DE102014206929A1

DE102014206929A1 - Unterdrückung unerwünschter Kohärenzpfade in der MR-Bildgebung

Info

Publication number: DE102014206929A1
Application number: DE102014206929.7A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Feiweier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2034-04-11
Also published as: DE102014206929B4; US9952302B2; US20150293202A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von MR-Signalen mit einer Bildaufnahmesequenz, mit der Präparationsgradienten zur Präparierung der MR-Signale vor der Signalauslese geschalten werden und Auslesegradienten. Um im Ausleseabschnitt überwiegend die MR-Signalanteile mit einem erwünschten Signalkohärenzpfad aufzunehmen, werden die Signalanteile mit einem unerwünschten Signalkohärenzpfad durch Dephasierungsgradienten unterdrückt. Die Dephasierungsgradienten werden unabhängig von den Zeitspannen, in denen die Präparationsgradienten geschaltet werden, und nur in Abhängigkeit von der effektiven Größe der Gradientenmomente der Präparationsgradienten bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von MR-Signalen mit einer Bildaufnahmesequenz, wobei unerwünschte Signalkohärenzpfade unterdrückt werden. Die Erfindung betrifft ebenso eine hierfür ausgebildete Magnetresonanzanlage.
Die MR-Bildgebung hat sich in den letzten Jahrzehnten als wichtiges Diagnoseverfahren etabliert. Für die Erstellung von MR-Bildern kommen dabei eine Vielzahl unterschiedlicher Abfolgen von HF- und Gradienten-Pulsen zum Einsatz, um den jeweils gewünschten Bildkontrast zu generieren. Eine spezielle Abfolge stellt hierbei das doppelt refokussierte Spinecho, oder auch Doppelspinecho genannt, dar, das einen HF-Anregungspuls und zwei HF-Refokussierungspulse aufweist. Nach jedem HF-Puls werden Gradienten geschaltet, deren Momente relevant sind, beispielsweise für die Kontrastgenerierung oder Präparierung oder für die Ortskodierung.
Verwendet werden beispielsweise doppelt refokussierte Spinechos für die Diffusionsbildgebung mit Unterdrückung residueller Wirbelstromfelder. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die räumliche Lokalisierung dar, wenn bei jedem HF-Puls Schichtselektionsgradienten auf unterschiedliche Achsen geschaltet werden. Damit können in ein, zwei oder drei Dimensionen eingeschränkte Bildvolumina angeregt werden. Des Weiteren können doppelt refokussierte Spinechos bei Vorliegen inhomogener B1-Felder von Interesse sein, da adiabatische HF-Pulse quadratischer Phase zur Refokussierung eingesetzt werden können. Die Phasendispersion entlang der Schichtnormalen kann durch Verwendung von zwei passenden adiapatischen Pulsen einfach rückgängig gemacht werden. Eine weitere Möglichkeit für die Anwendung des doppelten Spinechos ist im Umfeld der spektroskopischen Bildgebung möglich (PRESS (Point RESolved Spectroscopy)).
Eine Herausforderung bei der Anwendung mehrerer HF-Pulse ist die Vielzahl von generierten Kohärenzpfaden. Aufgrund unvermeidbarer räumlicher Variationen des B1-Feldes können sich unterschiedliche Wirkungen eines HF-Pulses einstellen. So kann jeder applizierte HF-Puls in Form einer Anregung, Refokussierung, Speicherung oder Restaurierung auf Kohärenzen einwirken. Bei den HF-Pulsen findet man, neben der erwünschten Doppelspinechokohärenz, die folgenden potenziell interferenten Signalpfade: drei FID-Signale (full induction decay), drei Spinechos, ein stimuliertes Echo und ein antistimuliertes Echo.
Für doppelt refokussierte Echos für die Diffusionsbildgebung sind mehrere Verfahren zur Unterdrückung aller unerwünschten Kohärenzpfade bekannt, beispielsweise aus der US 2007/0167732 A1 , der DE 10 2011 005 084 B3 oder der DE 10 2009 019 895 A1 . Insbesondere bei der DE 10 2011 005 084 B3 beschränken sich diese Offenbarungen auf einen Spezialfall der Anwendung von Diffusionskodierungsgradienten und können nicht auf den verallgemeinerten Fall doppelt refokussierter Spinechos übertragen werden. Darüber hinaus wird lediglich der Fall betrachtet, dass während der gesamten Präparationsdauer Diffusionsgradienten appliziert werden. Varianten mit Pausen zwischen den Diffusionsgradienten, die für eine flexiblere Diffusionskodierung notwendig wären, sind nicht möglich.
Auch die bekannten Spoilerschemata für die spektroskopische Lokalisierung mittels doppelt refokussierter Spinechos lösen das Problem lediglich für einen Spezialfall mit festgelegten Gradientenmomenten auf den drei Achsen. Darüber hinaus werden einzelne Signalpfade lediglich entlang jeweils einer Koordinatenachse unterdrückt, was höhere Dephasierungsmomente pro Achse, einhergehend mit höheren Gradientenamplituden und/oder längeren Pulsdauern bedingt und zwingend eine Dephasierung auf allen Achsen erfordert.
