DE102014214844B4

DE102014214844B4 - Verfahren und Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten

Info

Publication number: DE102014214844B4
Application number: DE102014214844.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2014-07-29
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: US20160033603A1; DE102014214844A1; US10114094B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zum Erfassen von MR-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O). Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte: Schalten eines Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (Kz). Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25) zum selektiven Anregen einer Schicht. Einstrahlen eines Refokussierungspulses (26). Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (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, und Erfassen mehrerer K-Raum-Zeilen, indem folgende Unterschritte mehrfach durchgeführt werden, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (Kz) nochmals geschaltet wird: Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (Kx), welche senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) und der zweiten Richtung (Ky) steht. Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile während der Auslesegradient (30) geschaltet wird. Der Refokussierungspuls (26) wird erneut eingestrahlt, wenn die Schritte des Schaltens des Auslesegradienten (30) und des Erfassens der MR-Daten einer K-Raum-Zeile nach dem erneuten Einstrahlen des Refokussierungspulses (26) nochmals durchgeführt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage, um insbesondere bei Magnetfeld-Inhomogenitäten MR-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts zu erfassen.
Die US 2010/0033179 A1 beschreibt eine dreidimensionale MR-Bildgebung mit einer Verzerrungskorrektur in Schichtrichtung, wobei ein Refokussierungspuls eingesetzt wird.
Die US 5 742 163 A offenbart eine MR-Bildgebung. Dabei wird jedes partielle Bild mit einer Phasenkorrekturmatrix multipliziert, um phasenkorrigierte partielle Bilder zu erhalten. Dabei kann ein Refokussierungspuls zwischen einem HF-Anregungspuls und einem Auslesegradienten angeordnet werden.
Die US 2011/0028829 A1 beschreibt eine MR-Bildgebung einer pulmonalen Vene, wobei ein Inversion-Recovery-HF-Puls geschaltet wird.
Die US 2013/0034287 A1 offenbart eine MR-Bildgebung eines Blutgefäßes, wobei eine Arterie und eine Vene in dem erzeugten Bild extrahiert 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 Anregung 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.
Das Gradientensystem der Magnetresonanzanlage wird durch diese lange Messzeit stark belastet, wodurch beispielsweise eine durch den DutyCycle (z. B. definiert durch einen Prozentsatz, zu welchem der erste Phasenkodiergradient über der Zeit geschaltet ist) definierte Grenze nachteiligerweise überschritten werden kann.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Probleme aufgrund der starken Belastung abzumildern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 8, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 10 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 eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Schalten eines Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung bzw. Schichtselektionsrichtung.
• Einstrahlen eines HF-Anregungspulses zum selektiven Anregen einer Schicht während der Schichtselektionsgradient geschaltet ist, so dass nur die Spins der Schicht angeregt werden.
• Einstrahlen eines Refokussierungspulses. Dabei wird insbesondere während des Einstrahlens des Refokussierungspulses ein zweiter Schichtselektionsgradient entlang der ersten Richtung geschaltet, 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.
• Erfassen mehrerer K-Raum-Zeilen, indem folgende Unterschritte mehrfach durchgeführt werden, ohne dass dazu der erste Phasenkodiergradient entlang der ersten Richtung nochmals geschaltet wird.
– 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.
– Einstrahlen des Refokussierungspulses während insbesondere der zweite Schichtselektionsgradient geschaltet wird. Dieser Unterschritt wird zwischen jeder der wiederholten Durchführungen des Schaltens eines Auslesegradienten und Erfassens der MR-Datenausgeführt, ohne dass dazu erneut der HF-Anregungspuls eingestrahlt wird. Anders ausgedrückt werden dieser Unterschritt und anschließend die Unterschritte Schalten eines Auslesegradienten und Auslesen der MR-Daten durchgeführt, ohne dass vorher der Schritt Einstrahlen eines HF-Anregungspulses ausgeführt wird.

