DE102014204448B4

DE102014204448B4 - Erstellung wenigstens zweier MR-Bilddatensätze mittels Multiband-Anregung

Info

Publication number: DE102014204448B4
Application number: DE102014204448.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Speier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2015-11-26
Anticipated expiration: 2034-03-12
Also published as: DE102014204448A1; US20150260820A1; US9995809B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung wenigstens zweier, im Wesentlichen parallel angeordneter zweidimensionaler Bilddatensätze eines Untersuchungsbereiches mittels einer Magnetresonanzanlage umfassend ein Spulenarray, mit den Schritten: Anlegen eines Multiband-Hochfrequenzpulses zur Anregung wenigstens zweier Schichten, Phasenkodierung der Schichten durch Anlegen eines Phasenkodiergradienten, Auslesen der Messsignale der angeregten Schichten mit jeder Spule des Spulenarrays, wobei die Phase des Messsignals in einem der Schritte a) oder b) in wenigstens einer Schicht wenigstens einmal derart moduliert wird, dass sich die Phase des Messsignals von der Phase der anderen Schichten unterscheidet, Rekonstruktion der Bilddatensätze in Abhängigkeit der Modulation der Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Multiband-Hochfrequenzpuls in wenigstens einer Schicht eine von der anderen Schicht oder den anderen Schichten abweichende Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Magnetresonanzanlage, mit der das vorgenannte Verfahren ausführbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erstellung wenigstens zweier, im Wesentlichen parallel zueinander angeordneter zweidimensionaler Bilddatensätze eines Untersuchungsbereiches mittels einer Magnetresonanzanlage umfassend ein Spulenarray.
Ein Grundproblem bei der Aufnahme von MR-Bildern besteht in der Messdauer. Dieses wurde zuerst mittels Softwaremethoden in Form von optimierten Pulssequenzen verringert, wobei die Flipwinkel der Pulse, ihre Anzahl, die Einstellung der Gradienten oder die Wartezeiten zwischen einzelnen Sequenzteilen verändert wurde. So konnte die Aufnahme eines Gradientenechobildes mit dem FLASH-Verfahren von mehreren Minuten auf wenige Sekunden gesenkt werden. Dabei ändert sich zwar das Kontrastverhalten, es bleibt aber T2*-abhängig. Als spinechobasiertes schnelles Bildgebungsverfahren ist das Verfahren RARE bekannt. Es existieren weitere Verfahren wie GRASE oder TrueFISP, die eine Art Mischung aus den Grundverfahren darstellen.
Um eine weitere Reduktion der Aufnahmezeit zu erreichen wurde vorgeschlagen, mehrere Spulen zum Auslesen des Messsignals zu verwenden. Dabei werden nicht alle k-Raum-Zeilen aufgenommen sondern nur ausgewählte, dafür aber mit den mehreren Spulen. Dies wird auch Undersampling genannt. Um ein durch dieses Vorgehen eigentlich verursachtes Aliasing-Artefakt, d. h. Einfaltungen, im rekonstruierten Bild zu verhindern werden unterschiedliche Rekonstruktionsalgorithmen angewandt, die mit weniger k-Raum-Zeilen auskommen und damit ihre zeitaufwendige Messung überflüssig ist.
Derartige Rekonstruktionsverfahren sind mit den Akronymen GRAPPA (GeneRalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition), SENSE (SENSitivity Encoding for fast MRI) und SMASH (SiMultaneous Acquisition of Spatial Harmonics) geläufig.
Bei SENSE, erstmals vorgestellt in „SENSE: sensitivity encoding for fast MRI.” Pruessmann KP, Weiger M, Scheidegger MB, Boesiger P, Magn. Reson. Med., 42(5), 952–62, 1999, werden die Spulensensitivitäten gemessen und hieraus eine pseudoinverse Matrix ermittelt. Mithilfe dieser Matrix werden die aufgenommenen Bilddaten aller Spulen zu einem Gesamtbild verrechnet. Anders gesagt werden die Spulenbilder zu einem Gesamtbild entfaltet.
Bei dem Rekonstruktionsverfahren GRAPPA werden die fehlenden k-Raum-Zeilen rekonstruiert, indem aus mehreren gemessenen k-Raum-Zeilen je eine zu ergänzende k-Raum-Zeile ermittelt wird, indem das gemessene Signal im k-Raum rechnerisch verschoben wird.
Diese Rekonstruktionsverfahren basieren darauf, dass sich die Spulensensitivitäten im Untersuchungsbereich unterscheiden. Um diese Sensitivitätsvariationen zu verstärken bzw. optimal auszuschöpfen, sind weiterhin mehrere Verfahren mit dem gemeinsamen Akronym CAIPIRINHA („Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results IN Higher Acceleration”) bekannt. Diese basieren darauf, dass die Einfaltungen während der Datenaufnahme gezielt variiert werden.
Bei MS-CAIPIRINHA (Felix A. Breuer, Martin Blaimer, Robin M. Heidemann, Matthias F. Mueller, Mark A. Griswold, and Peter M. Jakob: „Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration for Multi-Slice Imaging”, Magn. Res. Med. 53: 684–691, 2005) werden zwei Schichten mittels alternierender Dual-Band-Pulse angeregt.