Ein weiteres Verfahren zur Unterdrückung unerwünschter Kohärenzpfade stellt die Verwendung von Phasenzyklen dar. Hierbei wird eine Messung mehrfach mit unterschiedlichen HF-Pulsphasen wiederholt und die aufgenommenen Signale werden komplex addiert. Der gewünschte Signalpfad wird hierbei konstruktiv verstärkt, während sich die unerwünschten Kohärenzpfade destruktiv auslöschen. Ein derartiger Ansatz ist jedoch sehr empfindlich für zeitliche Variationen und Instabilitäten, beispielsweise beding durch Bewegung der Untersuchungsperson.
Es besteht daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, unerwünschte Signalkohärenzpfade zu minimieren, wobei mehr Flexibilität bzgl. der Schaltung von Präparationsgradienten, die zur Präparation des MR-Signals verwendet werden, erwünscht ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Aufnahme von MR-Signalen mit einer Bildaufnahmesequenz bereitgestellt, die einen Zeitabschnitt aufweist, in dem mehrere Präparationsgradienten zur Präparation eines MR-Signals vor der Signalauslese geschaltet werden und einen Ausleseabschnitt mit Auslesegradienten zum Auslesen der MR-Signale aufweist, wobei durch HF-Pulse der Bildaufnahmesequenz MR-Signalanteile mit einem erwünschten Signalkohärenzpfad und MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden erzeugt werden. Im Ausleseabschnitt werden überwiegend die Signalanteile mit erwünschten Signalkohärenzpfad aufgenommen. Gemäß einem Schritt des Verfahrens werden die MR-Signalanteile der unerwünschten Signalkohärenzpfade für die verwendete Bildaufnahmesequenz bestimmt und es werden Dephasierungsgradienten geschaltet um die Aufnahme der MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden zu verringern. Die Dephasierungsgradienten werden hierbei unter Berücksichtigung der verwendeten Präparationsgradienten und unter Berücksichtigung der unerwünschten Signalkohärenzpfade derart bestimmt, dass die MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden verringert werden, indem die Gradientenmomente der Dephasierungsgradienten derart bestimmt werden, dass das Dephasierungsgradientenmoment für jeden unerwünschten Signalkohärenzpfad größer als ein Schwellenwert ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung werden die Dephasierungsgradienten unabhängig von den Zeitspannen, in denen die Präparationsgradienten geschaltet werden, bestimmt, und die Berechnung erfolgt nur in Abhängigkeit von der effektiven Größe der Gradientenmomente der Präparationsgradienten.
Das oben genannte Verfahren hat den Vorteil, dass eine größere zeitliche Flexibilität bei der Schaltung der Präparationsgradienten möglich ist, sodass das Anwendungsgebiet nicht nur auf Diffusionsmessungen beschränkt ist. Weiterhin ist die Bestimmung unabhängig von den Zeitspannen, d.h. von der Länge der Zeitspannen, in denen die Präparationsgradienten geschaltet werden.
Die Präparationsgradienten können für Diffusionsmessungen verwendet werden. Beispielsweise können die Präparationsgradienten auch bei Spektroskopiebildgebungssequenzen wie Single-Voxel-Messungen oder bei CSI(Chemical Shift Imaging)-Messungen verwendet werden. Die von den Präparationsgradienten erzeugten effektiven Gradientenmomente können für die Diffusion, oder auch für andere Kodierungen, beispielsweise eine Ortsdecodierung, verwendet werden.
Wenn es sich bei dem Aufnahmemodul beispielsweise um eine EPI-Akquisition handelt, muss vor Start der EPI-Trajektorie jeweils ein Gradientenmoment in Auslese- und Phasenkodierungsrichtung angewendet werden. Mit diesem wird die „Startposition“ der Aufnahme an den gewünschten Ort im k-Raum geschoben. Diese Vordephasierungsgradienten können grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt – d.h. zwischen Anregung und erster Refokussierung oder zwischen den beiden Refokussierungen oder nach der zweiten Refokussierung – appliziert werden.
Ein weiteres Beispiel ist der Schichtselektionsgradient. Sowohl der Anregungspuls als auch die beiden Refokussierungspulse werden unter gleichzeitigem Anlegen von Schichtselektionsgradienten appliziert. Die zugehörigen Gradientenmomente sind den jeweiligen effektiven Momenten zuzuordnen. Beispielsweise wird das Schichtselektionsgradientenmoment vom Zentrum bis zum Ende des Anregungspulses dem effektiven Moment zwischen Anregung und erster Refokussierung zugeordnet usw.