Ausgehend von demselben HF-Anregungspuls werden demnach mehrere K-Raum-Zeilen erfasst, wobei nur vor dem Erfassen der ersten K-Raum-Zeile der erste Phasenkodiergradient geschaltet wird. Da nach dem Stand der Technik sowohl vor als auch nach dem Erfassen jeder K-Raum-Zeile der erste Phasenkodiergradient (zur SEMAC-Codierung) geschaltet wird, wird das Gradientensystem aufgrund der langen Messzeit sehr stark belastet, was beispielsweise eine starke Wärmeentwicklung zur Folge haben kann und/oder zum Überschreiten der durch den DutyCycle definierten Grenze führen kann, was dann ein Abschalten der Magnetresonanzanlage zur Folge haben kann. Indem die vorliegende Erfindung den ersten Phasenkodiergradienten seltener schaltet, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist, treten die vorab beschriebenen Probleme vorteilhafterweise zumindest seltener auf.
Bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten existieren folgende erfindungsgemäße Varianten.
Gemäß der ersten Variante werden die vorab beschriebenen Unterschritte zum Erfassen der mehreren K-Raum-Zeilen durchgeführt, ohne dass der zweite Phasenkodiergradient entlang der zweiten Richtung nochmals geschaltet wird. Mit anderen Worten wird gemäß der ersten Variante auch der zweite Phasenkodiergradient nur einmal vor dem Erfassen der MR-Daten der mehreren K-Raum-Zeilen geschaltet.
Gemäß der zweiten Variante werden die vorab beschriebenen Unterschritte zum Erfassen der mehreren K-Raum-Zeilen durchgeführt, indem der zweite Phasenkodiergradient entlang der zweiten Richtung jeweils nur vor dem jeweiligen Schalten des Auslesegradienten und damit vor dem Erfassen der MR-Daten der jeweiligen K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen geschaltet wird. Mit anderen Worten wird bei der zweiten Variante das Schalten des zweiten Phasenkodiergradienten nach dem jeweiligen Erfassen einer der mehreren K-Raum-Zeilen, wodurch insbesondere quasi die Wirkung des vor dem Erfassen der jeweiligen K-Raum-Zeile geschalteten zweiten Phasenkodiergradienten aufgehoben wird, im Vergleich zum Stand der Technik eingespart.
Gemäß der dritten Variante werden die vorab beschriebenen Unterschritte zum Erfassen der mehreren K-Raum-Zeilen durchgeführt, indem der zweite Phasenkodiergradient entlang der zweiten Richtung jeweils sowohl vor als auch nach dem jeweiligen Schalten des Auslesegradienten und damit vor und nach dem Erfassen der MR-Daten der jeweiligen K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen geschaltet wird. Mit anderen Worten unterscheidet sich die dritte Variante hinsichtlich des zweiten Phasenkodiergradienten nicht vom Stand der Technik.
Bei der dritten Variante kann der zweite Phasenkodiergradient derart eingestellt werden, dass jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste K-Raum-Zeilen zu derselben Schicht gehören, welche senkrecht auf der zweiten Richtung steht. Dabei weisen diese beiden zeitlich aufeinanderfolgend erfassten K-Raum-Zeilen denselben Abstand zu einer Ebene auf, welche senkrecht auf der ersten Richtung durch das K-Raum-Zentrum verläuft und quasi die besagte Schicht senkrecht zu der zweiten Richtung in zwei gleich große Hälften teilt. Beispielsweise kann der zweite Phasenkodiergradient derart eingestellt werden, dass die (2n – 1)-te und die 2n-te K-Raum-Zeile jeweils in derselben Schicht senkrecht zur zweiten Richtung liegen. Dabei entspricht die angegebene Reihenfolge einer Reihenfolge, in welcher die K-Raum-Zeilen bei der Abarbeitung der vorab beschriebenen Unterschritte zeitlich abgetastet werden, und 2n entspricht der Anzahl der mehreren K-Raum-Zeilen, welche bei der Abarbeitung dieser Unterschritte abgetastet werden, bevor der erste Phasenkodiergradient erneut geschaltet wird.