2D-CAIPIRINHA (Felix A. Breuer, Martin Blaimer, Matthias F. Mueller, Nicole Seiberlich, Robin M. Heidemann, Mark A. Griswold, and Peter M. Jakob: „Controlled Aliasing in Volumetric Parallel Imaging”, Magn. Res. Med., 55: 549–556, 2006) beruht darauf, Sensitivitätsvariationen bei dreidimensionaler Bildgebung in den dann in zwei Raumrichtungen vorhandenen Phasenkodierrichtungen zu verbessern.
Beim Blipped CAIPIRINHA (”Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging (blipped-CAIPI) for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty”. Kawin Setsompop et al., Magn. Reson. Med. 67 (2012), S. 1210–1224) wird während des Auslesens zusätzlich der Schichtgradient in Form von Blips, d. h. oszillierend, geschaltet.
Die bei CAIPIRINHA verursachten Sensitivitätsänderungen sind bei den Rekonstruktionsverfahren zu berücksichtigen, es können aber die üblichen und oben genannten Verfahren wie GRAPPA und SENSE verwendet werden. CAIPIRINHA verändert die Auswertung dahingehend, dass so rekonstruiert wird, als wären Spulen mit anderen Sensitivitäten vorhanden.
Zur Datenaufnahme können auch bei CAIPIRINHA bekannte Verfahren wie TrueFISP verwendet werden. Der Unterschied liegt in der Anzahl der akquirierten k-Raum-Zeilen und der Sensitivitätsvariation.
Zur Aufnahme eines dreidimensionalen Volumens können entweder dreidimensionale Datensätze aufgenommen werden. Diese weisen zwei Phasenkodierrichtungen auf und ihre Aufnahme ist auch bei Verwendung von paralleler Bildgebung zeitaufwendig. Es ist daher bei zeitkritischen Untersuchungen bevorzugt, zweidimensionale Bilder in mehreren Schichten zu akquirieren. Dies wird auch Multislice-Imaging genannt. Auch diese Art der Datenaufnahme kann mit paralleler Bildgebung beschleunigt werden, vgl. die Ausführungen zu MS-CAIPIRINHA.
Die Schichten können bei Spinecho-Verfahren intermittierend aufgenommen werden, d. h. je eine oder mehrere k-Raumzeilen immer einer Schicht nach der anderen. Dies wird solange wiederholt, bis in jeder Schicht ein ausreichender Satz k-Raum-Zeilen vorhanden ist.
Alternativ kann auch jede Schicht vollständig akquiriert werden, bevor die nächste folgt. Dies ist insbesondere bei Aufnahmeverfahren wie FLASH oder TrueFISP bzw. bSSFP (balaced Steady State Free Precession) üblich.
Die derart aufgenommenen Schichten sind also zu unterschiedlichen Zeitpunkten akquiriert worden. Bei bewegten Untersuchungsobjekten wie dem Herzen oder der Lunge sind die Bilddaten der unterschiedlichen Schichten gegeneinander verschoben und müssen daher miteinander registriert werden, um daraus ein 3D-Bild erstellen zu können. Zur Registrierung der Bilder ist ein hohes SNR vorteilhaft, weswegen bSSFP bevorzugt ist. Allerdings ist bei dieser Art der Datenaufnahme der erzielbare Kontrast auf den mittels bSSFP gewonnenen Kontrast beschränkt. Dieser ist ein Mischkontrast, der von T1 und T2 abhängt.
Sollen die Bilddatensätze andere Kontraste aufweisen, so ist es insbesondere bei bewegten Untersuchungsobjekten möglich, die Messsignale mit Navigatorechos zu registrieren. Diese weisen allerdings die Nachteile auf, dass die Navigatorechos den Sequenzablauf unterbrechen und die Charakterisierung der Bewegung nur anhand weniger Werte erfolgt, also fehleranfällig ist.
Aus DE 10 2008 039 203 A1 ist ein Verfahren zur Multischicht-Magnetresonanzbildgebung mit SSFP-Sequenzen bekannt. Bei diesem werden in den Schichten unterschiedliche Phasenzyklen angewandt, um einerseits den „steady state” aufrecht zu erhalten und andererseits eine CAIPIRINHA-artige Modulation zu erzielen.
Wu et al., „Simultaneous Multislice Multiband Parallel Radiofrequency Excitation with Independent Slice-Specific Transmit B1 Homogenization”, Magn. Reson. Med. 70 (2013), S. 630–638 beschreibt ein Pulsdesign für Multiband-Anregungspulse.
US 2013/0342200 A1 offenbart ein Verfahren zur Reduzierung des SAR von Multiband-Pulsen. Dabei werden einzelne Spulen eines Spulenarrays ausgewählt und für diese HF-Pulse entworfen, um insgesamt das SAR zu minimieren.
DE 10 2011 007 823 A1 betrifft ein Verfahren zur gezielten ortsabhängigen Beeinflussung der Magnetisierung.