Vorzugsweise ist die Bildaufnahmesequenz ein Doppelspinechosequenz mit einem HF-Anregungspuls und zwei HF-Refokussierungspulsen. Zwischen dem HF-Anregungspuls und dem ersten HF-Refokussierungspuls wird zumindest ein erster Präparationsgradient mit einem ersten effektiven Gradientenmoment geschaltet, wobei zwischen den beiden HF-Refokussierungspulsen zumindest ein zweiter Präparationsgradient mit einem zweiten effektiven Gradientenmoment geschaltet wird und nach dem zweiten HF-Puls noch ein dritter Präparationsgradient mit einem dritten effektiven Gradientenmoment geschaltet wird. Vorzugsweise werden die Dephasierungsgradienten nur in Abhängigkeit von der Größe von zwei der Gradientenmomente relativ zueinander bestimmt, d.h. in Abhängigkeit von der Größe des ersten Moments zur Größe des zweiten Moments oder des ersten Moments zum dritten Moment etc. Jedes der Momente kann auch die Größe Null haben wenn noch andere Präparationsgradienten mit weiteren effektiven Gradientenmomenten geschaltet werden. Dies bedeutet, dass die effektive Größe des ersten Gradientenmoments und die effektive Größe des zweiten Gradientenmoments die Kriterien zur Bestimmung der Dephasierungsgradienten sind. Die Zeit, die benötigt wird, um diese Präparationsgradienten zu schalten, spielt hierbei bei der Berechnung keine Rolle.
Ausgehend von dem ersten effektiven Gradientenmoment und dem zweiten effektiven Gradientenmoment sind nun mehrere Fallunterscheidungen möglich. Eine erste Bestimmung der Dephasierungsgradienten kann für einen Fall erfolgen, in dem das zweite effektive Gradientenmoment mehr als doppelt so groß ist wie das erste effektive Gradientenmoment. Eine andere Bestimmung des Dephasierungsgradienten ist möglich in dem Fall, in dem das zweite effektive Gradientenmoment kleiner als das Doppelte des ersten effektiven Gradientenmoments ist. Ein weiterer Fall betrifft den Fall, in dem das erste effektive Gradientenmoment größer als das zweite effektive Gradientenmoment ist. In einem weiteren Fall bei der Bestimmung des Dephasierungsgradienten ist die Hälfte des ersten effektiven Gradientenmoments, d.h. das halbe erste effektive Gradientenmoment, größer als das zweite effektive Gradientenmoment. Eine weitere Bestimmung ist möglich für den Fall, in dem das zweite effektive Gradientenmoment < 0 ist.
Dies gilt für den Spezialfall M0 ≥ 0. Der Fall M0 < 0 ergibt sich einfach durch einen Wechsel der Vorzeichen.
Allgemein müssen die einzelnen effektiven Gradientenmomente nicht durch einen einzigen Gradienten erzeugt werden, sondern es ist möglich, dass ein effektives Gradientenmoment eines Präparationsgradienten durch zwei oder mehr zeitlich voneinander getrennte Gradientenschaltungen erreicht wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Magnetresonanzanlage, die unter anderem eine Bildsequenzsteuerung aufweist, die wie oben erwähnt die Dephasierungsgradienten bestimmt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei zeigen:
1 schematisch eine MR-Anlage zur Aufnahme von MR-Signalen bei der eine Bildsequenzsteuerung ausgebildet ist, die Dephasierungsgradienten derart zu schalten, dass unerwünschte Signalkohärenzpfade unterdrückt werden,
2 schematisch einen Teilausschnitt eines Sequenzschemas zur Aufnahme eines diffusionsgewichteten MR-Signals mit der erfindungsgemäßen Schaltung von Dephasierungsgradienten,
3 einen weiteren Teilausschnitt eines anderen Sequenzschemas zur Aufnahme von MR-Signalen mit Dephasierungsgradienten gemäß der Erfindung, und
4 ein Flussdiagramm mit den hauptsächlichen Schritten zur Bestimmung der Dephasierungsgradienten bei der Signalaufname gemäß der Erfindung.
1 zeigt schematisch eine Magnetresonanzanlage 9, welche zur Aufnahme von Magnetresonanzsignalen ausgebildet ist. Eine derartige Magnetresonanzanlage weist einen Magneten 10 zur Erzeugung eines Polarisationsfeldes B0 auf. Ein Untersuchungsobjekt, hier eine Untersuchungsperson 11, wird in den Magneten gefahren, um in einem Untersuchungsbereich 12 MR-Signale der Untersuchungsperson 11 aufzunehmen. Die Untersuchungsperson 11 kann hierbei auf einem verfahrbaren Tisch 13 liegen. Die MR-Anlage weist weiterhin eine Gradientenvorrichtung 14 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten auf. Für die Anregung der sich im B0-Feld ergebenden Magnetisierung ist eine Hochfrequenzvorrichtung 15 vorgesehen, die in die untersuchte Person 11 ein HF-Feld einstrahlen kann, um die Magnetisierung aus der Gleichgewichtslage auszulenken. Die HF-Einheit kann beispielsweise einen 90°-Puls und zwei 180°-Refokussierungspulse mit Hilfe einer HF-Spule oder mehreren HF-Spulen erzeugen. Zur Steuerung der HF-Spulen ist eine HF-Steuerung 16 vorgesehen. Für die Steuerung der Magnetfeldgradienten ist eine Gradientensteuerung 17 vorgesehen. Eine Bildsequenzsteuerung 18 ist vorgesehen, die in Abhängigkeit von der gewählten Bildaufnahmesequenz die Abfolge der eingestrahlten HF-Pulse und Magnetfeldgradienten steuert und die somit auch die HF-Steuerung 16 und die Gradientensteuerung 17 steuert. Wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird, kann die Bildsequenzsteuerung 18 Dephasierungsgradienten derart bestimmen, dass unerwünschte Signalkohärenzpfade bei der Signalaufnahme vermindert bzw. unterdrückt werden. Auf einer Anzeigeeinheit 19 können MR-Bilder angezeigt werden, oder kann eine Bedienperson eine Messung planen, indem sie beispielsweise über eine Eingabeeinheit 20 das Bildgebungsvolumen auf der Anzeigeeinheit festlegt. In einer Speichereinheit 21 können beispielsweise vorgegebene Bildgebungssequenzen oder sonstige Programme, die zur Bedienung der MR-Anlage notwendig sind, abgespeichert werden. Eine zentrale Prozessoreinheit 22 kann die Magnetresonanzanlage steuern. Die allgemeine Funktionsweise einer Magnetresonanzanlage 9 ist dem Fachmann bekannt und wird hier nicht näher erläutert.