Bezüglich der zeitlichen Lage des ersten Phasenkodiergradienten existieren zwei Varianten, welche mit den vorab beschriebenen Varianten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten kombiniert werden können.
Gemäß der ersten Variante wird der erste Phasenkodiergradient zeitlich vor dem ersten Refokussierungspuls geschaltet. Dabei gilt jeweils derjenige Refokussierungspuls als erster Refokussierungspuls, welcher vor der Durchführung der vorab beschriebenen Unterschritte eingestrahlt wird, welche abgearbeitet werden, bevor der erste Phasenkodiergradient erneut geschaltet wird. Anders ausgedrückt wird mit dem Auslesen der zeitlich zuerst erfassten K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen, welche bei der Durchführung der vorab beschriebenen Unterschritte erfasst werden, bevor der erste Phasenkodiergradient erneut geschaltet wird, ein von diesem ersten Refokussierungspuls initiiertes Echo erfasst.
Gemäß der zweiten Variante wird der erste Phasenkodiergradient zeitlich nach dem ersten Refokussierungspuls geschaltet.
Um dieselbe Codierungswirkung zu erzielen, weist der erste Phasenkodiergradient bei der ersten Variante eine im Vergleich zur zweiten Variante inverse Polarität auf, da der erste Phasenkodiergradient bei der ersten Variante vor und bei der zweiten Variante nach dem ersten Refokussierungspuls geschaltet wird, wodurch die Drehrichtung der Spins bei der ersten Variante der Drehrichtung der Spions bei der zweiten Variante genau entgegengerichtet ist.
Da der vergleichsweise lange erste Phasenkodiergradient, welcher zur SEMAC-Codierung eingesetzt wird, nicht mehr im Echozug (d. h. nicht mehr während der Abarbeitung der vorab beschriebenen Unterschritte) ausgespielt wird, können die anderen Gradienten (insbesondere die zweiten Phasenkodiergradienten) zeitlich enger zusammenrücken, wodurch das so genannte ESP (Echo Spacing, d. h. der Abstand zwischen zwei zeitlich benachbarten Echos) verkürzt werden kann, was zu einer besseren Bildqualität und auch zu einer Reduktion der Aufnahmezeit insgesamt führt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten 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 Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung schaltet und dass die Magnetresonanzanlage mit der einen oder den mehreren HF-Antennen einen HF-Anregungspuls zum selektiven Anregen einer Schicht, auf welcher der Schichtselektionsgradient senkrecht steht, einstrahlt. Die Magnetresonanzanlage ist weiter ausgestaltet, um mit der mindestens einen HF-Antenne einen Refokussierungspuls einzustrahlen während die Magnetresonanzanlage mit dem Gradientenfeldsystem insbesondere einen zweiten Schichtselektionsgradienten entlang der ersten Richtung schaltet. 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. Zum Erfassen mehrerer K-Raum-Zeilen führt die Magnetresonanzanlage folgende Schritte mehrfach durch, ohne dass die Magnetresonanzanlage dazu den ersten Phasenkodiergradienten entlang der ersten Richtung nochmals schaltet:

• Die Magnetresonanzanlage schaltet einen Auslesegradienten entlang einer dritten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung und der zweiten Richtung steht.
• Während der Auslesegradient geschaltet ist, erfasst die Magnetresonanzanlage mit der oder den HF-Antennen MR-Daten einer K-Raum-Zeile.
• Nur wenn eine weitere K-Raum-Zeile zu erfassen ist, ohne dass dazu der HF-Anregungspuls erneut eingestrahlt wird, strahlt die Magnetresonanzanlage mit der mindestens einen HF-Antenne den Refokussierungspuls nochmals ein.

Die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage ist so ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer der vorab beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens ausführt.
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, eine Festplatte 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 im Vergleich zum Stand der Technik zum einen eine geringere Gradientenbelastung und damit weniger DutyCycle-Probleme und eine geringere Erwärmung auf und ermöglicht zum anderen eine zeitliche Optimierung des Aufnahmeverfahrens, was sich positiv auf die Bildqualität auswirkt.