Ausgehend davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Aufnahme eines Datensatzes anzugeben, der Bilddaten aus mehreren Schichten aufweist, wobei die Bilddatensätze unterschiedliche Kontraste aufweisen können und eine Registrierung der Schichten ohne zusätzlichen Aufwand möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst mit folgenden Schritten:

a) Anlegen eines Multiband-Hochfrequenzpulses zur Anregung wenigstens zweier Schichten,
b) Phasenkodierung der Schichten durch Anlegen eines Phasenkodiergradienten,
c) Auslesen der Messsignale der angeregten Schichten mit jeder Spule des Spulenarrays,
d) wobei die Phase des Messsignals in einem der Schritte a) oder b) in wenigstens einer Schicht wenigstens einmal derart moduliert wird, dass sich die Phase des Messsignals von der Phase der anderen Schichten unterscheidet,
e) Rekonstruktion der Bilddatensätze abhängig von der Modulation der Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht, wobei der Multiband-Hochfrequenzpuls in wenigstens einer Abfolge der Schritte a) bis c) in wenigstens einer Schicht eine von der anderen Schicht oder den anderen Schichten abweichende Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform und/oder einen abweichenden Auslenkwinkel aufweist, wobei die Differenz des Auslenkwinkels von 180° verschieden ist, wobei Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen T2-Kontrast aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Als Kern der Erfindung wird es angesehen, dass nicht nur die Phase des Messsignals in einer Schicht, sondern auch Eigenschaften des Multiband-Hochfrequenzpulses in Form der Amplitude, Pulsdauer oder Pulsform geändert bzw. moduliert werden.
Bei MS-CAIPIRINHA wird ein Dualband-Hochfrequenzimpuls für zwei Schichten mit folgenden Phasen angelegt:

RF 1 2 3 4 5 6 ...

Schicht 1 X X X X X X ...

Schicht 2 X –X X –X X –X ...
Während in Schicht 1 der Hochfrequenzimpuls die Spins immer in die gleiche Richtung auslenkt, hier in X-Richtung, erfolgt die Auslenkung in Schicht 2 alternierend in X- und –X-Richtung, d. h. jeweils um 180° versetzt.
Durch diese Variation der Auslenkrichtung ist die Phase des Messsignals der zweiten Schicht derart gegenüber der Phase des Messsignals der ersten Schicht verschoben, dass das aus den Messsignalen der zweiten Schicht rekonstruierte Bild gegenüber dem Bild aus der ersten Schicht um ein halbes FOV verschoben ist. Insbesondere bei einer Auswertung mit dem SENSE-Rekonstruktionsverfahren ist dies vorteilhaft, da dieses wie oben beschrieben auf Bilddaten angewandt wird.
Das gerade beschriebene Vorgehen ist eine bekannte Art der Modulation der Phase des Messsignals nach Merkmal d) in Anspruch 1 in den verschiedenen Schichten. Dabei wird die Phase des Messsignals in der zweiten Schicht in Schritt a) dadurch moduliert, dass sich der Auslenkwinkel in jeder Schicht umkehrt indem er invertiert wird.
Bei MS-CAIPIRINHA bleiben dabei allerdings die Amplituden des Dualband-Hochfrequenzimpulses in den Schichten gleich, d. h. dass alle Schichten mit dem gleichen Bildgebungsverfahren, bspw. FLASH, TrueFISP, o. ä. aufgenommen werden.
Durch die Variation zusätzlich der Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform in den Schichten kann dagegen erreicht werden, dass die Bilddatensätze in den unterschiedlichen Schichten differierende Kontraste aufweisen. Dabei besteht der Multiband-Hochfrequenzpuls wie der Name sagt aus mehreren Bändern, wobei jedes Band eine Schicht anregt. Bei zwei Schichten verwendet man somit einen Dualband-Hochfrequenzimpuls.
Alternativ kann die Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht in Schritt b) dadurch moduliert werden, dass während des Anlegens des Phasenkodiergradienten zusätzlich ein Schichtgradient angelegt wird. Diese Variation der Phase ist wie oben beschrieben unter dem Namen Blipped CAIPIRINHA bekannt.
Weist der Multiband-Hochfrequenzpuls in wenigstens einer Abfolge der Schritte a) bis c) in wenigstens einer Schicht eine von der anderen Schicht oder den anderen Schichten abweichende Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform auf, kann die Differenz des Auslenkwinkels auch gleich 180° sein. Die Modulation findet dann zum Einen wie von MS-CAIPIRINHA bekannt statt und zusätzlich durch eine der genannten Möglichkeiten, besonders bevorzugt durch eine Variation der Amplitude.
In einer Ausgestaltung werden die Schritte a) bis c) mehrmals durchgeführt und die Modulation der Phase findet für jede Schicht wenigstens einmal statt. Mit jeder Spule des Spulenarrays werden also mehrmals bzw. wenigstens zweimal Messsignale akquiriert. Wendet man den oben beschriebenen Phasenzyklus an, so findet in der zweiten Schicht im Vergleich zur ersten bei jeder zweiten Aufnahme eine Modulation der Phase im Vergleich zur ersten Schicht statt.
Die Gesamtanzahl der Modulationen hängt von der Anzahl der Aufnahmen, d. h. der Akquisitionsfenster, ab und diese wiederum von der Anzahl der Spulen des Spulenarrays. Wichtig ist nur, dass die Phasenschemata in wenigstens einmal voneinander abweichen. Einzelne Übereinstimmungen, auch jeder zweiten Phase wie oben, sind kein Problem.