Weiterhin müssen die in 1 als verschiedene Einheiten dargestellten Einheiten nicht in der dargestellten Trennung von Einheiten verwirklicht werden. Die einzelnen Einheiten können auch kombiniert verwirklicht sein, durch Hardware, Software oder eine Kombination von Hard- und Software.
Die Bildsequenzsteuerung 18 ist nun derart ausgebildet, dass eine Bildaufnahmesequenz durchgeführt werden kann wie sie ausschnittsweise in 2 dargestellt ist. Die Berechnung der Dephasierungsgradienten kann hierbei in der Bildsequenzsteuerung 18 oder Prozessoreinheit 22 erfolgen.
In 2 ist der zeitliche Ablauf einer diffusionsgewichteten Bildaufnahmesequenz erläutert, wobei die Bildaufnahmesequenz einen Diffusionsabschnitt t_diff 23 aufweist, einen Auslesezeitabschnitt t_adc 24 und einen Präparationszeitabschnitt t_prep 25. Nach Einstrahlen eines 90°-Anregungspulses 26 erfolgt ein erster Refokussierungspuls 27 und ein zweiter Refokussierungspuls 28. Dies führt nach einem Echozeitpunkt TE nach Einstrahlen des 90°-Pulses zu einem Signalecho 29, dessen Maximum zu dem mit dem Pfeil dargestellten Zeitpunkt auftritt. Die Signalaufnahme startet eine Zeitspanne t_adc vor Erreichen des Signalmaximums. Wie aus der Schaltung der Auslesegradienten 30 zu erkennen ist, erfolgt die Signalauslese mit Hilfe der Echoplanartechnik. Die ebenfalls notwendigen Gradienten zur Schichtselektion und zur Phasenkodierung sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt und entsprechen denen bei einer derartigen Doppelspinechobildgebungssequenz verwendeten Gradientenschaltung. Die Signalauslese erfolgt über die Zeitspanne tadc hinaus, wobei die Aufnahme des k-Raums fortgesetzt wird bis die erforderliche Abdeckung des k-Raums mit Rohdaten erreicht wurde. Bei der Echoplanartechnik erstreckt sich die Signalauslese über die Zeitspanne t_adc hinaus, sodass während der Zeitspanne t_adc lediglich ein Teil des k-Raums oder Rohdatenraums mit Rohdaten gefüllt wird. Im Idealfall ist dies die erste Hälfte des Rohdatenraums, sodass das Spinecho gerade mit der Aufnahme des k-Raumzentrums zusammenfällt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Echoplanartechnik beschränkt.
In dem Diffusionsabschnitt 23 werden nun Präparations- oder Diffusionsgradienten geschaltet, beispielsweise der Gradient M_o’ 31, der ein effektives Gradientenmoment M0 erzeugt, der Gradient M₁’ 32, sowie der Gradient M₂’ 33, die zusammen ein effektives Gradientenmoment M1 erzeugen und ein Gradient M₃’ 37, der ein effektives Gradientenmoment M2 hat. Durch die eingestrahlten HF-Pulse 26, 27 und 28 treten neben den gewünschten Signalkohärenzpfad, der zu dem Signalecho 29 führt, auch unerwünschte Signalkohärenzpfade auf. Da ein 90°-Anregungspuls nicht alle angeregten Kernspins genau um 90° ausrichtet, bzw. ein 180°-Refokussierungspuls nicht alle Kernspins um 180° refokussiert, hat jeder HF-Puls eine Anregungskomponente und eine Refokussierungskomponente, die dann zu den unerwünschten Signalkohärenzpfaden führen. Diese zusätzlichen unerwünschten Signalkohärenzpfade werden durch Schalten von zusätzlichen Dephasierungsgradienten verringert. Diese zusätzlichen Dephasierungsgradienten werden paarweise um die jeweiligen 180°-Pulse geschaltet, d.h. die Dephasierungsgradienten 34a und 34b, die um den Refokussierungspuls 27 geschalten werden, und die Dephasierungsgradienten 35a und 35b, die um den zweiten Refokussierungspuls 28 geschalten werden. Diese zusätzlichen Dephasierungsgradienten bewirken, dass die MR-Signale der unerwünschten Signalkohärenzpfade dephasiert werden, sodass deren Einfluss bei der Signalaufnahme verringert werden können.
