DE102014205004B3 - Verfahren und Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts - Google Patents

Verfahren und Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O). Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte: • Schalten eines ersten Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (Kz), welche senkrecht auf der Schicht steht. • Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25) zum selektiven Anregen der Schicht. • Schalten eines zweiten Schichtselektionsgradienten (34) entlang der ersten Richtung (Kz). • Einstrahlen eines Refokussierungspulses (26). • Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (28; 28'; 28'') entlang der ersten Richtung (Kz). • Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (Ky), wobei die zweite Richtung (Ky) senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) steht. • Schalten eines Auslesegradient (30) entlang einer dritten Richtung (Kx), welche senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) und der zweiten Richtung (Ky) steht. • Erfassen der MR-Daten während der Auslesegradient (30) geschaltet wird. Dabei werden mehrere K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls (26) ausgelesen, ohne dass ein weiterer HF-Puls eingestrahlt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage, um insbesondere bei Magnetfeld-Inhomogenitäten MR-Daten innerhalb einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts zu erfassen.
  • Die US 2010/0033179 A1 beschreibt ein Verfahren zur dreidimensionalen MR-Bildgebung mit Schichtverzerrungskorrektur, wobei ausgehend von einem Refokussierungspuls mehrere Echos erfasst werden.
  • In „Reduction of Metal Artifacts in Patients with Total Hip Arthoplasty with Slice-encoding Metal Artifact Correction and View-Angle Tilting MR Imaging”, R. Sutter u. a., in Radiology, Volume 265, Nummer 1, Oktober 2012, Seiten 204–214 wird ein SEMAC-Verfahren eingesetzt, um ausgehend von einem Refokussierungspuls mehrere Echos zu erfassen.
  • Die US 2013/0278254 A1 offenbart ein MR-Verfahren, um spektral aufgelöste dreidimensionale Daten zu erfassen, wobei ein MR-Signal mehrfach erfasst wird, ohne dass dabei Magnetfeldgradienten geschaltet werden.
  • Um Metallartefakte bei SE (Spin Echo) basierten Sequenzen (z. B. TSE (Turbo Spin Echo)) zu unterdrücken, kann ein SEMAC-Verfahren eingesetzt werden, siehe „SEMAC: Slice Encoding for Metal Artifact Correction in MRI”, W. Lu u. a. Magnetic Resonance in Medicine 62, Seiten 66–76, 2009. Dabei wird bei einem konventionellen zweidimensionalen Protokoll bzw. einer schichtweisen Abtastung eine zusätzliche Codierung in Schichtrichtung durchgeführt. Diese Codierung entspricht einer Phasenkodierung und ist auch als so genannte SEMAC-Codierung bekannt. Die Messzeit erhöht sich dabei linear mit der Anzahl der zusätzlichen Phasenkodierschritte in Schichtselektionsrichtung, welche auch als SEMAC-Schritte bezeichnet werden. Insbesondere bei T2-gewichteten TSE-Protokollen mit einer langen Wiederholungszeit TR erhöht sich dadurch die gesamte Messzeit deutlich.
  • Beispielsweise wird zum Erfassen einer Schicht mit 256 Phasenkodierschritten bei einer TSE-Sequenz mit einem Turbofaktor von 8 und einer Wiederholungszeit TR von 4 Sekunden eine Messzeit von 2 Minuten und 8 Sekunden benötigt. Wenn zur Unterdrückung von Metallartefakten acht SEMAC-Schritte eingesetzt werden, erhöht sich die Messzeit auf über 17 Minuten, was für klinische Protokolle deutlich zu lang ist.
  • Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Messzeit trotz der Unterdrückung von Metallartefakten gegenüber dem Stand der Technik zu verkürzen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten einer einzelnen Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte, um die MR-Daten in der Schicht zu erfassen:
    • • Schalten eines ersten Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung bzw. Schichtselektionsrichtung, welche senkrecht auf der Schicht steht.
    • • Einstrahlen eines HF-Anregungspulses zum selektiven Anregen der Schicht während der Schichtselektionsgradient geschaltet ist, so dass nur die Spins der Schicht angeregt werden.
    • • Schalten eines zweiten Schichtselektionsgradienten entlang der ersten Richtung.
