse (201) auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich (400) und in einem Außenbereich (401), der den Messbereich (400) umgibt und an diesen angrenzt, wirken, wobei das Verfahren weiterhin während des Durchführens der SSFP-Messsequenz (300) umfasst: - Durchführen einer Präparations-Sequenz (310) zum Verringern eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) bei der MR-Bildgebung, wobei das Durchführen der Präparations-Sequenz (310) umfasst: - Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, (200) der in zwei oder drei Dimensionen ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) wirkt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der multidimensional ortsselektive HF-Puls (200) die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) sättigt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der multidimensional ortsselektive HF-Puls (200) die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) phaseninkohärent anregt und/oder dephasiert.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Präparations-Sequenz (310) weiterhin umfasst: - Anwenden eines Gradientenfelds (225), das die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) dephasiert.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der multidimensional ortsselektive HF-Puls (200) eine Ortsselektivität durch Verwenden einer Amplitudenmodulation (210) eines Hochfrequenzanteils desselben und durch Verwenden von ortskodierenden Gradientenfeldern (221, 222) während des Anwendens der Hochfrequenz erreicht.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der multidimensional ortsselektive HF-Puls (200) eine Ortsselektivität durch Verwenden von mehreren, zeitlich überlappend angesteuerten HF-Spulen (121, 121-1, 121-2, 121-2) erreicht.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Präparations-Sequenz (310) umfasst: - zu Beginn der Präparations-Sequenz (310), Einstrahlen eines HF-Pulses (202-1) zum Speichern der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben entlang der Längsrichtung, - zum Ende der Präparations-Sequenz (310), Einstrahlen eines HF-Pulses (202- 2) zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung durch Ausrichten derselben in einer transversalen Ebene senkrecht zu der Längsrichtung.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die HF-Pulse (201) der SSFP-Messsequenz (300) zum Anregen der Transversalmagnetisierung abwechselnd positive und negative alpha-Pulse sind, wobei der HF-Puls (202-1) der Präparations-Sequenz (310) zum Speichern der Transversalmagnetisierung ein positiver alpha/2-Puls ist, und wobei der HF-Puls (202-2) der Präparations-Sequenz (310) zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung ein positiver alpha/2-Puls ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei das Einstrahlen der HF-Pulse (201) der SSFP-Messsequenz (300) zum Anregen der Transversalmagnetisierung mit einer bestimmten Repetitionszeit (230) wiederholt wird, wobei ein zeitlicher Abstand (231) zwischen einem bestimmten HF-Puls (201) der SSFP-Messsequenz (300) zum Anregen der Transversalmagnetisierung und dem HF-Puls (202-1) der Präparations-Sequenz (310) zum Speichern der Transversalmagnetisierung gleich der halben Repetitionszeit (230) ist, wobei ein zeitlicher Abstand (231) zwischen dem HF-Puls (202-2) der Präparations-Sequenz (310) zum Wiederherstellen der Transversalmagnetisierung und einem weiteren bestimmten HF-Puls (201) der SSFP-Messsequenz (300) zum Anregen der Transversalmagnetisierung, der auf den bestimmten HF-Puls (201) folgt, gleich der halben Repetitionszeit (230) ist.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das Durchführen der Präparations-Sequenz (310) weiterhin umfasst: - Erfassen eines MR-Signals der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401), wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) weiterhin umfasst: - Erfassen von MR-Signalen der Transversalmagnetisierung für die MR-Bildgebung des Messbereichs, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: - Berechnen eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) auf die mit der SSFP-Messsequenz (300) erfassten MR-Signale für die MR-Bildgebung, wobei dieses Berechnen basierend auf den im Rahmen der Präparations-Sequenz (310) erfassten MR-Signalen für die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) geschieht, - Korrigieren der MR-Signale, die mit der SSFP-Messsequenz (300) erfasst werden, durch Entfernen des berechneten Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Erfassen des MR-Signals der Präparations-Sequenz (310) und das Berechnen des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) unter Verwendung von Techniken des MR-Fingerprintings durchgeführt werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Präparations-Sequenz (310) mehrfach durchgeführt wird, wobei sich jeweils mindestens ein MR-Parameter von aufeinanderfolgend durchgeführten Präparations-Sequenzen (310) unterscheidet, wobei diese MR-Parameter aus der folgenden Auflistung ausgewählt sind: - Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgend durchgeführten Präparations-Sequenzen (310), - Flipwinkel des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, - Echo-Zeit für das Erfassen des MR-Signals der Präparations-Sequenz (310), - Phasenkodierung, - Phase des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, - Amplitude des multidimensional ortsselektiven HF-Pulses, - Anzahl von angewendeten Gradientenfeldern, - Art von angewendeten ortskodierenden Gradientenfeldern.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, wobei das Berechnen des Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) auf die mit der SSFP-Messsequenz (300) erfassten MR-Signale weiterhin umfasst: - Vergleichen eines zeitlichen Verlaufs der im Rahmen der Präparations-Sequenz (310) erfassten MR-Signale für die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) mit vorberechneten Modelldaten.
  14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüchen, wobei der multidimensional ortsselektive HF-Puls (200) der Präparations-Sequenz (310) nicht auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich (400) wirkt.
  15. Magnetresonanz-Anlage (100), die zur Magnetresonanz(MR)-Bildgebung mit einer Messsequenz vom Typus freie Präzession von Transversalmagnetisierung im Gleichgewichtszustand (SSFP-Messsequenz) (300), für einen Messbereich (400) eines Untersuchungsobjekts (101) eingerichtet ist, wobei die Magnetresonanz-Anlage (100) eingerichtet ist, um die SSFP-Messsequenz (300) für die MR-Bildgebung in dem Messbereich (400) durchzuführen, wobei das Durchführen der SSFP-Messsequenz (300) umfasst: - Einstrahlen von HF-Pulsen zum Anregen der Transversalmagnetisierung, wobei die eingestrahlten HF-Pulse auf die Transversalmagnetisierung in dem Messbereich (400) und in einem Außenbereich (401), der den Messbereich (400) umgibt und an diesen angrenzt, wirken, wobei die Magnetresonanz-Anlage (100) weiterhin eingerichtet ist, um während des Durchführens der SSFP-Messsequenz (300) eine Präparations-Sequenz (310) zum Verringern eines Signalbeitrags der Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) bei der MR-Bildgebung durchzuführen, wobei das Durchführen der Präparations-Sequenz (310) umfasst: - Einstrahlen eines multidimensional ortsselektiven HF-Pulses (200), der in zwei oder drei Dimensionen ortsselektiv auf die Transversalmagnetisierung in dem Außenbereich (401) wirkt.
  16. Magnetresonanz-Anlage (100) nach Anspruch 15, welche weiterhin eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-14 durchzuführen.
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