DE102015218852A1

DE102015218852A1 - Verbessertes Verfahren zur Akquisition von Messdaten bei gleichzeitiger Manipulation räumlich getrennter Subvolumina

Info

Publication number: DE102015218852A1
Application number: DE102015218852.3A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Feiweier
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-03-30
Also published as: US10393840B2; US20170089996A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage, bei dem die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt wird, umfasst die Schritte: – Laden eines Steuerprotokolls für eine durchzuführende Akquisition von Messdaten, – Bestimmen von für das Steuerprotokoll relevanten Sequenzsteuerdaten, welche verschiedene funktionelle Teilsequenzen einer zu dem Steuerprotokoll gehörigen Messsequenz definieren, mittels derer zumindest zwei Subvolumina des zu untersuchenden Untersuchungsobjekts gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt werden, – Bestimmen von Wirkvolumina zu jeder funktionellen Teilsequenz unter Berücksichtigung der zu der jeweiligen Teilsequenz zugeordneten Subvolumina, – Bestimmen von für die bestimmten relevanten Sequenzsteuerdaten und die zu den zugeordneten Subvolumina bestimmten Wirkvolumina maßgeblichen Umgebungsbedingungen, – Generieren von Steuersignalen für die Magnetresonanzanlage basierend auf den relevanten Sequenzsteuerdaten und den bestimmten Wirkvolumina und den bestimmten physikalischen Umgebungsbedingungen zur Durchführung der Messsequenz derart, dass die einzelnen Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Magnetresonanzanlage, ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage, bei dem die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt wird.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B0-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Pulse (HF-Pulse, engl. „radio frequency (RF) pulses“) z.B. zur Anregung oder Refokussierung, in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Alle diese technischen Teilsysteme, z.B. zur Gradientensteuerung und der HF-Sende/Empfangs-Steuerung, müssen von einer Steuereinrichtung in geeigneter Art und Weise koordiniert angesprochen werden. Dabei müssen durch die Ansteuerung die für einen bestimmten Bildgebungsprozess notwendigen Einstellungen und Schaltungen der einzelnen Teilsysteme zum jeweils richtigen Zeitpunkt vorgenommen werden. Üblicherweise wird innerhalb eines Bildgebungsablaufs das abzubildende Volumen in Teilvolumina, beispielsweise bei der 2D-Bildgebung in mehreren Schichten oder bei der 3D-Bildgebung in sogenannten mehreren „Slabs", aufgenommen. Die so aufgenommenen Teilvolumina werden dann zu einem Gesamtvolumen zusammengesetzt. Eine weitere Definition von Teilvolumina kann sich beispielsweise durch vom Bediener speziell definierbare „Regions of Interest" (ROI), oder auch „Volumes of Interest“ (VOI), ergeben. Weiterhin ergeben sich beispielsweise bei Magnetresonanzsystemen zusätzliche Teilvolumina bei der Festlegung lokaler Sättigungsregionen oder lokaler Präparations- oder Labeling-Pulsen.
Hierzu können der Steuereinrichtung zur koordinierten Ansteuerung üblicherweise Sequenzsteuerdaten, meist basierend auf einem sogenannten Messprotokoll, übermittelt werden. Diese Sequenzsteuerdaten definieren verschiedene funktionelle Teilsequenzen einer kompletten Messsequenz. Bei einer Magnetresonanzaufnahme kann es sich beispielsweise bei einer ersten Teilsequenz um eine Pulssequenz handeln, die lokal in einem bestimmten Bereich eine Sättigung bestimmter Spins erreicht. Weitere Teilsequenzen können beispielsweise bestimmte Präparationspulse enthalten und wieder andere Teilsequenzen dienen zur sukzessiven Anregung und zum Empfang der Magnetresonanzsignale in verschiedenen Schichten oder Slabs.
Insbesondere die klinische Diagnostik verlangt nach MR-Bildgebungsverfahren und MR-Spektroskopieverfahren, die in kürzester Zeit Aufnahme mit höchster Qualität erlauben. Leider schließen sich häufig diese beiden Anforderungen gegenseitig aus, da kurze Aufnahmezeiten in der Regel mit Kompromissen bei der erreichbaren Qualität der Messdaten einhergehen.