Durch das Schalten der zusätzlichen Dephasierungsgradienten sollen die Signalkohärenzpfade der stimulierten Echos, einfachen Spin-Echos und der FIDs unterdrückt werden. Das paarweise Schalten in kurzen zeitlichen Abständen minimiert den Einfluss der Dephasierungsgradienten auf die Diffusionskodierung. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine zeitliche Flexibilität der einzelnen Präparations- bzw. Diffussionsgradienten möglich. Der zeitliche Abstand zwischen dem Beginn des ersten Präparationsgradienten 31 und dem Ende des zweiten Präparationsgradienten beträgt δ, während der zeitliche Abstand vom Beginn des ersten Präparationsgradienten zum Beginn des dritten Δ beträgt. Zwischen dem Präparationsgradienten 32 und dem Präparationsgradient 33 liegt eine zeitlich variable Pause (Δ – δ). Beispielsweise kann es notwendig sein, zusätzliche Informationen über die Gewebemikrostruktur zu bestimmen. Hierfür ist es notwendig, dass die Diffusionskodierung bzw. -dekodierung und die zugehörigen Zeitspannen δ als auch ihre Trennung Δ unabhängig von anderen Bildgebungsparametern geändert werden können, beispielsweise unabhängig von der Echozeit TE. Dies bedeutet, dass Δ – δ nicht zeitlich festgelegt ist, sondern variiert werden kann.
Wie nachfolgend noch näher im Detail erläutert wird, ist für die Bestimmung der Dephasierungsgradienten 34a, 34b, 35a und 35b nicht von Bedeutung, wie lange die Zeitdauer der einzelnen Gradientenschaltungen 31, 32, 33 oder 37 ist.
In 3 ist der allgemeine Fall dargestellt, dass die jeweiligen effektiven Gradientenmomente M0, M1, M2 verwendet werden, die nicht unbedingt Diffusionsgradienten sein müssen. Weiterhin können die einzelnen Gradientenmomente durch eine beliebige Zahl von Gradientenpulsen auf einer gegebenen Achse erzeugt werden. In 3 erfolgt der Anregungspuls 40 sowie die zwei Refokussierungspulse 41 und 42. Weiterhin erfolgen die Präparationsgradienten 43, 44 und 45. Die Präparationsgradienten haben die Gradientenmomente M0, M1 und M2, wobei wie erwähnt die einzelnen Gradientenmomente M0, M1 oder M2 durch eine beliebige Anzahl von Gradientenpulsen in eine jeweilige Richtung erzeugt werden können. Das gewünschte Spinecho erfolgt wiederum nach einer Zeitspanne TE nach dem Anregungspuls 40 als Doppelspinechosignal 46. Für die Bestimmung der Dephasierungseffizienz müssen alle Kohärenzpfade relativ zu dem akkumlierten Gradientenmoment bestimmt werden. In Abhängigkeit von der impliziten Dephasierung, die durch die drei Gradientenmomente M0, M1 und M2 erzeugt wurde, kann ein zusätzliches explizites Dephasieren notwendig sein oder nicht. Ein Schwellenwert M_spoil, der ein minimales Dephasierungsmoment definiert, kann beispielsweise von der Voxelgröße oder den aktuellen Momenten der Bildgebungsgradienten abhängen. Wie schon in 2 gezeigt, können Dephasierungsgradientenpaare, so wie die Gradientenpaare 46a und 46b sowie 47a und 47b um die zwei Refokussierungspulse geschaltet werden. Jeder Dephasierungsgradient des ersten Paares hat ein Gradientenmoment M_A während jedes der zweiten Dephasierungsgradienten ein Gradientenmoment M_B hat, die notwendig sind, um die unerwünschten Signalkohärenzpfade zu unterdrücken. Für die Dephasierungsgradienten – ähnlich wie bei den Präparationsgradienten – ist lediglich das effektive Moment entscheidend. Durch die nachfolgend angegebenen Gleichungen 1a bis 1i ist angegeben, dass das gewünschte Dephasierungsgradientenmoment für das gewünschte Doppelspinecho Null sein soll, während es für die unerwünschten Signalkohärenzpfade größer sein soll als ein Schwellenwert, der Schwellenwert M_spoil. Beispielsweise kann ein Dephasierungsgradient aus mehreren Einzelgradientenpulsen zusammengesetzt sein. Auch müssen das Gradientenpaar M_A nicht aus identischen Gradientenpulsen bestehen – lediglich das Moment muss identisch sein. Die zeitliche Lage der Dephasierungsgradienten ist ebenfalls im Prinzip beliebig – von Bedeutung ist nur die Zuordnung vor, zwischen, nach den Refokussierungspulsen. Neben dem gewünschten Doppelspinecho beschrieben mit Gleichung 1i gibt es drei FID-Signale, drei Spinechosignale, ein stimuliertes Spinecho und ein antistimuliertes Spinecho mit den Gleichungen 1a–1h:
Wenn nun gemäß Gleichung 1i M₂ = M₁ – M₀ ist, führt dies direkt zu den folgenden Gleichungen:
Werden nun M_A und M_B = 0 gesetzt, können die Parameterbereiche identifiziert werden, in denen die implizite Dephasierung mit M₀, M₁ und M₂ ausreicht, um die ungewünschten Signalkohärenzpfade zu unterdrücken:
Diese Bedingungen werden gleichzeitig erfüllt, wenn gilt: M₀ ≥ 2M₁ + M_spoil und |M₁| ≥ M_spoil(M₀ > 0) (4a) oder M₀ ≤ 2M₁ – M_spoil und |M₁| ≥ M_spoil(M₀ < 0) (4b).