Die zusätzliche Variation der Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform für jede Schicht kann bei dieser Ausgestaltung ein- oder mehrmals erfolgen. Z. B. kann der Multiband-Hochfrequenzpuls in einer Schicht eine konstante Amplitude und damit auch einen konstanten Flipwinkel besitzen, um in dieser Schicht ein FLASH-Bild zu erhalten. In den anderen Schichten können dagegen ganz andere und auch untereinander identische Amplituden bzw. Flipwinkel verwendet werden. Auch müssen die Amplituden nicht konstant sein. So kann neben einem FLASH-Kontrast in einer Schicht, ein gemischter T1-T2*-Kontrast, in den anderen Schichten z. B. ein T1-Kontrast oder ein T2-Kontrast erzeugt werden. Im Gegensatz zu den Phasen, bei denen kein Phasenschema gleich sein soll, ist es im Hinblick auf die Amplituden und/oder Dauern und/oder Pulsformen nur wichtig, dass sich wenigstens eine Schicht von den anderen unterscheidet. Dies liegt darin begründet, dass die Phaseninformation zur Rekonstruktion der Bilddaten benötigt wird, während die Unterschiede in der Amplitude, Pulsdauer oder Pulsform nur den Kontrast der Bilder verändern. Der Kontrast kann aber in mehreren Schichten der gleiche sein.
In einer alternativen Ausführung werden die Schritte a) bis c) einmal vorgenommen, wobei die Modulation der Phase der Schichten derart ist, dass sich die Phasen aller Schichten unterscheiden. Dies wird bspw. erreicht, indem sich die Auslenkwinkel des Multiband-Hochfrequenzpulses in den Schichten unterscheiden. Da nur eine Aufnahme mit jeder Spule erfolgt, ist auch die Variation der Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform für jede Schicht die Variation bei dieser einen Aufnahme vorzusehen. Wie beschrieben, bezieht sich dies nur darauf, dass wenigstens eine Schicht einen anderen Kontrast als die anderen aufweist. Der Auslenkwinkel wird auch als RF-Phase bezeichnet.
Selbstverständlich kann das Verfahren mehr Schritte als die geforderten Schritte aufweisen. Z. B. kann nach dem Auslesen des Signals eine Rephasierung oder auch ein Spoilen des Messsignals vorgenommen werden.
Bevorzugt ist der Multiband-Hochfrequenzpuls als Dualband-Hochfrequenzimpuls ausgebildet. Dann werden zwei Schichten gleichzeitig angeregt.
Vorzugsweise können sich die Auslenkwinkel des Multiband-Hochfrequenzpulses zur Anregung wenigstens eines Messsignals für wenigstens zwei Schichten unterscheiden, wobei die Differenz von 180° verschieden ist. Wie beschrieben, ist eine invertierende Anregung der einen Schicht von MS-CAIPIRINHA her bekannt. Es wird vorgeschlagen, statt einer Invertierung eine davon abweichende Auslenkung vorzusehen. Diese muss nicht, wie auch nicht bei der Invertierung, bei jeder Datenaufnahme stattfinden, sondern wenigstens einmal.
Bevorzugt kann die Differenz der Auslenkwinkel in Abhängigkeit von der Anzahl der Schichten bestimmt werden. Je größer die Differenz des Auslenkwinkels, desto größer auch die Phasendifferenz. Möchte man für jede Schicht einen anderen Winkel mit maximaler Differenz jeweils dazwischen, dividiert man 360° durch die Anzahl der Schichten.
Besonders bevorzugt werden die Bilddatensätze mit einem GRAPPA-Rekonstruktionsverfahren oder einem SENSE-Rekonstruktionsverfahren rekonstruiert. Wie eingangs beschrieben, wird SENSE auf teilrekonstruierte Bilddaten angewandt, während mit GRAPPA k-Raum-Zeilen rekonstruiert werden. Als Ergebnis der Rekonstruktion erhält man die Bilddatensätze der unterschiedlichen Schichten.
Mit besonderem Vorteil können der Auslenkwinkel sowie die Amplitude, die Dauer und die Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen SSFP-Kontrast, insbesondere einen bSSFP-Kontrast, aufweist. D. h. nichts anderes, als dass ein Band des MultibandHochfrequenzpulses eine Abfolge von α- und –α-Flipwinkeln aufweist. Auch Variationen wie HEFEWEIZEN, vgl. Halting the Effects of Flow Enhancement With Effective Intermittent Zeugmatographic Encoding (HEFEWEIZEN) in SSFP: Jamal J. Derakhshanet al., J of Magn. Res. Imag. 29, 1163–1174, 2009, können verwendet werden.
Es werden die Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses bzw. eines Bandes des Multiband-Hochfrequenzpulses derart gewählt, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen T2-Kontrast aufweist. Dementsprechend wird das Band des Multiband-Hochfrequenzpulses für diese Schicht eingestellt. Vorzugsweise weist das Band einer Schicht oder die Bänder mehrerer Schichten nur teilweise eine Amplitude ungleich Null auf, insbesondere nur bei einem Mal oder mehreren, aber nicht allen Malen des Anlegens des Multiband-Hochfrequenzpulses. Dies ist eine Möglichkeit, damit die aus diesen Schichten erzeugten Bilddatensätze einen T2-Kontrat besitzen.
Alternativ weist wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen T1-Kontrast auf. Statt einer Abfolge von α- und –α-Flipwinkeln, insbesondere von 0°- und 180°-Abfolgen, kann eine quadratische Variation der Phase des Bandes oder der Bänder der jeweiligen Schichten eingestellt werden. So kann ein (RF-)gespoiltes SSFP und damit ein T1-Kontrast erhalten werden.