Um die Messzeiten zu verkürzen haben in den letzten Jahren MR-Messverfahren, bei denen die Spins in mehreren Subvolumina, z.B. in mehreren Schichten, gleichzeitig oder kurz nacheinander angeregt, und die so erzeugten Signale danach simultan (gleichzeitig) oder in kurzem zeitlichen Abstand aufgenommen werden eine Renaissance erfahren (durch Kombination mit Verfahren der parallelen Bildgebung). Diese, auch Schicht-Multiplexing-Verfahren oder simultane Mehr-Schicht- oder Multi-Schicht-Verfahren genannten, Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass zumindest während eines Zeitabschnitts der Messung gezielt die Magnetisierung in zwei räumlich zumindest teilweise separierten Bereichen gleichzeitig manipuliert und/oder für den Akquisitionsprozess der Messdaten genutzt wird. Im Gegensatz zu diesen Verfahren wird bei der herkömmlichen, etablierten „Mehrschicht-Bildgebung“ das Signal von zumindest zwei Schichten alternierend, d.h. vollständig unabhängig voneinander mit entsprechend längerer Messzeit aufgenommen.
Die Zuordnung des aufgenommenen Signals zu den einzelnen Schichten geschieht bei simultanen Multi-Schicht-Verfahren beispielsweise mittels k-Raum-basierter paralleler Bildgebungsalgorithmen (z.B. GRAPPA, engl. „Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisition“), bei denen die räumlichen Empfangsprofile von zumindest zwei Empfangsspulenelementen ausgenutzt werden. Mit diesem Ansatz lassen sich mehrere Schichten – beispielsweise zwei oder drei oder mehr – in der gleichen Zeit abbilden, in der sonst nur eine Schicht aufgenommen würde. Bei nur wenigen simultan aufgenommenen Schichten kann das durch die Rekonstruktionsalgorithmik zusätzlich induzierte Rauschen in den aufgenommenen Messdaten, das durch den sogenannten g-Faktor beschrieben wird, nahezu vernachlässigt werden. Weitere Ansätze wie Hadamard-Kodierung, Breitband-Datenaufnahme oder Simultane Echo-Refokussierung sind z.B. aus den folgenden Veröffentlichungen bekannt:
Hadamard-Kodierung (z. B. Souza et al., J.CAT 12: 1026 (1988)): Zwei (oder mehr) Schichten werden gleichzeitig angeregt, durch entsprechende Ausgestaltung der HF-Anregungspulse wird jeder Schicht eine definierte Signalphase aufgeprägt. Das Signal der Magnetisierung aus beiden Schichten wird zeitgleich empfangen. Eine gleichartige zweite Anregung beider Schichten wird durchgeführt, allerdings mit geänderter relativer Signalphase in den Schichten. Der übrige Bildgebungsprozess (Phasenkodierungsschritte) erfolgt wie gewohnt, das Verfahren ist kombinierbar mit beliebigen Aufnahmetechniken((Multi-)Gradienten-Echo, (Multi-)Spin-Echo etc.). Mittels geeigneter Rechenoperationen lassen sich aus den beiden Aufnahmen die Signalinformationen beider Schichten separieren.
Breitband-Datenaufnahme (z.B. Wu et al., Proc. ISMRM 2009: 2768): Zwei (oder mehr) Schichten werden gleichzeitig angeregt. Das Signal der Magnetisierung aus beiden Schichten wird zeitgleich empfangen. Während des Datenempfangs ist ein Gradient entlang der Schichtnormalen zugeschaltet, der zu einer Separation der Signale beider Schichten im Frequenzraum führt. Der übrige Bildgebungsprozess (Phasenkodierungsschritte) erfolgt wie gewohnt, das Verfahren ist kombinierbar mit beliebigen Aufnahmetechniken((Multi-)Gradienten-Echo, (Multi-)Spin-Echo, etc.). Mittels geeigneter Filterung lassen sich aus den simultan aufgenommenen Daten die Signale der beiden Schichten separieren.
Simultane Echo-Refokussierung (SER, SIR, z.B. Feinberg et al., MRM 48: 1 (2002)): Zwei (oder mehr) Schichten werden kurz nacheinander angeregt, jeder Schicht wird durch geeignete Gradientenpulse eine definierte räumliche Dephasierung aufgeprägt. Das Signal der gleichzeitig manipulierten Magnetisierung aus beiden Schichten wird mittels geeigneter Gradientenschaltungen in einem kurzen zeitlichen Abstand empfangen. Der übrige Bildgebungsprozess (Phasenkodierungsschritte) erfolgt wie gewohnt, das Verfahren ist kombinierbar mit beliebigen Aufnahmetechniken((Multi-)Gradienten-Echo, (Multi-)Spin-Echo, etc.). Aus den separat aufgenommenen Daten lassen sich Bilder beider Schichten wie gewohnt generieren.