Bezug nehmend auf 2 und 3 und die Unterdrückung der ungewünschten Kohärenzpfade gilt, dass zwei Paare von Dephasierungsgradienten mit Gradientenmomenten M_A und M_B auch drei Dephasierungsgradienten mit Momenten M_I, M_II, M_III entsprechen können, die nach jedem HF-Puls angewandt werden mit M_I = M_A, M_II = M_A + M_B und M_III = M_B. M_II = M_A + M_B ist notwendig, um die zusätzlichen Dephasierungsmomente entlang des gewünschten Turbospinechokohärenzweges auszugleichen, da M_I – M_II + M_III = 0 gilt.
Für die Parametersätze, die keine der impliziten Dephasierungsbedingungen erfüllen, ist die explizite Dephasierung mit Hilfe des Dephasierungsgradienten unter der Verwendung von M_A, M_B ≠ 0 notwendig. Basierend auf den Ungleichungen 2 werden nachfolgend geeignete Dephasierungsgradientenkombinationen bestimmt. Aufgrund des linearen Auftretens von allen Gradientenmomenten in den Gleichungen ist es ausreichend, den Fall zu betrachten mit M₀ ≥ 0. Lösungen für den Fall M₀ < 0 erhält man, indem man die Polarität der Dephasierungsmomente M_A und M_B umkehrt.
Nachfolgend werden verschiedene Fälle unterschieden, wobei jeder Fall ein spezielles Dephasierungsschema bedeutet. Wie sich nachfolgend zeigen wird, hängen diese Fälle nur von der Relation der effektiven Gradientenmomente M₁ und M₀ ab. Die Länge der einzelnen Schaltungen der Dephasierungsgradienten, d.h. die Zeitspannen für die Schaltung von M₀, M₁ oder M₂ oder die Größe von M₃ selbst spielen keine Rolle. Fall 1: M₁ ≥ 2M₀ ≥ 0:
mit X_i ≥ 0 und Y_i ≤ 0. Dies führt zu einer ersten Speziallösung: M_A = M_spoil (6a) M_B = 2M_spoil (6b). Fall 2: 2M₀ > M₁ ≥ M₀:
Eine Speziallösung lautet: M_A = 2M_spoil (8a) M_B = M_spoil (8b). Fall 3: M₀ > M₁ ≥ M₀/2:
Eine Speziallösung lautet: M_A = 3M_spoil (10a) M_B = –M_spoil (10b). Fall 4: M₀/2 > M₁ ≥ 0:
Eine Speziallösung lautet: M_A = 3M_spoil (12a) M_B = –2M_spoil (12b). Fall 5: 0 > M₁:
Eine Speziallösung lautet: M_A = M_spoil (14a) M_B = –2M_spoil (14b).
Aus obigen Berechnungen kann gefolgert werden, dass die Speziallösungen 6, 8, 10, 12 und 14 für jede Art von Doppelspinechoexperiment gültig sind und nicht auf Diffusionsmessungen beschränkt sind. Weiterhin erfolgt keine Annahme über die zeitliche Abfolge der HF-Pulse. Drittens ist keine Annahme über die Zusammenhänge zwischen den bestehenden Gradientenmomenten notwendig, es zählt nur das Gradientenmoment, das die Kohärenz des Doppelspinechos refokussiert d.h. die Momente M₀ und M₁. Auch erfolgen keine Annahmen über die zeitliche Länge der Gradientenpulse. Oben wurde eine gültige Lösung mit endlichen Dephasierungsmomenten für alle möglichen Parameterkombinationen beschrieben. Diese beschriebenen Speziallösungen sind jedoch nicht notwendigerweise die besten Lösungen, was bedeutet, dass in Abhängigkeit von den verwendeten Protokoll-/Bildgebungsparamtern andere Lösungen existieren können, die eine geringere Anforderung an die Dephasierungsgradienten aufweisen.
Mit obigen Speziallösungen und unter der Annahme einer maximalen Gradientenamplitude G_spoil, die für die Dephasierungsgradienten möglich ist, kann eine obere Grenze für die benötigte Dephasierungszeitdauer t_A und t_B direkt bestimmt werden. t_A ≤ 3M_spoil/G_spoil t_B ≤ 2M_spoil/G_spoil.