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 die vorliegende Erfindung 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 erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dar.
In 2 ist das Erfassen eines K-Raums gemäß dem SEMAC-Verfahren dargestellt.
In 3–5 sind verschiedene Varianten einer erfindungsgemäßen Sequenz zum Erfassen von MR-Daten dargestellt.
In 6 ist schematisch dargestellt, wie der K-Raum erfindungsgemäß gemäß der in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Sequenz abgetastet wird.
In 7 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen 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 Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend kontinuierlich in die Magnetresonanzanlage 5 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, durch welches die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers kontinuierlich geschoben werden. 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 bzw. 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 G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z 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 Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen 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 oder die Refokussierungspulse in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) 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 O demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz O 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 über einen Ausgang 11 gewonnenen Messdaten ein MR-Bild 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 Sequenzsteuerung 18 der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage schaltet dabei einen ersten Phasenkodiergradienten 28 (siehe 3–5) nur einmal, um mehrere K-Raum-Zeilen zu erfassen. 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 s angeregt werden. Aufgrund von Magnetfeld-Inhomogenitäten liegen die durch die selektive Anregung angeregten Spins in einem Volumenabschnitt, welcher gegenüber der Schicht s zumindest teilweise verzerrt und verschoben ist. Aus diesem Grund werden gemäß dem SEMAC-Verfahren im K-Raum auch Schichten in Richtung K_z benachbart zu der Schicht s abgetastet bzw. bezüglich des Ortes aufgelöst, wie es in 2 dargestellt ist.
Jede dargestellte Schicht in 2 entspricht einem bestimmten Phasenkodierschritt in Schichtselektionsrichtung K_z, d. h. einem bestimmten Gradientenmoment bezüglich eines ersten Phasenkodiergradienten, welcher in K_z-Richtung wirkt. Um die MR-Daten einer Schicht zu erfassen, sind eine bestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten entlang einer zweiten Richtung K_y notwendig. Für jeden dieser Phasenkodierschritte wird eine K-Raum-Zeile in einer dritten Richtung K_x ausgelesen. Dabei stehen die erste Richtung K_z bzw. Schichtselektionsrichtung, die zweite Richtung K_y und die dritte Richtung K_z wechselseitig aufeinander senkrecht.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Spin-Echo-Sequenz zum Abtasten des K-Raums dargestellt. Die Schicht s wird mittels eines HF-Anregungspulses 25 angeregt, während ein Schichtselektionsgradient 27 in Schichtselektionsrichtung K_z geschaltet ist. Anschließend wird ein Refokussierungspuls 26 geschaltet, während ein weiterer Schichtselektionsgradient 34 in Schichtselektionsrichtung K_z geschaltet ist, so dass nur die Spins in der Schicht s refokussiert werden. Danach erfolgt mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 in Schichtselektionsrichtung und dem zweiten Phasenkodiergradient 29 entlang einer zweiten Richtung K_y senkrecht zur Schichtselektionsrichtung K_z eine Phasenkodierung. Durch das Schalten eines Auslesegradienten 30 in einer dritten Richtung K_x senkrecht zur Schichtselektionsrichtung K_z und senkrecht zur zweiten Richtung K_y werden die MR-Daten einer K-Raum-Zeile erfasst. 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 der K-Raum-Zeile auf.
Während es nach dem Stand der Technik üblich ist, direkt nach dem Auslesen der K-Raum-Zeile den ersten Phasenkodiergradienten 28 und den zweiten Phasenkodiergradienten 29 nochmals zu schalten, um quasi die Wirkung der vor dem Auslesen der K-Raum-Zeile geschalteten ersten und zweiten Phasenkodiergradienten 28, 29 quasi rückgängig zu machen, wird bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Sequenz weder der erste Phasenkodiergradient 28 noch der zweite Phasenkodiergradient 29 nochmals geschaltet, um eine weitere K-Raum-Zeile auszulesen. Stattdessen wird ein weiterer Refokussierungspuls 26 eingestrahlt während ein Schichtselektionsgradient 34 anliegt. Anschließend wird bei geschaltetem Auslesegradienten 30 eine weitere K-Raum-Zeile ausgelesen.