    • • Einstrahlen eines HF-Refokussierungspulses während der zweite Schichtselektionsgradient geschaltet ist, um nur die Spins der Schicht zu refokussieren.
    • • Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten entlang der ersten Richtung. Das Schalten dieses ersten Phasenkodiergradienten kann auch als SEMAC-Codierung bezeichnet werden, so dass der erste Phasenkodiergradient insbesondere zur SEMAC-Codierung eingesetzt wird.
    • • Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung steht.
    • • Schalten eines Auslesegradienten entlang einer dritten Richtung, welche senkrecht auf der ersten und auf der zweiten Richtung steht.
    • • Auslesen der MR-Daten, während der Auslesegradient geschaltet wird, wobei die MR-Daten einer K-Raum-Zeile ausgelesen werden.
  • Dabei werden mehrere K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben HF-Refokussierungspuls ausgelesen, ohne dass ein weiterer HF-Puls (beispielsweise ein weiterer HF-Anregungspuls oder ein weiterer Refokussierungspuls) eingestrahlt werden. Mit anderen Worten werden die entsprechenden Schritte zum Auslesen einer Schicht (d. h. Schalten eines der Phasenkodiergradienten, Auslesen der MR-Daten) für denselben Refokussierungspuls mehrfach durchgeführt.
  • Indem vorteilhafterweise pro Refokussierungspuls mehrere K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, kann die Messzeit reduziert werden. Beispielsweise kann für den Fall, dass pro Refokussierungspuls vier Echos ausgewertet bzw. K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, die Messzeit insgesamt um mehr als ein Drittel verkürzt werden.
  • Erfindungsgemäß wird demnach die Messzeit durch das Ausnutzen von Multi-Gradienten-Echos bei einer Spin-Echo-Sequenz reduziert, was eine Ähnlichkeit mit TGSE (Turbo Gradienten Spin Echo) aufweist. Nach demselben Refokussierungspuls werden also mehrere Gradienten-Echos ausgelesen.
  • Zum Auslesen der mehreren K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls existieren mehrere Varianten. Gemäß einer ersten Variante werden zum jeweiligen Auslesen einer dieser K-Raum-Zeilen folgende Schritte durchgeführt:
    • • Der erste Phasenkodiergradient wird entlang der ersten Richtung (d. h. der Schichtselektionsrichtung) geschaltet.
    • • Der Auslesegradient wird entlang der dritten Richtung geschaltet.
    • • Die MR-Daten werden erfasst, während der Auslesegradient geschaltet ist.
  • Bei dieser ersten Variante wird der zweite Phasenkodiergradient beim Auslesen der mehreren K-Raum-Zeilen für denselben Refokussierungspuls nicht verändert.
  • Gemäß einer zweiten Variante werden zum jeweiligen Auslesen einer dieser K-Raum-Zeilen folgende Schritte durchgeführt:
    • • Der zweite Phasenkodiergradient wird entlang der zweiten Richtung geschaltet.
    • • Der Auslesegradient wird entlang der dritten Richtung geschaltet.
    • • Die MR-Daten werden erfasst, während der Auslesegradient geschaltet ist.
  • Bei dieser zweiten Variante wird der erste Phasenkodiergradient beim Auslesen der mehreren K-Raum-Zeilen für denselben Refokussierungspuls nicht verändert.
  • Erfindungsgemäß können für jeweils denselben HF-Anregungspuls mehrere Refokussierungspulse eingestrahlt werden und für jeden dieser Refokussierungspulse mehrere K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, ohne dass dazu ein weiterer HF-Anregungspuls eingestrahlt wird.
  • Während beim Einstrahlen des HF-Anregungspulses quasi die Wirkung der vorher geschalteten Phasenkodiergradienten ausgelöscht wird, ist dies beim Einstrahlen eines Refokussierungspulses nicht der Fall. Daher muss beim Einstrahlen eines derjenigen Refokussierungspulse, welcher nicht dem zeitlich ersten Refokussierungspuls nach dem zugehörigen HF-Anregungspuls entspricht, die Wirkung (d. h. das Gradientenmoment) der bisherigen Gradienten berücksichtigt werden. Um diese Wirkung der bisher geschalteten Gradienten zu berücksichtigen, existieren erfindungsgemäß zwei Varianten.