Allgemein benötigen Verfahren auf Grundlage der Magnetresonanz, hierbei insbesondere sowohl die tomographische Bildgebung (MRT, Magnetresonanztomographie) als auch die Spektroskopie (MRS, Magnetresonanzspektroskopie) „gutartige" physikalische Umgebungsbedingungen, um eine möglichst optimale Qualität der aufgenommenen Daten zu gewährleisten. Beispielsweise betrifft dies mindestens eines der Kriterien umfassend die räumliche Homogenität, die zeitliche Stabilität und die absolute Genauigkeit der für MR-Verfahren relevanten magnetischen Felder (B0, das stationäre Hauptmagnetfeld und B1, das magnetische Hochfrequenz-Wechselfeld).
Zu bereits bekannten Maßnahmen, mit denen Abweichungen von idealen Umgebungsbedingungen zumindest teilweise kompensiert werden können, zählen sowohl systemspezifische Einstellungen, die die Gegebenheiten des verwendeten MR-Systems zu korrigieren suchen, wie z.B. wirbelstrominduzierte dynamische Feldstörungen oder auch Gradientensensitivitäten, als auch Untersuchungsobjekt-spezifische Einstellungen, die die durch das in das Messvolumen des MR-Systems eingebrachte Untersuchungsobjekt, z.B. einen Patienten, verursachten Veränderungen wie z.B. suszeptibilitätsbedingte statische Feldstörungen oder räumliche Variationen des Hochfrequenzfeldes auszugleichen versuchen.
Derartige Verfahren zur Verbesserung der Qualität der aufgenommenen Messdaten insbesondere durch Justierungen, in neuerer Zeit auch zur dynamischen Justierung, der entsprechenden Messparameter wurden in den letzten Jahren weiterentwickelt.
In der DE 10 2009 020 661 B4 ist beispielsweise ein Verfahren beschrieben, mit dem Parameter einer Messsequenz, z.B. in der Magnetresonanztechnik, zur Laufzeit der Messsequenz angepasst werden. Darüber hinaus wird hier bereits beschrieben, dass verschiedenen funktionellen Teilsequenzen in der Regel unterschiedliche Wirkvolumina zugeordnet sind. D. h. für jede Teilsequenz ist ein anderes Teilvolumen des gesamten Messvolumens relevant.
Hierbei wird auch eine Anpassung von Messparametern während einer laufenden Messung zur Optimierung der Bildqualität erlaubt. Die Grundidee einer solchen dynamischen Justierung ist es, die physikalischen Umgebungsbedingungen möglichst zu jedem Zeitpunkt derart zu gestalten, dass sie für das aktuell im Messprozess relevante Subvolumen möglichst ideal sind. Werden beispielsweise während einer MR-Messung die Spins einer Schicht angeregt und danach das erzeugte Signal detektiert, können für diesen Zeitabschnitt der MR-Messung die Messparameter auf die durch die Schicht definierte Region optimiert werden. Bei einer folgenden Anregung und Detektion der nächsten Schicht kann die Optimierung dann entsprechend dynamisch angepasst werden usw.
Zu den einstellbaren anzupassenden Messparametern zählen beispielsweise die Modulationsfrequenz der eingestrahlten HF-Pulse, die Demodulationsfrequenz des empfangenen MR-Signals, Skalierungsfaktoren der HF-Pulsamplitude, Amplituden- und Phasenverteilung der HF-Ströme auf mehreren Sendeelementen (sofern vorhanden). Aufgrund der zu jedem Zeitpunkt verbesserten lokalen Umgebungsbedingungen lässt sich die Bildqualität durch derartige dynamische Justierungen – im Vergleich mit statischen Justierungseinstellungen – signifikant verbessern.