Weiter alternativ oder zusätzlich können die Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen Spindichte-Kontrast aufweist.
Vorteilhafterweise können eine oder mehrere Schichten mit einem Hochfrequenzpuls oder einem Hochfrequenzpulszug präpariert, insbesondere gesättigt oder invertiert, werden. Dabei muss kein Multiband-Hochfrequenzpuls verwendet werden, die Präparation kann ein- oder mehrmalig vorgenommen werden. Sie findet entweder vor Schritt a) statt. Alternativ wird statt des Auslesens des Signals in diesem Zeitabschnitt eine Präparation vorgenommen, wie dies bei dem erwähnten HEFEWEIZEN geschieht.
Eine schichtspezifische Präparation kann auch erzielt werden indem ein erster Puls alle Schichten anregt und ein zweiter Puls in einer oder mehreren, insbesondere der ersten Schicht, die Wirkung des ersten Pulses umkehrt.
Auch kann die Schicht mit dem SSFP-Kontrast bzw. dem höchsten SNR verschoben werden. Die andere Schicht kann um diese Schicht herum springen, wodurch sich ein Spindichte-Kontrast ergibt. Alternativ können die Schichten durch Änderung des während des Multiband-Hochfrequenzpulses angelegten Schichtgradienten von Anregung zu Anregung verschoben werden, wobei die Änderung der Position kleiner als die Schichtdicke, insbesondere weniger als 20% der Schichtdicke, ist.
Die Auflösung in Schichtrichtung kann mittels unterschiedlicher Pulsformen und Amplituden in den Bändern eingestellt werden.
Auch kann sich die Anzahl der aufgenommenen k-Raum-Zeilen, die für eine finale Bildrekonstruktion verwendet wird, von Schicht zu Schicht unterscheiden. Dies ist bei der Aufnahme mit einer sogenannten interleaved-Kodierung möglich. Dadurch wird die Prozessierung der Messsignale variabler. Der Trade-off zwischen Zeitauflösung und SNR und Ortsauflösung kann so schichtspezifisch gewählt werden.
Selbstverständlich können die Messsignale Postprocessing-Methoden wie einer Basislinienkorrektur (baseline correction), Zerofilling, usw. unterzogen werden.
Die mehreren derart aufgenommenen Bilddatensätze bilden auch einen Multischichtdatensatz. Dieser umfasst wenigstens zwei gleichzeitig aufgenommene Bilddatensätze.
Daneben betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Registrierung zweier Multischichtdatensätze mit wenigstens jeweils zwei Bilddatensätzen. Die Multischichtdatensätze wurden wie beschrieben erzeugt. Die Registrierung zeichnet sich dadurch aus, dass jeweils eine Schicht eines Multischichtdatensatzes ausgewählt wird und die Multischichtdatensätze anhand der ausgewählten Schichten registriert werden.
Dabei sind die Multischichtdatensätze bevorzugt mit identischen Aufnahmeparametern aufgenommen, sodass sie sich nur im Aufnahmezeitpunkt unterscheiden. Dies ist insbesondere bei bewegten Untersuchungsobjekten hilfreich. Etwaige Unterschiede in den zur Registrierung herangezogenen Bilddatensätzen resultieren aus der Bewegung des Untersuchungsobjektes. Die anderen Schichten sind automatisch mitregistriert, da sie in einem festen bekannten raum-zeitlichen Zusammenhang stehen.
Mit dem beschriebenen Verfahren zur Erzeugung wenigstens zweier Bilddatensätze ist es so möglich, einen Bilddatensatz so zu gestalten, dass er einen ersten Kontrast aufweist, bzw. ein höheres SNR aufweist als der andere und so zur Registrierung optimiert ist, während der andere oder die anderen Bilddatensätze einen vorgegebenen Kontrast aufweisen, der insbesondere für klinische Fragestellungen relevant ist. Da die Schichten parallel/gleichzeitig aufgenommen werden, werden die Probleme anderer Registrierungsverfahren vermieden.
Vorteilhafterweise kann als Navigationsschicht eine Schicht gewählt werden, die an an einer festen, für die Navigation optimalen Position gemessen wird.
Wie oben ausgeführt, sind die Messparameter der zu registrierenden Multischichtdatensätze optimalerweise identisch. Dann liegen die Schichten jeweils auch identisch, bezogen auf die Magnetresonanzanlage. Das Untersuchungsobjekt ist ja bewegt, weswegen sich die Lage der Schichten in Bezug auf dieses verschiebt. Ansonsten wäre eine Registrierung auch nicht notwendig. Besonders bevorzugt wird als Schicht zur Registrierung diejenige Schichtposition bzw. Schicht ausgewählt, die in den Multischichtdatensätzen das höchste Signal-zu-Rausch-Verhältnis aufweist. Nimmt man eine Schicht mit SSFP- oder bSSFP-Kontrast auf, so ist dies üblicherweise die Schicht mit dem höchsten SNR bzw. CNR, weswegen sie zur Registrierung herangezogen wird.
Die Registrierung der Schichten kann mit elastischen oder rigiden Verfahren erfolgen. Die Registrierung kann beschränkt sein auf inplane-Bewegungenoder auf 3D-Bewegungen; die eine Zeitkomponente und eine Selektion von sub-Datensätzen enthalten.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst mit einer Magnetresonanzanlage. Diese umfasst ein Spulenarray und eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung der Verfahren wie beschrieben.