Diese Information hilft dabei, die notwendige Zeit zu reservieren, die für die Anwendung der Dephasierungsgradienten notwendig ist, wenn der Sequenzablauf bei der Erstellung der Bildgebungssequenz berechnet wird. Die Dephasierungsgradienten müssen nicht notwendigerweise paarweise wie in 2 und 3 dargestellt eingestrahlt werden, es muss nur sicher gestellt werden, dass die benötigten zusätzlichen Dephasierungsmomente vor den Refokussierungspulsen, zwischen und nach den Refokussierungspulsen angewandt werden. Für die Diffusionskodierung minimieren die zwei Paare von Dephasierungsgradienten den ungewünschten Beitrag zur Diffusionswichtung (b-Wert-Anteil), sodass diese Implementierung eine mögliche Implementierung ist. Für andere Anwendungen kann es jedoch vorteilhaft sein, die Dephasierungsgradientendauer auf den maximal möglichen Wert zu strecken, um die Gradientenlast zu minimieren oder um einen einzelnen Dephasierungsgradientenpuls zwischen zwei Refokussierungspulsen zu verwenden.
In 4 werden die Schritte zur Bestimmung der Dephasierungsgradienten zusammengefasst. In einem ersten Schritt 51 wird die Bildgebungssequenz bestimmt, bei der die unerwünschten Signalkohärenzpfade unterdrückt werden sollen. Schritt 51 umfasst auch die Bestimmung der gewünschten Bildgebungsparameter wie beispielsweise die Echozeit etc. In Schritt 52 werden dann aus der gewählten Bildgebungssequenz die Abläufe der Präparationsgradienten bestimmt. Bezug nehmend auf 2 oder 3 bedeutet dies, dass die zeitliche Abfolge der Gradientenmomente M₀, M₁ und M₂ festgelegt wird. Anschließend werden in Schritt 53 der erwünschte Signalkohärenzpfad und die unerwünschten Signalkohärenzpfade bestimmt, wie sie sich aus Gleichung 1a–1i ergeben. Anschließend werden in Schritt 54 die Dephasierungsgradienten in Abhängigkeit von den Gradientenmomenten der Präparationsgradienten bestimmt wie es oben in den Gleichungen 2–16 beschrieben wurde. Wurden die Dephasierungsgradienten bestimmt, um die ungewünschten Signalkohärenzpfade zu unterdrücken, kann in Schritt 55 die Signalaufnahme erfolgen.
Das oben beschriebene Verfahren hat den Vorteil, dass unerwünschte Signalkohärenzpfade unterdrückt werden bei jedem doppelt refokussierten Spinechoexperiment mit beliebigen Gradientenmomenten vor, zwischen oder nach den beiden Refokussierungspulsen bei vollständigem Erhalt des gewünschten Kohärenzpfades. Sollte das implizit schon vorhandene Dephasierungsmoment aufgrund der Präparationsgradienten ausreichen, müssen keine zusätzlichen expliziten Dephasierungsgradienten geschaltet werden. Das obige Dephasierungsschema erlaubt die Unterdrückung aller unerwünschten Kohärenzpfade bereits bei Verwendung von Dephasierungsgradienten auf nur einer Gradientenachse. Wenn die entsprechenden Dephasierungsgradienten auf allen Achsen simultan angewendet werden, kann entweder die Dephasierungseffizienz erhöht werden oder die pro Achse notwendigen Dephasierungsmomente reduziert werden. Für die Festlegung eines optimierten Dephasierungsschemas genügt die Kenntnis der Amplituden und Vorzeichen der Gradientenmomente vor, zwischen oder nach den beiden Refokussierungspulsen.
Das maximal benötigte zusätzliche Dephasierungsmoment ist vordefiniert und hängt lediglich vom gewünschten Referenzdephasierungsmoment ab, d.h. von M_spoil. Die für die Dephasierungsgradienten notwendige Zeitdauer kann dann in der Sequenzabfolge vorab vollständig berücksichtigt werden. Je nach Anwendungsfall kann das zusätzlich benötigte Dephasierungsgradientenmoment beispielsweise durch Dephasierungsgradientenpaare oder durch beliebige andere Anordnungen von Gradientenpulsen erreicht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0167732 A1 [0005]
DE 102011005084 B3 [0005, 0005]
DE 102009019895 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Aufnahme von MR-Signalen mit einer Bildaufnahmesequenz, die einen Zeitabschnitt (28), in dem mehrere Präparationsgradienten zur Präparation der MR-Signale vor einer Signalauslese geschalten werden, und einen Ausleseabschnitt (27) mit Auslesegradienten (26) zum Auslesen der MR-Signale aufweist, wobei durch HF Pulse (22–24) der Bildaufnahmesequenz MR-Signalanteile mit einem erwünschten Signalkohärenzpfad und MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden erzeugt werden, wobei im Ausleseabschnitt (27) überwiegend die MR-Signalanteile mit erwünschten Signalkohärenzpfad aufgenommen werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bestimmen, der MR-Signalanteile der unerwünschten Signalkohärenzpfade für die verwendete Bildaufnahmesequenz – Schalten von Dephasierungsgradienten (33–36), um die Aufnahme von MR-Signalanteilen mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden zu verringern, wobei die Dephasierungsgradienten unter Berücksichtigung der verwendeten Präparationsgradienten (29–32) und unter Berücksichtigung der unerwünschten Signalkohärenzpfade derart bestimmt werden, dass die MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden verringert