In 4 ist eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Sequenz zum Erfassen von MR-Daten dargestellt. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Variante wird jeweils nach dem Erfassen einer K-Raum-Zeile der zweite Phasenkodiergradient 32 vor dem Einstrahlen des nächsten Refokussierungspulses 26 geschaltet. Mit anderen Worten weist die in 4 dargestellte Variante nur den Unterschied zum Stand der Technik auf, dass der erste Phasenkodiergradient 28 nur einmal geschaltet wird, um mehrere K-Raum-Zeilen zu erfassen, während der zweite Phasenkodiergradient 29, 32 ähnlich oft wie nach dem Stand der Technik geschaltet wird.
In 5 ist schließlich noch eine andere erfindungsgemäße Variante einer Sequenz zum Erfassen von MR-Daten dargestellt. Im Unterschied zu der in 4 dargestellten Variante wird der erste Phasenkodiergradient 28 bereits vor dem ersten Refokussierungspuls 26 geschaltet, mit welchem die erste K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen, welche ohne ein weiteres Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28 erfasst werden, erfasst wird. Anders ausgedrückt werden erfindungsgemäß mehrere K-Raum-Zeilen erfasst, indem nur genau einmal vor dem Erfassen der ersten dieser mehreren K-Raum-Zeilen der Phasenkodiergradient 28 geschaltet wird. Für jedes Erfassen einer dieser mehreren K-Raum-Zeilen wird genau ein Refokussierungspuls 26 geschaltet. Bei der in 5 dargestellten erfindungsgemäßen Sequenz wird der erste Phasenkodiergradient 28 vor dem ersten der mehreren Refokussierungspulse 26 geschaltet.
Da durch das Einstrahlen eines Refokussierungspulses 26 die Drehrichtung der Spins umgekehrt wird, weist der erste Phasenkodiergradient 28 bei der in 4 dargestellten Sequenz zwar denselben Betrag wie der erste Phasenkodiergradient 28 bei der in 5 dargestellten Sequenz auf, wenn beide ersten Phasenkodiergradienten zur selben SEMAC-Kodierung führen sollen. Aufgrund der Drehrichtungsumkehr durch das Einstrahlen eines Refokussierungspulses 26 weist der erste Phasenkodiergradient 28 bei der in 4 dargestellten Sequenz allerdings ein anderes Vorzeichen auf, als der erste Phasenkodiergradient 28 bei der in 5 dargestellten Sequenz.
In den 3 bis 5 wird jeweils nur das Erfassen der ersten beiden Echos 24 oder ersten beiden K-Raum-Zeilen im Echozug einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz dargestellt. In der Regel werden mehr als zwei Echos 24 mit einem Echozug aufgenommen, wobei das aus Refokussierungspulsen 26 und Gradienten 28–34 bestehende Muster entsprechend wiederholt wird. Erfindungsgemäß wird die einmalige Codierung des entsprechenden SEMAC-Schrittes mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 benutzt, um mehrere Phasenkodierschritte entlang der konventionellen bzw. zweiten Richtung K_y mit der gleichen SEMAC-Codierung aufzunehmen. Dabei umfasst dieselbe SEMAC-Codierung jeweils auch die an der Ebene, welche senkrecht auf der ersten Richtung K_z durch das K-Raum-Zentrum verläuft, gespiegelte SEMAC-Codierung. Anders ausgedrückt werden zur SEMAC-Codierung der zwölf Schichten über oder unter der Schicht s in 2 erfindungsgemäß prinzipiell nur sechs SEMAC-Codierungen benötigt. Durch das jeweilige Schalten des Refokussierungspulses 26 wird quasi zwischen der direkt mittels der SEMAC-Codierung kodierten Schicht und der Spiegel-Schicht, welche entlang der ersten Richtung K_z denselben Abstand von der Schicht s aufweist, hin und her gesprungen, um jeweils eine K-Raum-Zeile in der direkt kodierten Schicht und in der Spiegel-Schicht abzutasten.