Die Implementierung der vorgenannten Verfahren in der Steuervorrichtung kann dabei als Software oder aber auch als (fest verdrahtete) Hardware erfolgen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Magnetresonanzanlage korrespondieren zu entsprechenden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird somit auf die entsprechenden Verfahrensmerkmale und deren Vorteile verwiesen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Besonderheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung.
Dabei zeigen
1 eine bekannte Magnetresonanzanlage mit eine Spulenarray,
2 ein Ablaufschema zur Aufnahme eines Multischicht-Datensatzes,
3 einen bekannten Dualband-Hochfrequenzpuls mit zwei Bändern,
4 ein Sequenzdiagramm in einer ersten Ausgestaltung,
5 ein Sequenzdiagramm in einer zweiten Ausgestaltung, und
6 ein Ablaufschema zur Registrierung zweier Multischichtdatensätze.
1 zeigt eine Magnetresonanzanlage 1 mit einer Hochfrequenzspule 2 und einem Spulenarray 3 mit Spulen 4, 5, 6 und 7 und einer Steuerungseinrichtung 8.
Die Spule 2 ist üblicherweise eine sogenannte Bodycoil. Diese wird zur Anregung der Magnetisierung verwendet. Das Spulenarray 3 ist dagegen zum Auslesen des Messsignals vorgesehen. Mehrere Spulen 4, 5, 6 und 7 lesen das Messsignal gleichzeitig aus. Die unterschiedlichen Sensitivitäten der Spulen 4, 5, 6 und 7 können zur Rekonstruktion der aufgenommenen Messsignale berücksichtigt werden.
2 zeigt ein Ablaufschema zur Erzeugung zweier parallel angeordneter zweidimensionaler Bilddatensätze eines Untersuchungsbereiches. Die entsprechenden Schichten sind in 3 dargestellt.
In Schritt S1 wird ein Dualband-Hochfrequenzpuls 9 angelegt, um Spins in zwei voneinander getrennten Schichten 10 und 11 anzuregen. Dabei weist das erste Band 12 zur Anregung der ersten Schicht 10 eine erste Pulsphase, Amplitude, Pulsform und Pulsdauer auf. Das zweite Band 13 hat eine zweite Pulsphase, Amplitude, Pulsform und Pulsdauer. Die Pulsphase bezieht sich dabei auf den Auslenkwinkel des Bandes 12 oder 13 des jeweiligen Dualband-Hochfrequenzpulses 9, also z. B. X, –X, Y oder –Y. Der Auslenkwinkel ist nicht zu verwechseln mit dem Flipwinkel, der nicht die Richtung, sondern die Stärke der Auslenkung beschreibt.
Die Schichten 10 und 11 des Multischichtdatensatzes 14 sind parallel ausgerichtet und weisen einen vorgebbaren Schichtabstand 15 und vorgebbare Schichtdicken 16 und 17 auf.
In Schritt S2 wird ein Phasenkodiergradient zur Phasenkodierung der Schichten 10 und 11 angelegt. Dabei wird das Spulenarray 3 verwendet, um die Anzahl der Schritte S2, also der Phasenkodierschritte, zu reduzieren.
Danach folgt als Schritt S3 das Auslesen der Messsignale der angeregten Schichten 10 und 11 mit jeder Spule 4, 5, 6, und 7 des Spulenarrays 3.
Abschließend wird als Schritt S4 das mit dem Spulenarray 3 akquirierte Signal zu zwei Bilddatensätzen rekonstruiert. Dabei können Rekonstruktionsverfahren wie GRAPPA oder SENSE verwendet werden.
Um auch nahe beieinander liegende Schichten 10 und 11 mit kleinem Schichtabstand 15 trennen zu können, wird die Phase der Schichten 10 und 11 durch zusätzliche Maßnahmen unterschiedlich moduliert. Die bis jetzt beschriebenen Schritte S1 bis S3 erzeugen ein Bild, das einem Bild mit hoher Schichtdicke entspricht, also eine reine Addition der eigentlich getrennt gewünschten Bilddaten ist.
Nach dem Auslesen des Messsignals kann als weiterer Teil von Schritt S3 ein Spoilen oder Rephasieren des Messignals vorgenommen werden.
Dabei kann die Pulsphase entweder des ersten Bandes 12 und/oder des zweiten Bandes 13 einem Phasenzyklus unterworfen werden. Beispiele hierfür sind die PAPS, CYCLOPS oder EXORCYCLE genannten Phasenzyklen.
Die Schritte S1 bis S3 werden mehrmals wiederholt, was durch den Pfeil 18 dargestellt wird. Bei jeder Wiederholung werden die Pulsphasen des ersten Bandes 12 und des zweiten Bandes 13 eingestellt wie gewünscht. Alternativ kann eine Modulierung wie zu blipped-CAIPIRINHA beschrieben verwendet werden.
4 zeigt ein Sequenzdiagramm zur Aufnahme von Messsignalen aus zwei Schichten 10 und 11, bei denen der aus den Messsignalen der Schicht 10 ermittelte Bilddatensatz einen bSSFP-Kontrast und der aus den Messsignalen der Schicht 11 ermittelte Bilddatensatz einen Spindichte-Kontrast aufweist.