  • Gemäß der ersten Variante wird nach dem Auslesen der K-Raum-Zeilen für einen bestimmten der Refokussierungspulse und vor dem Einstrahlen eines weiteren der Refokussierungspulse, welcher dem bestimmten Refokussierungspuls zeitlich direkt nachfolgt, ein dritter Phasenkodiergradient entlang der ersten Richtung geschaltet. Mit diesem dritten Phasenkodiergradienten wird die Wirkung der Gradienten entlang der ersten Richtung aufgehoben, welche seit dem bestimmten Refokussierungspuls geschaltet wurden. In ähnlicher Weise wird vor dem Einstrahlen des weiteren Refokussierungspulses ein vierter Phasenkodiergradient entlang der zweiten Richtung geschaltet. Mit diesem vierten Phasenkodiergradienten wird die Wirkung der Gradienten aufgehoben, welche seit dem bestimmten Refokussierungspuls geschaltet wurden.
  • Mit dem dritten bzw. vierten Phasenkodiergradienten wird jeweils ein Gradientenmoment erzeugt, welches vom Betrag her einem weiteren Gradientenmoment entspricht, welches diejenigen Gradienten erzeugt haben (oder derjenige Gradient erzeugt hat, falls nur ein Gradient geschaltet wurde), welche entlang der ersten bzw. zweiten Richtung seit dem bestimmten Refokussierungspuls geschaltet wurden. Indem das von dem dritten bzw. vierten Phasenkodiergradienten erzeugte Gradientenmoment ein anderes Vorzeichen als das weitere Gradientenmoment aufweist, wird quasi die Wirkung des weiteren Gradientenmoments rückgängig gemacht oder aufgehoben.
  • Gemäß der zweiten Variante wird nach dem Auslesen der K-Raum-Zeilen für einen bestimmten der Refokussierungspulse und nach dem Einstrahlen eines weiteren der Refokussierungspulse, welcher dem bestimmten Refokussierungspuls zeitlich direkt nachfolgt, bei dem Schalten des ersten Phasenkodiergradienten, welcher zeitlich direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls geschaltet wird, die Wirkung der Gradienten entlang der ersten Richtung berücksichtigt, welche zwischen dem zeitlich letzten HF-Anregungspuls und dem weiteren Refokussierungspuls geschaltet wurden. In ähnlicher Weise wird bei der zweiten Variante bei dem Schalten des zweiten Phasenkodiergradienten, welcher direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls geschaltet wird, die Wirkung der Gradienten entlang der zweiten Richtung berücksichtigt, welche zwischen dem letzten HF-Anregungspuls und dem weiteren Refokussierungspuls geschaltet wurden.
  • Bei der ersten Variante wird das weitere Gradientenmoment, welches diejenigen Gradienten erzeugt haben, welche entlang der ersten bzw. zweiten Richtung zeitlich zwischen dem bestimmten Refokussierungspuls und dem weiteren Refokussierungspuls geschaltet wurden, durch das von dem dritten bzw. vierten Phasenkodiergradienten erzeugte Gradientenmoment quasi rückgängig gemacht oder aufgehoben. Dadurch muss der zeitlich direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls geschaltete erste bzw. zweite Phasenkodiergradient keinerlei Gradientenmomente (d. h. keine Wirkung von vorherigen Gradienten) berücksichtigen. Im Gegensatz dazu muss der zeitlich direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls geschaltete erste bzw. zweite Phasenkodiergradient bei der zweiten Variante das (nicht rückgängig gemachte) Gradientenmoment, welches von den zeitlich vorher seit dem letzten HF-Anregungspuls geschalteten Gradienten erzeugt wurde, berücksichtigen, um die von dem ersten bzw. zweiten Phasenkodiergradienten angestrebte Wirkung (d. h. das resultierende Soll-Gradientenmoment) zu erzeugen.