Gerade im Zusammenspiel mit den oben genannten simultanen Multi-Schicht-Techniken ist eine Anwendung derartiger dynamischer Justierungsverfahren jedoch bisher nur eingeschränkt möglich. Die Bildqualitätsverbesserung durch dynamische Justierungen fällt umso höher aus, je kleiner das relevante Subvolumen ist, in dem durch eine Anpassung der Messparameter optimale Bedingungen erreicht werden sollen. Wenn nun aber, wie bei simultanen Multi-Schicht-Techniken, z.B. zwei oder mehr räumlich getrennte Subvolumina gleichzeitig angeregt werden, muss das relevante Volumen, in dem die Umgebungsbedingungen optimiert werden sollen, im Stand der Technik entsprechend groß gewählt werden, sodass es insbesondere alle Subvolumina einhüllt. Somit wird die Bildqualitätsverbesserung durch die Justierung in einem solchen großen relevanten Volumen deutlich geringer ausfallen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kombination der genannten Verfahren zur Verkürzung der Messzeit und zur Verbesserung der Qualität der Messdaten ohne Kompromisse zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage, bei dem die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt wird, gemäß Anspruch 1, eine entsprechende Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 8, ein entsprechendes Computerprogramm gemäß Anspruch 9 sowie einen entsprechenden elektronisch lesbarer Datenträger gemäß Anspruch 10.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage, bei dem die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt wird, umfasst die Schritte:

– Laden eines Steuerprotokolls für eine durchzuführende Akquisition von Messdaten,
– Bestimmen von für das Steuerprotokoll relevanten Sequenzsteuerdaten, welche verschiedene funktionelle Teilsequenzen einer zu dem Steuerprotokoll gehörigen Messsequenz definieren, mittels derer zumindest zwei Subvolumina des zu untersuchenden Untersuchungsobjekts gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt werden,
– Bestimmen von Wirkvolumina zu jeder funktionellen Teilsequenz unter Berücksichtigung der zu der jeweiligen Teilsequenz zugeordneten Subvolumina,
– Bestimmen von für die bestimmten relevanten Sequenzsteuerdaten und die zu den zugeordneten Subvolumina bestimmten Wirkvolumina maßgeblichen Umgebungsbedingungen,
– Generieren von Steuersignalen für die Magnetresonanzanlage basierend auf den relevanten Sequenzsteuerdaten und den bestimmten Wirkvolumina und den bestimmten physikalischen Umgebungsbedingungen zur Durchführung der Messsequenz derart, dass die einzelnen Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine dynamische Justierung gleichzeitig für räumlich getrennte Subvolumina, derart dass die Teilsequenz, die die Subvolumina anregt und/oder vermisst, für jedes Subvolumen jeweils optimiert wird und somit die Qualität der akquirierten Messdaten insgesamt verbessert werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch simultane Multi-Schicht-Verfahren mit einer dynamischen Justierung der für die Messung relevanten Steuersignale derart kombiniert werden, dass eine deutliche Verbesserung der Qualität der akquirierten Messdaten erreicht wird. Das Verfahren erlaubt also eine Akquisition von Messdaten mit hoher Qualität in kurzer Zeit.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass insbesondere lokale Variationen des B0-Feldes bei dynamischen Justierungsverfahrenen in der Regel nicht durch das Schalten von B0-Feld-Shimspulen kompensiert werden, sondern dass in diesem Fall eine Anpassung der Mittenfrequenz beim Senden der HF-Pulse und/oder beim Empfangen der HF-Signale ausreichend ist. Eine weitere wesentliche Erkenntnis ist die Tatsache, dass die simultane Anregung mehrerer räumlich getrennter Subvolumina, z.B. Schichten, grundsätzlich mit einer vergleichsweise einfachen komplexwertigen Überlagerung der Amplituden- und Phasenverläufe der einzelnen HF-Pulse möglich ist.
Betrachtet man zunächst nur eine Akquisition von Messdaten einer einzelnen Schicht S1 unter Verwendung von dynamischen Justierungsverfahrenen im Stand der Technik, wobei angenommen sei, dass in dieser Schicht S1 Abweichungen des mittleren B0-Feldes (relativ zum räumlichen Erfassungsbereich einer statischen Justierung) vorliegen, so ergibt sich, dass diese durch eine dynamische Justierung der Mittenfrequenz des NCO im Zeitraum von der Anregung bis zur Aufnahme der Messdaten kompensiert werden kann. Dabei wird die Mittenfrequenz des NCO, wenn die mittlere Feldabweichung in dieser Schicht ΔB0(S1) beträgt, im Zeitraum von der Anregung bis zur Aufnahme der Messdaten um den korrespondierenden Wert Δω(S1) = γΔB0(S1) verschoben.
Eine solche durchgängige Verschiebung wirkt sich sowohl auf die Frequenz der HF-Pulse (und die Frequenz der Demodulation des Signals beim Empfang) aus, als auch auf deren Phase.
Für eine zeitlich separate Akquisition von Messdaten einer zweiten Schicht S2 würden dynamische Justierungsverfahrenen im Stand der Technik die Mittenfrequenz um den Wert Δω(S2) = γΔB0(S2) verschieben.
Sollten nun beide Schichten S1 und S2 gleichzeitig aufgenommen werden, ist im Stand der Technik allenfalls eine Verwendung eines Kompromisses vorstellbar, da die jeweilige Verschiebung Δω(S1) und Δω(S2) jeweils alle HF-Signale beim Senden und Empfangen betrifft. Im Stand der Technik ist bisher lediglich eine solche globale Justierung der Messparameter möglich, die aber auch zu Einschränkungen in der erreichbaren Qualität der Akquirierten Messdaten führt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, für mehrere simultan aufgenommene Subvolumina, insbesondere Schichten, gleichzeitig in allen Subvolumina einen jeweils optimalen Wert Δω(Sn) = γ·ΔB0(Sn) einzustellen.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Rechensystems ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage,
2 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine skizzenhafte Darstellung eines Untersuchungsobjekts mit drei beispielhaften räumlich getrennten Subvolumina,
4 und 5 stark vereinfacht, schematische Teilsequenzen, die die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts gleichzeitig manipulieren und/oder für die Akquisition von Messdaten nutzen.