Dabei stehen die Achsen 19, 20, 21 und 22 für eine zeitliche Abfolge, die Achse 19 für das zweite Band 13, die Achse 20 für den Schichtgradienten und das erste Band 12, die Achse 21 für die Leserichtung und die Achse 22 für die Akquisitionsfenster.
Anfangs wird die Amplitude des zweiten Bandes 13 auf Null gesetzt, um in der ersten Schicht 10 mittels des ersten Bandes 12 einen „steady state” zu erreichen. Die einzelnen Impulse 23 und 24 des ersten Bandes 12 haben Flipwinkel mit invertierenden Auslenkwinkeln, i. A. mit α und –α bezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist dabei lediglich die linke Bildhälfte mit Bezugszeichen versehen, die Bezeichnung in der rechten Hälfte ist entsprechend.
Die Impulse 25, 26, 27, 28, und 29 des zweiten Bandes 13 haben im Laufe der Messung ansteigende Amplituden. Legt man die Impulse 25 bis 29 in die Diastole eines Herzzyklus, so ergibt sich ein besonders guter Spindichte-Kontrast.
Die Anzahl der Akquisitionsfenster 30 hängt von der Anzahl der aufzunehmenden k-Raum-Zeilen ab. Diese wiederum wird unter anderem durch die Anzahl der Spulen des Spulenarrays 3 begrenzt.
Die Schaltung des Schichtgradienten 31 und des Lesegradienten 32 ist grundsätzlich bekannt und wird daher nicht eingehender erläutert.
Um in der Sequenz gemäß 4 eine rekonstruktive Trennung der Schichten 10 und 11 zu erreichen, können wie beschrieben ein Phasenzyklus wie bei MS-CAIPIRINHA oder ein Schichtgradient 31 während des Lesegradienten 32 wie bei BLIPPED CAIPIRINHA verwendet werden.
Die Unterschiedlichkeit der Amplituden der Impulse 23 und 24 des ersten Bandes 12 einerseits und der Impulse 25 bis 29 des zweiten Bandes 13 andererseits hilft dagegen, zwei Bilddatensätze mit unterschiedlichen Kontrasten zu erhalten.
5 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines Sequenzdiagramms zur Aufnahme von Messsignalen aus zwei Schichten 10 und 11, bei denen der aus den Messsignalen der Schicht 10 ermittelte Bilddatensatz einen bSSFP-Kontrast und der aus den Messsignalen der Schicht 11 ermittelte Bilddatensatz einen T1-Kontrast aufweist.
Die Achse 33 zeigt den zeitlichen Verlauf des Phasengradienten 34, der so auch in der Sequenz nach 4 vorhanden, aber nicht dargestellt ist. Der wesentliche Unterschied zu 4 liegt im Impuls 35 des zweiten Bandes 13, der entweder ein 90°-Sättigungsimpuls oder ein 180°-Inversionsimpuls ist. Aufgrund des Impulses 35 relaxiert die Magnetisierung in der Schicht 11 longitudinal aus der Inversions- oder Nulllage, wodurch sich ein T1-Kontrast in dieser Schicht ergibt.
Auch wenn die Darstellung in den 4 und 5 dies nicht eindeutig zeigt, sind die Bänder 12 und 13 und die jeweiligen Impulse Teile des Dualband-Hochfrequenzpulses 9. Es werden als nicht zwei unabhängige Hochfrequenzpulse verwendet sondern ein Dualband-Hochfrequenzpuls 9.
6 zeigt ein Ablaufschema zur Registrierung zweier Multischichtdatensätze 14, die bevorzugt mit identischen Aufnahmeparametern an einem bewegten Untersuchungsobjekt aufgenommen wurden. Dabei kann es sich bspw. um ein Herz oder eine Lunge handeln. Insbesondere kann es sich also um ein periodisch bewegtes Untersuchungsobjekt handeln.
In den Schritten S5 und S6 wird das Untersuchungsobjekt jeweils mit einem Verfahren umfassend die Schritte S1 bis S4 abgebildet. Man hat also zwei Multischichtdatensätze 14 zu unterschiedlichen Zeitpunkten, insbesondere in einer periodischen Bewegung. Statt zweier können auch beliebig mehr Multischichtdatensätze 14 aufgenommen werden.
Aus den Multischichtdatensätzen 14 werden als Schritt S7 jeweils die zu den Schichten 10 gehörigen Bilddatensätze ermittelt und in Schritt S8 miteinander registriert. Bspw. wird ein während der Diastole des Herzzyklus aufgenommener Bilddatensatz als Referenzbilddatensatz gewählt und es werden mit diesem zu jedem anderen Bilddatensatz Verschiebe- oder Drehparameter berechnet.
Als Schritt S9 werden diese Parameter auf die Bilddatensätze sowohl der Schicht 10 wie auch der Schicht 11 angewendet. Dies ist möglich, da die Schichten 10 und 11 fest miteinander verknüpft sind und daher miteinander bewegt werden.
Durch die unterschiedlichen Kontraste in den Bilddatensätzen der Schichten 10 und 11 kann man die Bilddatensätze der Schicht 11 miteinander registrieren, selbst wenn es deren Bildkontrast eigentlich überhaupt nicht zulässt.
Diese Kontrastdifferenz ist möglich durch die unterschiedlichen Amplituden in den Bändern 12 und 13 des Multiband-Hochfrequenzpulses 9. Selbstverständlich ist das gezeigte Vorgehen nicht auf zwei Schichten 10 und 11 beschränkt, vielmehr können beliebig viele Schichten aufgenommen werden.