  • Angenommen, die seit dem Einstrahlen des letzten HF-Anregungspulses geschalteten Gradienten entlang der ersten (zweiten) Richtung haben zum Zeitpunkt des Einstrahlens des weiteren Refokussierungspulses insgesamt das weitere Gradientenmoment Gmalt erzeugt. Weiter angenommen, der zeitlich direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls zu schaltende erste (zweite) Phasenkodiergradient soll dafür sorgen, dass nach seinem Schalten ein Gradientenmoment Gmsoll vorhanden ist. Dann muss der erste (zweite) Phasenkodiergradient ein Gradientenmoment GMneu erzeugen, welches durch folgende Gleichung (1) zu berechnen ist. Gmneu = Gmsoll – Gmalt (1)
  • Mit anderen Worten muss der erste (zweite) Phasenkodiergradient, welcher direkt nach dem Refokussierungspuls geschaltet wird, ein Gradientenmoment Gmneu erzeugen, welches die Wirkung des bestehenden Gradientenmoments Gmalt aufhebt und zusätzlich das resultierende (angestrebte) Gradientenmoment Gmsoll erzeugt.
  • Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird während des Auslesens der MR-Daten ein weiterer Gradient zur VAT-Kompensation (VAT: „View Angle Tilting”) entlang der ersten Richtung geschaltet.
  • Auch die von diesen weiteren Gradienten erzeugten Gradientenmomente müssen beim Schalten des ersten (oder dritten) Phasenkodiergradienten gemäß der vorab beschriebenen Varianten berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird nach dem Erfassen der MR-Daten einer bestimmten K-Raum-Zeile und vor dem Erfassen einer weiteren K-Raum-Zeile, deren MR-Daten zeitlich direkt nach den MR-Daten der bestimmten K-Raum-Zeile erfasst werden, ein weiterer Gradient entlang der dritten Richtung geschaltet, um die Wirkung (das Gradientenmoment) des Auslesegradienten, mit welchem die MR-Daten der bestimmten K-Raum-Zeile erfasst wurden, aufzuheben.
  • Durch das Schalten des weiteren Gradienten entlang der dritten Richtung kann eine so genannte monopolare Variante beim Auslesen der K-Raum-Zeilen realisiert werden. Bei dieser monopolaren Variante werden die K-Raum-Zeilen immer in derselben Richtung oder immer mit einem auch vom Betrag her gleichen Auslesegradienten ausgelesen. Im Unterschied zur monopolaren Variante existiert erfindungsgemäß auch die bipolare Variante, bei welcher zwei zeitlich aufeinanderfolgende K-Raum-Zeilen in nur vom Betrag her unterschiedlichen (d. h. antiparallelen) K-Raum-Richtungen ausgelesen werden. Die Erfinder haben dabei erkannt, dass die monopolare Variante gewisse Vorteile bezüglich der VAT-Kompensation aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl auf einem Gradienten-Echo-Verfahren als auch auf einem Spin-Echo-Verfahren basieren, wobei ein Spin-Echo-Verfahren bevorzugt wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antennen und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der HF-Antenne(n), zum Empfang der Messsignale, welche von der/den HF-Antenne(n) aufgenommen werden, und zur Auswertung der Messsignale sowie zur Erstellung der MR-Daten. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage mit Hilfe des Gradientenfeldsystems einen ersten Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung, welche senkrecht auf der Schicht steht, schaltet und dass die Magnetresonanzanlage mit der einen oder den mehreren HF-Antennen einen HF-Anregungspuls zum selektiven Anregen der Schicht einstrahlt. Die Magnetresonanzanlage ist weiter ausgestaltet, um mit dem Gradientenfeldsystem einen zweiten Schichtselektionsgradienten entlang der ersten Richtung zu schalten und um mit der mindestens einen HF-Antenne einen Refokussierungspuls einzustrahlen während der zweite Schichtselektionsgradient geschaltet wird. Darüber hinaus schaltet die Magnetresonanzanlage mit dem Gradientenfeldsystem einen ersten Phasenkodiergradienten entlang der ersten Richtung und einen zweiten Phasenkodiergradienten entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung steht. Schließlich schaltet die Magnetresonanzanlage mit dem Gradientenfeldsystem einen Auslesegradienten entlang einer dritten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung und der zweiten Richtung steht, um mit der oder den HF-Antennen MR-Daten zu erfassen, während der Auslesegradient geschaltet ist. Dabei ist die Magnetresonanzanlage ausgestaltet, um mehrere K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls auszulesen, ohne dass die Magnetresonanzanlage dazu einen weiteren HF-Puls einstrahlt.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail beschrieben worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
  • Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuereinrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
  • Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
  • Die vorliegende Erfindung weist neben einer im Vergleich zum Stand der Technik reduzierten Messzeit den Vorteil einer reduzierten SAR-Belastung („Specific Absorption Rate”) auf, da deutlich weniger Refokussierungspulse benötigt werden. Gerade bei sehr SAR-lastigen SEMAC-Aufnahmen ist dies ein großer Vorteil.
  • Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Erfassen von MR-Daten innerhalb eines Volumenabschnitts geeignet, in welchem oder in dessen Nähe sich ein metallisches Implantat befindet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da generell bei Magnetfeld-Inhomogenitäten eingesetzt werden kann.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
  • 1 stellt eine Magnetresonanzanlage dar.
  • In 2 ist das Erfassen eines K-Raums gemäß dem SEMAC-Verfahren dargestellt.
  • In 3 ist eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Sequenz dargestellt, welche auf einer Spin-Echo-Sequenz basiert.
  • 4 ist eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Sequenz dargestellt, welche auf einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz basiert.
  • Mit 5 ist schematisch dargestellt, wie der K-Raum erfindungsgemäß abgetastet wird.
  • In 6 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Volumenabschnitt eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist für ein typischerweise kugelförmiges Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet werden, wobei diese Homogenität durch metallische Gegenstände gestört werden kann. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
  • In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenfeldsystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten Gx in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten Gy in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten Gz in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
  • Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22, welches Teil einer Steuereinrichtung 10 der Magnetresonanzanlage 5 ist, umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Mittenfrequenz entspricht.
  • Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspulen) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert, im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und über den Ausgang 11 ausgegeben. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild bzw. ein dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des K-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
  • In 2 ist das Abtasten des K-Raums gemäß dem SEMAC-Verfahren dargestellt.
  • Das Ziel ist, möglichst alle Spins zu erfassen, welche durch eine selektive Anregung der Schicht a angeregt werden. Aufgrund von Magnetfeld-Inhomogenitäten liegen die durch die selektive Anregung angeregten Spins in einem Volumenabschnitt, welcher gegenüber der Schicht a zumindest teilweise verzerrt und verschoben ist. Aus diesem Grund werden gemäß dem SEMAC-Verfahren im K-Raum auch Schichten in Richtung Kz benachbart zu der Schicht a abgetastet bzw. bezüglich des Ortes aufgelöst, wie es in 2 dargestellt ist.
  • Jede dargestellte Schicht in 2 entspricht einem bestimmten Phasenkodierschritt in Schichtselektionsrichtung Kz, d. h. einem bestimmten Gradientenmoment bezüglich eines ersten Phasenkodiergradienten, welcher in Kz-Richtung wirkt. Um die MR-Daten einer Schicht zu erfassen, ist eine bestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten entlang einer zweiten Richtung Ky notwendig. Für jeden dieser Phasenkodierschritte wird eine K-Raum-Zeile in einer dritten Richtung Kx ausgelesen. Dabei stehen die erste Richtung Kz, d. h. die Schichtselektionsrichtung, die zweite Richtung Ky und die dritte Richtung Kz wechselseitig aufeinander senkrecht.
  • In 3 ist eine erfindungsgemäße Spin-Echo-Sequenz zum Abtasten des K-Raums dargestellt. Die Schicht a wird mittels eines HF-Anregungspulses 25 angeregt, während ein Schichtselektionsgradient 27 in Schichtselektionsrichtung Kz geschaltet ist. Anschließend wird ein Refokussierungspuls 26 geschaltet, während ein weiterer Schichtselektionsgradient 34 in Schichtselektionsrichtung Kz geschaltet ist, so dass nur die Spins in der Schicht a refokussiert werden. Danach erfolgt mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 in Schichtselektionsrichtung und dem zweiten Phasenkodiergradient 29 entlang einer zweiten Richtung Ky senkrecht zur Schichtselektionsrichtung Kz eine Phasenkodierung. Durch das Schalten des Gradienten 41 in einer dritten Richtung Kx senkrecht zur Schichtselektionsrichtung Kz und zweiten Richtung Ky kann das Auslesen der K-Raum-Zeile bei geschaltetem Auslesegradienten 30 entlang der dritten Richtung Kx am Beginn der K-Raum-Zeile starten. Der während des Auslesens der MR-Daten geschaltete Gradient 33 dient der VAT-Kompensation, wie es in der oben erwähnten SEMAC-Druckschrift beschrieben ist. Das Spinecho 24 tritt in der Mitte des Auslesens auf.