In 6 ist schematisch dargestellt, wie mit Hilfe der in 4 dargestellten erfindungsgemäßen Sequenz im K-Raum navigiert wird. Durch das Schalten des mit dem Bezugszeichen a gekennzeichneten Teils des Auslesegradienten 30 und des ersten Phasenkodiergradienten 28 bzw. b wird zum Beginn der zeitlich zuerst zu erfassenden K-Raum-Zeile navigiert. Anschließend wird diese erste K-Raum-Zeile ausgelesen, indem der Teil c des Auslesegradienten 30 geschaltet wird. Durch das Schalten des letzten Teils d des Auslesegradienten 30 wird wieder zurück in die Mitte der K-Raum-Zeile navigiert. Durch das Einstrahlen des Refokussierungspulses 26 bzw. e wird quasi zur anderen Seite des K-Raums entlang der ersten Richtung K_z navigiert. Durch das Einstrahlen des ersten Teils f des nächsten Auslesegradienten 30 wird zum Beginn der zeitlich als nächstes zu erfassenden K-Raum-Zeile navigiert, welche dann ausgelesen wird, indem der Teil g des Auslesegradienten 30 geschaltet wird.
Bei der in 6 dargestellten Navigation im K-Raum wird vorausgesetzt, dass mit den zweiten Phasenkodiergradienten 29 jeweils dieselbe Schicht senkrecht zur zweiten Richtung K_y codiert wird. Wenn weiterhin dieselbe Schicht senkrecht zur zweiten Richtung codiert würde, würde nach dem Schalten des Teils h des Auslesegradienten 30 und einem weiteren Einstrahlen eines Refokussierungspulses 26 als dann dritte K-Raum-Zeile nochmals die erste K-Raum-Zeile erfasst. Um dies zu verhindern, müsste demnach entweder der erste Phasenkodiergradient 28 mit einem anderen Wert erneut geschaltet werden oder aber der zweite Phasenkodiergradient 29 müsste einen anderen Wert aufweisen. Daraus folgt, dass bei der in 3 dargestellten erfindungsgemäßen Sequenz nur zwei K-Raum-Zeilen ausgelesen werden können, bevor entweder der erste Phasenkodiergradient 28 oder der zweite Phasenkodiergradient 29 erneut geschaltet werden muss, um weitere K-Raum-Zeilen zu erfassen.
In 7 ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussplans dargestellt.
Im ersten Schritt S1 wird eine Schicht s 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. Es folgt im Schritt S3 das Schalten des ersten Phasenkodiergradienten 28 entlang der ersten Richtung bzw. Schichtselektionsrichtung K. Anschließend werden mit den folgenden, mehrfach durchgeführten (Unter-)Schritten S4–S7 mehrere K-Raum-Zeilen erfasst, ohne dass dazu nochmals der erste Phasenkodiergradient 28 geschaltet wird.
Im Schritt S4 wird der zweite Phasenkodiergradient 29 entlang der zweiten Richtung geschaltet. Anschließend werden im Schritt S5 die MR-Daten bei geschaltetem Auslesegradienten 30 ausgelesen. Bevor im Schritt S7 der Refokussierungspuls 26 geschaltet wird, um quasi zur anderen Seite des K-Raums zu navigieren (vergleiche 6), kann im Schritt S6 der zweite Phasenkodiergradient 32 geschaltet werden, um dadurch quasi die Wirkung des ersten Phasenkodiergradienten 29 aufzuheben.
Nach Schritt S7 springt das Verfahren rekursiv zum Schritt S4 zurück, um die Schritte S4–S7 erneut auszuführen. Beim letzten Durchlauf der Schritte S4 bis S7 wird der Schritt S7 nicht mehr durchgeführt, wenn anschließend die Datenerfassung vollständig beendet ist oder der HF-Anregungspuls 25 erneut eingestrahlt wird.