1 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9. In der 1 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Beispielsweise kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, insbesondere aus mehreren Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise ein Patient oder auch ein Phantom, kann dieses auf einer liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden.
Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5‘ und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-sende/empfangs-Steuerung 7‘ steuern. Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-sende/empfangs-Steuerung 7‘ für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in dem Untersuchungsobjekt U zuständig. Dabei muss die Mittenfrequenz des auch als B1-Feld bezeichneten Hochfrequenz-Wechselfeldes nahe der Resonanzfrequenz der zu manipulierenden Spins liegen. Zur Erzeugung des B1-Feldes werden in der Hochfrequenzeinheit 7 mittels der Hochfrequenzsende/empfangs-Steuerung 7’ gesteuerte Ströme an den HF-Spulen angelegt. Dazu umfasst die Hochfrequenz-sende/empfangs-Steuerung 7‘ einen Frequenz-Synthesizer, der einen kontinuierlichen sinusförmigen Strom einer bestimmten Frequenz, der Mittenfrequenz, erzeugt. Dazu umfasst der Frequenz-Synthesizer einen sogenannten NCO (engl. „numerically controlled oscillator“), mit dem die Mittenfrequenz kontrolliert werden kann.
Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Optimierungseinheit 15 und ist dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts U mittels der Magnetresonanzanlage 1 durchzuführen, wobei bei dem Verfahren die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts U mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition von Messdaten genutzt wird (vgl. 2). Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. auch Bilddaten oder auch die bestimmten Dephasierungsfaktoren angezeigt werden.
Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogramms vorliegen, das das jeweilige Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene bzw. die beschriebenen Verfahren durchführen.
2 ist ein schematisches Ablaufdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage veranschaulicht, wobei bei dem Verfahren die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt wird.
In einem ersten Schritt 201 wird ein Steuerprotokoll für eine durchzuführende Akquisition von Messdaten MD, z.B. in eine Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage, geladen. Dazu können von einem Benutzer an einer Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 Eingaben gemacht werden, z.B. ein bestimmtes Steuerprotokoll ausgewählt und ggf. bereits angepasst werden.
In einem weiteren Schritt 203 werden die für das geladene Steuerprotokoll relevanten Sequenzsteuerdaten SD, welche verschiedene funktionelle Teilsequenzen einer zu dem Steuerprotokoll gehörigen Messsequenz definieren, mittels derer zumindest zwei Subvolumina des zu untersuchenden Untersuchungsobjekts gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt werden, bestimmt und z.B. im Speicher S gespeichert. Hierbei können je nach Typ der gewünschten Messung, welche z.B. den Sequenztyp, weitere Aufnahmeparameter und eine zu untersuchende Körperregion, kurz das Steuerprotokoll, vorgibt, für eine unterschiedliche Auswahl an Messparametern z.B. eine dynamische Anpassung sinnvoll sein.
In einem weiteren Schritt 205 werden zu jeder funktionellen Teilsequenz unter Berücksichtigung der zu der jeweiligen Teilsequenz zugeordneten Subvolumina Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 bestimmt und gespeichert.
Erfindungsgemäß werden mit zumindest einer funktionellen Teilsequenz zumindest zwei, insbesondere drei oder auch mehr Subvolumina des Untersuchungsobjekts in ihrer Magnetisierung manipuliert und/oder für den Akquisitionsprozess der Messdaten genutzt. Daher werden hierbei zumindest einmal für eine solche Teilsequenz die zumindest zwei in ihrer Magnetisierung manipulierten und/oder für den Aufnahmeprozess genutzten Subvolumina berücksichtigt. Dies kann insbesondere automatisch anhand des Steuerprotokolls erfolgen. Z.B. kann bei einer gewünschten Mehrschicht-Messung jede aufzunehmende Schicht ein solches Wirkvolumen WV1, WV2, WV3 definieren. Die zu den Teilsequenzen zugeordneten Subvolumina können bei der Bestimmung der Wirkvolumen WV1, WV2, WV3 aber auch weiter eingeschränkt werden. Eine solche Einschränkung kann z.B. auf Basis von gewünschten interessierenden Regionen (ROI, engl. „regions of interest“) oder auch auf Basis von weiteren im Rahmen der Teilsequenz wirkenden räumlichen Einschränkungen, wie z.B. Bereiche, aus denen Signale nicht empfangen werden sollen und in denen daher z.B. eine Sättigung gewünscht ist, erfolgen. Derartige Einschränkungen können hierbei durch das Steuerprotokoll vorgegebenes werden. So kann bereits unmittelbar nach Festlegung des Steuerprotokolls eine Liste aller während des Messablaufs für jede Teilsequenz jeweils relevanter Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 erstellt und gespeichert werden. Hierzu wird später mit Bezug auf die 3 noch erläuternd ausgeführt.