  • Nach dem Auslesen der ersten K-Raum-Zeile wird durch das erneute Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28' im K-Raum zur zeitlich nächsten K-Raum-Zeile navigiert, welche anschließend bei geschaltetem Auslesegradienten 30' ausgelesen wird. In ähnlicher Weise wird durch ein weiteres Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28'' zur zeitlich nächsten K-Raum-Zeile navigiert, welche dann bei wiederum geschaltetem Auslesegradienten 30'' ausgelesen wird. Das Auslesen weiterer K-Raum-Zeilen wird in der beschriebenen Weise fortgesetzt, bis das Auslesen der MR-Daten mit einem Einstrahlen eines weiteren HF-Anregungspulses 25 weitergeführt wird, an welchen sich dann ein weiterer Refokussierungspuls 26 anschließt usw.
  • In 4 ist eine Variante der in 3 dargestellten Spin-Echo-Sequenz dargestellt, bei welcher ausgehend von einem HF-Anregungspuls 25 mehrere Refokussierungspulse 26, 26' eingestrahlt werden. Kurz vor dem Einstrahlen des zweiten Refokussierungspulses 26' ausgehend von demselben HF-Anregungspuls 25 wird entlang der ersten Richtung Kz ein dritter Phasenkodiergradient 31 geschaltet. Das von diesem dritten Phasenkodiergradienten 31 erzeugte Gradientenmoment entspricht vom Betrag her der Summe derjenigen Gradientenmomente, welche von den Gradienten 28, 28', 28'', 33 entlang der ersten Richtung Kz seit dem Einstrahlen des ersten Refokussierungspuls 26 erzeugt wurden. Da das Vorzeichen des von dem dritten Phasenkodiergradienten 31 erzeugten Gradientenmoments genau dem negierten Vorzeichen der Summe der Gradientenmomente entspricht, hebt das von dem dritten Phasenkodiergradienten 31 erzeugte Gradientenmoment quasi die Wirkung der Summe der Gradientenmomente auf, so dass die Phasenkodierung entlang der ersten Richtung Kz der Phasenkodierung nach dem Einstrahlen des ersten Refokussierungspulses 26 bzw. der Phasenkodierung nach dem Einstrahlend des HF-Anregungspulses entspricht (d. h. es liegt keine Phasenkodierung vor).
  • In ähnlicher Weise wird mit dem vierten Phasenkodiergradienten 32 entlang der zweiten Richtung Ky ein Gradientenmoment erzeugt, welches vom Betrag her dem von dem zweiten Phasenkodiergradienten 29 erzeugten Gradientenmoment entspricht, aber ein dazu negiertes Vorzeichen aufweist. Daher kompensiert der vierte Phasenkodiergradient 32 die Auswirkungen des zweiten Phasenkodiergradienten 29. Schließlich entspricht das von dem weiteren Gradienten 42 längs der dritten Richtung Kx erzeugte Gradientenmoment vom Betrag her der Summe der Gradientenmomente, welche von den Gradienten 41, 30, 30', 30'' längs der dritten Richtung seit dem Einstrahlen des ersten Refokussierungspuls 26 erzeugt wurden, weist aber ein dazu negiertes Vorzeichen auf. Mit anderen Worten sorgt der weitere Gradient 42 dafür, dass zu Beginn des Einstrahlens des zweiten Refokussierungspulses 26' (und auch nach dem Einstrahlen des zweiten Refokussierungspulses 26') keine Phasenkodierung längs der dritten Richtung existiert.
  • Vom Prinzip her werden nach dem zweiten Refokussierungspuls 26' dieselben Gradienten geschaltet wie nach dem ersten Refokussierungspuls 26, um weitere K-Raum-Zeilen gemäß des SEMAC-Verfahrens zu erfassen.
  • Es sei angemerkt, dass Gradienten, welche zeitlich direkt hintereinander in derselben Richtung wirken, auch zu einem Gradienten zusammengefasst werden können. Die getrennte Darstellung in 3 und 4 dient nur dem besseren Verständnis.