Dabei kann eine einzige Schicht bzw. können die aus den Signalen der Schicht erzeugten Biddaten einen hohen Kontrast, insbesondere einen bSSFP-Kontrast, aufweisen, während alle anderen Schichten T1- oder Spindichte-Kontraste aufweisen.

Claims

Verfahren zur Erstellung wenigstens zweier, im Wesentlichen parallel angeordneter zweidimensionaler Bilddatensätze eines Untersuchungsbereiches mittels einer Magnetresonanzanlage (1) umfassend ein Spulenarray (3), mit den Schritten: a) Anlegen eines Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) zur Anregung wenigstens zweier Schichten (10, 11), b) Phasenkodierung der Schichten (10, 11) durch Anlegen eines Phasenkodiergradienten (34), c) Auslesen der Messsignale der angeregten Schichten (10, 11) mit jeder Spule (4, 5, 6, 7) des Spulenarrays (3), d) wobei die Phase des Messsignals in einem der Schritte a) oder b) in wenigstens einer Schicht (10, 11) wenigstens einmal derart moduliert wird, dass sie sich von der Phase der anderen Schichten (11, 10) unterscheidet, Rekonstruktion der Bilddatensätze in Abhängigkeit der Modulation der Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht (10, 11), wobei der Multiband-Hochfrequenzpuls (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) in wenigstens einer Abfolge der Schritte a) bis c) in wenigstens einer Schicht (10, 11) eine von der anderen Schicht (11, 10) oder den anderen Schichten (11, 10) abweichende Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform und/oder einen abweichenden Auslenkwinkel, wobei die Differenz des Auslenkwinkels von 180° verschieden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen T2-Kontrast aufweist.
Verfahren zur Erstellung wenigstens zweier, im Wesentlichen parallel angeordneter zweidimensionaler Bilddatensätze eines Untersuchungsbereiches mittels einer Magnetresonanzanlage (1) umfassend ein Spulenarray (3), mit den Schritten: a) Anlegen eines Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) zur Anregung wenigstens zweier Schichten (10, 11), b) Phasenkodierung der Schichten (10, 11) durch Anlegen eines Phasenkodiergradienten (34), c) Auslesen der Messsignale der angeregten Schichten (10, 11) mit jeder Spule (4, 5, 6, 7) des Spulenarrays (3), d) wobei die Phase des Messsignals in einem der Schritte a) oder b) in wenigstens einer Schicht (10, 11) wenigstens einmal derart moduliert wird, dass sie sich von der Phase der anderen Schichten (11, 10) unterscheidet, e) Rekonstruktion der Bilddatensätze in Abhängigkeit der Modulation der Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht (10, 11), wobei der Multiband-Hochfrequenzpuls (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) in wenigstens einer Abfolge der Schritte a) bis c) in wenigstens einer Schicht (10, 11) eine von der anderen Schicht (11, 10) oder den anderen Schichten (11, 10) abweichende Amplitude und/oder Dauer und/oder Pulsform und/oder einen abweichenden Auslenkwinkel, wobei die Differenz des Auslenkwinkels von 180° verschieden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen T1-Kontrast aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht (10, 11) in Schritt b) dadurch moduliert wird, dass während des Anlegens des Phasenkodiergradienten (32) zusätzlich ein Schichtgradient (31) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase des Messsignals in wenigstens einer Schicht in Schritt a) dadurch moduliert wird, dass sich der Auslenkwinkel in jeder Schicht (10, 11) unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) mehrmals durchgeführt werden und die Modulation der Phase für jede Schicht (10, 11) wenigstens einmal stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) einmal vorgenommen werden, wobei die Modulation der Phase der Schichten (10, 11) derart ist, dass sich die Phasen aller Schichten unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) mehrmals durchgeführt werden, wobei nur bei jeder n-ten Wiederholung von Schritt c) Messsignal ausgelesen wird und bei den anderen Wiederholungen wenigstens eine Präparation wenigstens einer Schicht durchgeführt wird, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich zwei ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Auslenkwinkel in Abhängigkeit von der Anzahl der Schichten (10, 11) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddatensätze mit einem GRAPPA- oder einem SENSE-Rekonstruktionsverfahren rekonstruiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Phase, Amplitude, Dauer und Pulsform des Multiband-Hochfrequenzpulses (9, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29) derart gewählt werden, dass wenigstens ein rekonstruierter Bilddatensatz einen SSFP-Kontrast, insbesondere einen bSSFP-Kontrast, aufweist.
Verfahren zur Registrierung wenigster zweier Multischichtdatensätze (14) mit wenigstens jeweils zwei Bilddatensätzen, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche erstellt wurden, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Schicht (10) eines Multischichtdatensatzes (14) ausgewählt wird und die Multischichtdatensätze (14) anhand der ausgewählten Schichten (10) registriert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schicht (10) jeweils eine Schicht (10) an der gleichen Position ausgewählt wird, wobei diejenige Schicht (10) ausgewählt wird, die in den Multischichtdatensätzen (14) das höchste Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.
Magnetresonanzanlage (1), umfassend ein Spulenarray (3) und eine Steuerungseinrichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (8) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder nach einem der Ansprüche 11 und 12 ausgebildet ist.