In Schritt 207 werden für die bestimmten relevanten Sequenzsteuerdaten SD und die zu den zugeordneten Subvolumina bestimmten Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 maßgeblichen, z.B. auch aktuellen, Umgebungsbedingungen UB bestimmt.
Hierbei kann auf die bestimmten Wirkvolumina WV1, W2, WV3 und die bestimmten, erforderlichen Steuersequenzdaten SD zurückgegriffen werden. Für dynamisch anzupassende Messparameter werden hierbei lokale Werte für die Umgebungsbedingungen UB bestimmt. Hierfür sind unter Umständen umfangreichere Justierungsmessungen erforderlich. Beispielsweise können lokale Werte der Umgebungsbedingungen UB durch sukzessive Justierungsmessungen für jedes zugeordnete Subvolumen bzw. die jeweils relevanten Wirkvolumen WV1, WV2, WV3 bestimmt werden. Diese Vorgehensweise stellt eine einfache und etablierte Methode dar, ist jedoch zeitaufwendig und muss bei Änderungen des Steuerprotokolls wiederholt werden. Durch die Beschränkung auf Justierungsmessungen nur für die bei dem jeweiligen Steuerprotokoll relevanten Messparameter werden die Zahl der durchzuführenden Justierungsmessungen und damit der Aufwand jedoch wieder beschränkt. Alternativ können, in einem z.B. einmaligen Aufwand, Karten der physikalischen Umgebungsbedingungen UB aufgenommen werden, die dann als Datenbasis für beliebige Sequenzsteuerdaten SD dienen können. Beispielsweise können hierzu Karten der B₀-Feldverteilung und/oder Karten der B₁-Feldverteilung, letztere ggf. für mehrere oder sogar alle Elemente eines mehrere Sende-Elemente umfassenden Sendesystems, aufgenommen werden. Hierbei können in beiden Fällen etablierte Justierungsmessungen verwendet werden. Liegen bereits Umgebungsbedingungs-Daten für Subvolumina S1, S2, S3 oder deren Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 aus früheren Justierungsmessungen vor, können diese ohne erneute Justierungsmessung wiederverwendet werden. Somit sind einmalig aufgenommene Justierungsdaten, wie etwa bereits ermittelte Umgebungsbedingungen für bestimmte Subvolumina S1, S2, S3 oder zugehörige Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 für mehrere Messungen verwendbar.
Beispielsweise in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 werden in Schritt 209 Steuersignale ST für die Messsequenz auf Basis der bestimmten relevanten Sequenzsteuerdaten SD, der zu den Subvolumina S1, S2, S3 bestimmten Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 und der maßgeblichen, bestimmten aktuellen Umgebungsbedingungen UB berechnet und z.B. in einem Speicher S gespeichert und/oder zur Steuerung einer laufenden Messung mit der Magnetresonanzanlage 1 verwendet. Die Berechnung erfolgt hierbei derart, dass die einzelnen Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden. Die Optimierung kann hierbei insbesondere auch eine Kompensation lokaler Feldabweichungen des Hauptmagnetfeldes B0 und/oder des Hochfrequenz-Wechselfeldes B1 umfassen.
Hierbei kann das Generieren (Schritt 209) der Steuersignale ST vor Start der eigentlichen Messung mit der Magnetresonanzanlage 1 erfolgen, wobei die generierten Steuersignale ST in diesem Fall während der Messung z.B. aus einem Speicher S in die Steuereinrichtung 9 geladen und an die Magnetresonanzanlage 1 weitergegeben werden.
Es ist jedoch auch denkbar, dass das Generieren (Schritt 209) der Steuersignale ST nach Bedarf während der laufenden Messung erfolgt, und die generierten Steuersignale ST direkt für die Messung an die Magnetresonanzanlage 1 weitergegeben werden.
Das Generieren der Steuersignale ST umfasst hierbei insbesondere ein Anpassen mindestens eines Parameters der relevanten Sequenzsteuerdaten, die insbesondere die Abfolge der Sequenzmodule (z.B. HF-Pulse, Gradientenpulse, etc.) festlegt, pro Wirkvolumen jedes Subvolumens einer Teilsequenz. Die hierbei anzupassenden Parameter können insbesondere das Senden und/oder das Empfangen von Hochfrequenz-Signalen beeinflussen.