  • In 5 ist schematisch dargestellt, wie mit Hilfe der in den 3 und 4 dargestellten Sequenzen im K-Raum navigiert wird. Durch das Schalten des Gradienten 41 und des ersten Phasenkodiergradienten 28 wird zum Beginn der zeitlich zuerst zu erfassenden K-Raum-Zeile navigiert. Diese K-Raum-Zeile wird anschließend bei geschaltetem Auslesegradienten 30 ausgelesen. Anschließend wird durch ein weiteres Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28' zur nächsten K-Raum-Zeile navigiert, welche diesmal in einer zur Ausleserichtung der ersten K-Raum-Zeile antiparallelen Richtung bei geschaltetem Auslesegradienten 30' ausgelesen wird. In nunmehr bekannter Weise wird durch ein weiteres Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28'' zum Beginn der nächstfolgenden bzw. dritten K-Raum-Zeile navigiert, welche dann in der selben Ausleserichtung wie die erste K-Raum-Zeile bei geschaltetem Auslesegradienten 30'' ausgelesen wird.
  • Mit dem zweiten Phasenkodiergradienten 29, welcher vor dem Erfassen der zeitlich ersten K-Raum-Zeile und zeitgleich mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 und dem Gradienten 41 geschaltet wird, wird quasi bestimmt, in welcher x, z-Ebene senkrecht zu der zweiten Richtung Ky die in 5 dargestellten K-Raum-Zeilen erfasst werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass es durch ein entsprechendes Variieren des ersten Phasenkodiergradienten 28 auch möglich ist, die abgebildeten K-Raum-Zeilen in einer anderen Reihenfolge oder überhaupt andere K-Raum-Zeilen zu erfassen.
  • In 6 ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussplans dargestellt.
  • Im ersten Schritt S1 wird eine Schicht des vorbestimmten Volumenabschnitts selektiv angeregt, indem bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten 27 der HF-Anregungspuls 25 eingestrahlt wird. Anschließend wird im zweiten Schritt S2 ein Refokussierungspuls 26 eingestrahlt, während ein weiterer Schichtselektionsgradient 34 entlang der ersten Richtung, d. h. der Schichtselektionsrichtung Kz, geschaltet ist. Es folgt im Schritt S3 das Schalten des zweiten Phasenkodiergradienten 29, welchem sich im Schritt S4 ein Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28 entlang der ersten Richtung Kz anschließt, bevor im Schritt S5 die MR-Daten bei geschaltetem Auslesegradienten 30 entlang der dritten Richtung Kx ausgelesen werden. Die Schritte S4 und S5 können mehrfach wiederholt werden, um ausgehend von demselben Refokussierungspuls 26 mehrere K-Raum-Zeilen auszulesen.
  • Nach dem Auslesen mehrerer K-Raum-Zeilen wird im Schritt S6 der dritte Phasenkodiergradient 31 in der ersten Richtung Kz und der vierte Phasenkodiergradient 32 in der zweiten Richtung Ky geschaltet, um die Wirkung der seit dem letzten Refokussierungspuls 26 geschalteten Gradienten 28, 28', 28'', 33 bzw. 29 in der ersten Richtung Kz bzw. in der zweiten Richtung Ky aufzuheben. Anschließend springt das Verfahren wieder zum zweiten Schritt S2 zurück, um den nächsten Refokussierungspuls 26' einzustrahlen und weitere K-Raum-Zeilen zu erfassen.