Claims

Verfahren zum Erfassen von MR-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Schalten eines Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (K_z), Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25) zum selektiven Anregen einer Schicht, Einstrahlen eines Refokussierungspulses (26), Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (K_z), Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (K_y), wobei die zweite Richtung (K_y) senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) steht, und Erfassen mehrerer K-Raum-Zeilen, indem folgende Schritte mehrfach durchgeführt werden, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird: Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (K_x), welche senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) und der zweiten Richtung (K_y) steht, und Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile während der Auslesegradient (30) geschaltet wird, wobei zwischen jeder der wiederholten Durchführungen des Schaltens eines Auslesegradienten (30) und Erfassens der MR-Daten ein Refokussierungspuls (26) eingestrahlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der mehreren K-Raum-Zeilen, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird, durchgeführt wird, auch ohne dass der zweite Phasenkodiergradient (29) entlang der zweiten Richtung (K_y) nochmals geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der mehreren K-Raum-Zeilen, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird, durchgeführt wird, indem der zweite Phasenkodiergradient (29) entlang der zweiten Richtung (K_y) jeweils nur vor dem jeweiligen Schalten des Auslesegradienten (30) entlang der dritten Richtung (K_x) und dem Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der mehreren K-Raum-Zeilen, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird, durchgeführt wird, indem der zweite Phasenkodiergradient (29; 32) entlang der zweiten Richtung (K_y) jeweils einmal vor und einmal nach dem jeweiligen Schalten des Auslesegradienten (30) entlang der dritten Richtung (K_x) und dem Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile geschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Phasenkodiergradient (29) entlang der zweiten Richtung (K_y) so eingestellt wird, dass zwei zeitlich aufeinanderfolgend erfasste K-Raum-Zeilen zu derselben Schicht senkrecht zu der zweiten Richtung (K_y) gehören, wobei diese beiden K-Raum-Zeilen denselben Abstand zu einer Ebene aufweisen, welche senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) durch das K-Raum-Zentrum verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) zeitlich vor dem ersten Refokussierungspuls (26) geschaltet wird, wobei die MR-Daten der zeitlich zuerst erfassten K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen, welche während des Schritts des Erfassens der mehreren K-Raum-Zeilen erfasst werden, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird, ausgehend von einem durch den ersten Refokussierungspuls (26) verursachten Echo (24) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) zeitlich nach dem ersten Refokussierungspuls (26) geschaltet wird, wobei die MR-Daten der zeitlich zuerst erfassten K-Raum-Zeile der mehreren K-Raum-Zeilen, welche während des Schritts des Erfassens der mehreren K-Raum-Zeilen erfasst werden, ohne dass der erste Phasenkodiergradient (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals geschaltet wird, ausgehend von einem durch den ersten Refokussierungspuls (26) verursachten Echo (24) erfasst werden.
Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten 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 sowie zur Erstellung der MR-Daten umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (K_z) zu schalten, um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) einen HF-Anregungspuls (25) zum selektiven Anregen einer Schicht einzustrahlen, um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) einen Refokussierungspuls (26) einzustrahlen, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (K_z) zu schalten, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (K_y) zu schalten, wobei die zweite Richtung (K_y) senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) steht, und um mehrere K-Raum-Zeilen zu erfassen, indem die Magnetresonanzanlage (5) folgende Schritte mehrfach durchführt, ohne dass die Magnetresonanzanlage (5) den ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (K_z) nochmals schaltet: Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (K_x), welche senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) und der zweiten Richtung (K_y) steht, und Erfassen der MR-Daten einer K-Raum-Zeile während die Magnetresonanzanlage (5) den Auslesegradienten (30) schaltet, wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um den Refokussierungspuls (26) erneut einzustrahlen, wenn die Schritte des Schaltens des Auslesegradienten (30) und des Erfassens der MR-Daten einer K-Raum-Zeile nach dem erneuten Einstrahlen des Refokussierungspulses (26) nochmals durchgeführt werden, wobei die Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) so ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) die Schritte eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 ausführt.
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 des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
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) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7 durchführen.