Hierbei können als anzupassender Parameter z.B. ein Parameter aus der Gruppe umfassend die Mittenfrequenz, HF-Puls-Skalierungsfaktoren und/oder die HF-Puls-Stromverteilung für einen sogenannten "B1-Shim" sein. Einige erläuternde Beispiele folgen weiter unten im Text.
Insbesondere betreffen somit die relevanten Sequenzsteuerdaten SD HF-Pulse der Teilsequenzen. Dabei sind wiederum insbesondere Sequenzsteuerdaten, die das Senden von HF-Pulsen steuern, relevant.
Als HF-Pulse, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angepasst werden können, um die Qualität der akquirierten Messdaten zu erhöhen, kommen grundsätzlich alle Arten von HF-Pulsen in Betracht. Insbesondere sind als HF-Pulse der Teilsequenzen HF-Pulse aus der Gruppe von HF-Anregungspulsen, HF-Refokussierungspulsen, HF-Unterdrückungspulsen zur Sättigung bestimmter Signal(anteil)e, HF-Invertierungspulsen, HF-Markierungspulsen, z.B. für Arterielles Spin Labeling, und auch komplexen HF-Pulsen denkbar. Unter komplexen HF-Pulsen werden insbesondere HF-Pulse bei nicht-konstanten Schichtselektionsgradienten verstanden, wie etwa zweidimensional oder dreidimensional lokalisierte HF-Pulse oder auch VERSE-Pulse (VERSE: Variable-rate selective excitation), die HF-Pulse mit reduziertem Leistungseintrag (SAR, engl. „specific absorption rate“) erlauben.
Betrachtet man beispielsweise wieder eine simultane Anregung verschiedener Subvolumina Sn (n = 1, 2, 3, ...), wobei in den Subvolumina jeweils eine mittlere Feldabweichung des Hauptmagnetfeldes B0 von ΔB0(Sn) herrscht, kann z.B. die Mittenfrequenz wie oben beschrieben zunächst um den korrespondierenden Wert Δω(Sn) = γΔB0(Sn) angepasst werden.
Um derartige für jedes Subvolumen individuell optimierten Werte auch simultan lokal anwenden zu können, kann das Generieren der Steuersignale ST eine Überlagerung von den pro Wirkvolumen jedes Subvolumens Sn einer Teilsequenz angepassten Parametern der relevanten Sequenzsteuerdaten umfassen.
Beispielsweise bei einer komplexwertigen Überlagerung der Verläufe der für jedes Subvolumen Sn individuell angepassten HF-Pulse, können die jeweiligen Phasenverläufe der HF-Pulse z.B. derart modifiziert werden, dass effektiv eine individuelle, für die lokale Feldabweichung ΔB0(Sn) optimierte Mittenfrequenz auch bei simultan angeregten Subvolumina wirkt.
Betrachtet man den einfachen Fall, dass ein in einer Teilsequenz applizierter Schichtselektionsgradient GS konstant ist, dass der komplexwertige zeitliche Verlauf eines HF-Pulses beschrieben wird durch HF(t), und dass (der Einfachheit halber) zwei Subvolumina S1 und S2 an den Positionen z1 und z2 angeregt werden sollen, und dass die Wirkvolumina den jeweiligen Subvolumina entsprechen, kann wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst kann eine im Stand der Technik bekannte allgemeine Anpassung der Mittenfrequenz z.B. im Rahmen einer statischen Justierung erfolgen.
Um die jeweils gewünschten Subvolumen S1, S2 anzuregen bzw. zu manipulieren, wird der HF-Pulsverlauf für jedes Subvolumen S1, S2 moduliert. Dies kann z.B. folgendermaßen dargestellt werden: S1: HF1(t) = HF(t)·exp(iγGSz1t), S2: HF2(t) = HF(t)·exp(iγGSz2t), wobei wie oben ausgeführt HF(t) allgemein der Verlauf des gewünschten HF-Pulses und GS der Schichtselektionsgradient ist. Die Modulation erfolgt somit über eine komplexe Exponentialfunktion.
Eine solche zur Einstellung der Schichtposition notwendige Frequenzmodulation kann entweder, wie eben dargestellt, in den HF-Pulsverlauf mit eingerechnet werden oder alternativ auch bei der Einstellung des NCO berücksichtigt werden.