werden, indem die Gradientenmomente der Dephasierungsgradienten (33–36) derart bestimmt werden, dass das Dephasierungsgradientenmoment für jeden unerwünschten Signalkohärenzpfad größer als ein Schwellenwert ist, wobei die Dephasierungsgradienten unabhängig von den Zeitspannen, in denen die Präparationsgradienten geschaltet werden, und nur in Abhängigkeit von der effektiven Größe der Gradientenmomente der Präparationsgradienten bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmesequenz eine Doppel-Spin-Echo-Sequenz mit einem HF Anregungspuls und zwei HF-Refokussierungspulsen ist, wobei zwischen dem HF Anregungspuls und dem ersten HF-Refokussierungspuls zumindest ein erster Präparationsgradient mit einem ersten effektiven Gradientenmoment geschalten wird, und zwischen den beiden HF-Refokussierungspuls zumindest ein zweiter Präparationsgradient mit einem zweiten effektiven Gradientenmoment geschalten wird, wobei die Dephasierungsgradienten in Abhängigkeit von der Größe des ersten effektiven Gradientenmoments relativ zur Größe des zweiten effektiven Gradientenmoments bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmesequenz eine Doppel-Spin-Echo-Sequenz mit einem HF Anregungspuls und zwei HF-Refokussierungspulsen ist, wobei zwischen dem HF Anregungspuls und dem ersten HF-Refokussierungspuls zumindest ein erster Präparationsgradient mit einem ersten effektiven Gradientenmoment geschalten wird, und zwischen den beiden HF-Refokussierungspuls zumindest ein zweiter Präparationsgradient mit einem zweiten effektiven Gradientenmoment geschalten wird, wobei nach dem zweiten HF-Refokussierungspuls ein dritter Präparationsgradient mit einem dritten effektiven Gradientenmoment geschalten wird, wobei die Dephasierungsgradienten nur in Abhängigkeit von der Größe von zwei der drei effektiven Gradientenmomente relativ zueinander bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten für einen ersten Fall bestimmt werden, in dem das zweite effektive Gradientenmoment mehr als doppelt so groß ist wie das erste effektive Gradientenmoment.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten für einen zweiten Fall bestimmt werden, in dem das zweite effektive Gradientenmoment kleiner ist als das doppelte erste effektive Gradientenmoment.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten für einen dritten Fall bestimmt werden, in dem das erste effektive Gradientenmoment größer ist als das zweite effektive Gradientenmoment.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten für einen vierten Fall bestimmt werden, in dem eine Hälfte des ersten effektiven Gradientenmoments größer ist als das zweite effektive Gradientenmoment.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten für einen fünften Fall bestimmt werden, in dem das zweite effektive Gradientenmoment kleiner null ist
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gradientenmoment eines Präparationsgradienten durch zumindest 2 zeitlich voneinander getrennte Gradientenschaltungen erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dephasierungsgradienten nur in Abhängigkeit von der Größe des ersten effektiven Gradientenmoments relativ zur Größe des zweiten effektiven Gradientenmoments bestimmt werden.
Magnetresonanzanlage zur Aufnahme von MR-Signalen mit einer Bildaufnahmesequenz, die einen Zeitabschnitt, in dem mehrere Präparationsgradienten zur Präparation eines Signalkontrasts geschalten werden, und einen Ausleseabschnitt (24) mit Auslesegradienten (30) zum Auslesen der MR-Signale aufweist, wobei durch HF Pulse (26–28, 40–42) der Bildaufnahmesequenz MR-Signalanteile mit einem erwünschten Signalkohärenzpfad und MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden erzeugt werden, wobei im Ausleseabschnitt (24) überwiegend die MR-Signalanteile mit erwünschten Signalkohärenzpfad aufgenommen werden, wobei die Magnetresonanzanlage aufweist: – eine Bildsequenzsteuerung, die ausgebildet ist, die MR-Signalanteile der unerwünschten Signalkohärenzpfade für die verwendete Bildaufnahmesequenz zu bestimmen und die ausgebildet ist, Dephasierungsgradienten (33–36) zu schalten, um die Aufnahme von MR-Signalanteilen mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden zu verringern, wobei die Bildsequenzsteuerung die Dephasierungsgradienten unter Berücksichtigung der verwendeten Präparationsgradienten (29–32) und unter Berücksichtigung der unerwünschten Signalkohärenzpfade derart bestimmt, dass die MR-Signalanteile mit unerwünschten Signalkohärenzpfaden verringert werden, indem die Gradientenmomente der Dephasierungsgradienten (33–36) derart bestimmt werden, dass das Dephasierungsgradientenmoment für jeden unerwünschten Signalkohärenzpfad größer als ein Schwellenwert ist, wobei die Bildsequenzsteuerung ausgebildet ist, die Dephasierungsgradienten unabhängig von den Zeitspannen, in denen die Präparationsgradienten geschaltet werden, und nur in Abhängigkeit von der effektiven Größe der Gradientenmomente der Präparationsgradienten zu bestimmen.