  • Wenn noch nicht alle geplanten K-Raum-Zeilen erfasst worden sind, kann erfindungsgemäß auch zu dem ersten Schritt S1 zurückgesprungen werden, um einen weiteren schichtselektiven HF-Anregungspuls 25 einzustrahlen. Sobald alle geplanten K-Raum-Zeilen ausgelesen worden sind, werden im Schritt S8 abhängig von den erfassten MR-Daten ein oder mehrere MR-Bilder rekonstruiert.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schalten eines ersten Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (Kz), welche senkrecht auf der Schicht steht, Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25) zum selektiven Anregen der Schicht, Schalten eines zweiten Schichtselektionsgradienten (34) entlang der ersten Richtung (Kz), Einstrahlen eines Refokussierungspulses (26), Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (28; 28'; 28'') entlang der ersten Richtung (Kz), Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (Ky), wobei die zweite Richtung (Ky) senkrecht auf der ersten Richtung (Kx) steht, Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (Kx), welche senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) und der zweiten Richtung (Ky) steht, und Erfassen der MR-Daten, während der Auslesegradient (30) geschaltet wird, wobei mehrere K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls (26) ausgelesen werden, ohne dass ein weiterer HF-Puls eingestrahlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls (26) ausgelesen werden, indem pro Auslesen einer K-Raum-Zeile folgende Schritte durchgeführt werden: • Schalten des ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (Kz), • Schalten des Auslesegradienten (30) entlang der dritten Richtung (Kx), und • Erfassen der MR-Daten, während der Auslesegradient (30) geschaltet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls (26) ausgelesen werden, indem pro Auslesen einer K-Raum-Zeile folgende Schritte durchgeführt werden: • Schalten des zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang der zweiten Richtung (Ky), • Schalten des Auslesegradienten (30) entlang der dritten Richtung (Kx), und • Erfassen der MR-Daten, während der Auslesegradient (30) geschaltet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro HF-Anregungspuls (25) mehrere Refokussierungspulse (26) eingestrahlt werden und für jeden Refokussierungspuls (26) mehrere K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, ohne weitere HF-Pulse einzustrahlen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auslesen der K-Raum-Zeilen für einen bestimmten der Refokussierungspulse (26) und vor dem Einstrahlen eines weiteren der Refokussierungspulse (26'), welcher dem bestimmten Refokussierungspuls (26) zeitlich direkt nachfolgt, ein dritter Phasenkodiergradient (31) entlang der ersten Richtung (Kz) geschaltet wird, um die Wirkung der Gradienten (28) entlang der ersten Richtung (Kz) aufzuheben, welche seit dem bestimmten Refokussierungspuls (26) geschaltet wurden, und dass ein vierter Phasenkodiergradient (32) entlang der zweiten Richtung (Ky) geschaltet wird, um die Wirkung der Gradienten (29) entlang der zweiten Richtung (Ky) aufzuheben, welche seit dem bestimmten Refokussierungspuls (26) geschaltet wurden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auslesen der K-Raum-Zeilen für einen bestimmten der Refokussierungspulse (26) und nach dem Einstrahlen eines weiteren der Refokussierungspulse (26'), welcher dem bestimmten Refokussierungspuls (26) zeitlich direkt nachfolgt, bei dem Schalten des ersten Phasenkodiergradienten (28), welcher direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls (26') geschaltet wird, die Wirkung aller Gradienten (28) entlang der ersten Richtung (Kz) berücksichtigt wird, welche seit dem HF-Anregungspuls (25) geschaltet wurden, und bei dem Schalten des zweiten Phasenkodiergradienten (29), welcher direkt nach dem weiteren Refokussierungspuls (26') geschaltet wird, die Wirkung aller Gradienten (29) entlang der zweiten Richtung (Ky) berücksichtigt wird, welche seit dem HF-Anregungspuls (25) geschaltet wurden.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Auslesens der MR-Daten ein weiterer Gradient (33) zur VAT-Kompensation entlang der ersten Richtung (Kz) geschaltet wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile und vor dem Erfassen einer direkt folgenden K-Raum-Zeile ein weiterer Gradient (41) entlang der dritten Richtung (Kx) geschaltet wird, um die Wirkung des Auslesegradienten (30) aufzuheben.
  9. Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang von von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen ersten Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (Kz) zu schalten, welche senkrecht auf der Schicht steht, um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) einen HF-Anregungspuls (25) zum selektiven Anregung der Schicht einzustrahlen, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen zweiten Schichtselektionsgradienten (34) entlang der ersten Richtung (Kz) zu schalten, um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) einen Refokussierungspuls (26) einzustrahlen, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen ersten Phasenkodiergradienten (28; 28'; 28') entlang der ersten Richtung (Kz) zu schalten, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (Ky) zu schalten, wobei die zweite Richtung (Ky) senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) steht, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (Kx) zu schalten, welche senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) und der zweiten Richtung (Ky) steht, und um während der Auslesegradient (30) geschaltet wird, die MR-Daten zu erfassen, wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um mehrere K-Raum-Zeilen ausgehend von demselben Refokussierungspuls (26) auszulesen, ohne dass die Magnetresonanzanlage (5) einen weiteren HF-Puls einstrahlt.
  10. Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–8 ausgestaltet ist.
  11. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
  12. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.
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