Damit eine für die lokale Feldabweichung ΔB0(Sn) optimierte Mittenfrequenz für jedes Subvolumen Sn wirken kann und damit die Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden, kann zur Kompensation der Feldabweichung diese mittels einer weiteren Modulation berücksichtigt werden. Die lokal optimierten Verläufe der HF-Pulse HFn‘(t), und damit die HF-Puls-Stromverteilungen, für jedes der n Subvolumen, die auf Basis der hier relevanten Sequenzsteuerdaten, der HF-Pulsverläufe, bezüglich des Sendens von HF-Signalen und auf Basis der bestimmten Wirkvolumina und der bestimmten physikalischen Umgebungsbedingungen, hier ΔB0(Sn), generiert werden, lauten somit wie folgt: S1: HF1‘(t) = HF1(t)·exp(iΔω(S1)t), S2: HF2‘(t) = HF2(t)·exp(iΔω(S2)t).
Werden die Subvolumina S1, S2 nacheinander angeregt oder anderweitig manipuliert (wie z.B. bei der simultanen Echo-Refokussierung), können bereits diese Werte für die optimierten Steuersignale ST verwendet werden. Eine derartige Teilsequenz TS ist stark vereinfacht in 4 links skizziert, bei der die optimierten HF-Pulsverläufe HF1‘(t) und HF2‘(t) nacheinander zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten t1 und t2 appliziert werden. In diesem Fall ist es auch denkbar, dass bereits die Einstellung des NCO für jeden HF-Puls individuell angepasst ist.
Werden die Subvolumina S1, S2 simultan angeregt, können die lokal optimierten Verläufe komplex überlagert werden, um für jedes Subvolumen optimale Bedingungen zu erhalten. Der Verlauf des zugehörigen HF-Pulses lautet dann: HF12‘(t) = HF1‘(t) + HF2‘(t). Eine derartige Teilsequenz TS‘ ist stark vereinfacht in 5 links skizziert, bei der ein für beide Subvolumina S1 und S2 optimierter HF-Pulsverlauf HF12‘(t) zu einem Zeitpunkt appliziert wird.
Wird der NCO nicht auf einen statischen Wert justiert, sondern beispielsweise auf einen Mischwert Δω(S1, S2) eingestellt, z.B. einen Mittelwert, der die jeweils lokalen Frequenzabweichungen Δω(S1) und Δω(S2) miteinander verbindet, kann bei der Modulation zur zusätzlichen Kompensation der Feldabweichung in S1 und S2 zur lokalen Optimierung der Teilsequenzen für jedes Subvolumen, also bei der Berechnung von HF1‘(t) bzw. HF2‘(t), die jeweilige Abweichung der Frequenz von diesem Mischwert berücksichtigt werden.
Mit derartig lokal optimierten Teilsequenzen kann beispielsweise die räumliche Anregungstreue bei HF-Anregungspulsen verbessert werden oder, z.B. bei HF-Unterdrückungspulsen, die chemische Selektivität verbessert werden.
Die relevanten Sequenzsteuerdaten SD können aber auch den Empfang der Messdaten MD in einer Teilsequenz betreffen.
Beispielsweise können bei einem Empfang eines komplexwertigen Signals E(t), eines sogenannten Echos oder auch Echosignals, aus simultan betrachteten Subvolumina die Phasenverläufe derart modifiziert werden, dass effektiv eine individuelle, für die lokale Feldabweichung optimierte Mittenfrequenz wirkt. Ein solches Echosignal E(t) ist beispielhaft in 4 rechts zu einem Zeitpunkt t3 dargestellt.
Bei den bekannten simultanen Multi-Schicht-Verfahren werden die Signale der simultan manipulierten Schichten entweder gleichzeitig (z.B. bei der Breitband-Datenaufnahme oder bei paralleler Bildgebung in Schichtrichtung) oder kurz nacheinander (z.B. bei der Simultanen Echo-Refokussierung) empfangen und akquiriert. Bei einer gleichzeitigen Aufnahme findet hierbei zunächst eine Trennung bzw. Zuordnung der Signalanteile der einzelnen Schichten mittels geeigneter Algorithmen (z.B. GRAPPA) statt. Der NCO kann dabei wieder beispielsweise gemäß den Resultaten einer statischen Justierung eingestellt sein.
Wurden derartig gleichzeitig aufgenommene Echosignale E(t) bereits auf bekannte Art getrennt, und liegen somit bereits getrennte komplexwertige Daten für jedes Subvolumen E_S1(t) und E_S2(t) vor, können Steuersignale ST derart generiert werden, dass jeweils lokal für jedes Subvolumen der Empfang der Messdaten optimiert ist. Dazu kann wieder durch Modulation die lokale Feldabweichung ΔB0(Sn) kompensiert werden. Es ergibt sich somit ein optimiertes Empfangssignal im Subvolumen S1 von E_S1'(t) = E_S1(t)·exp(–iΔω(S1)t). Analog für das Subvolumen S2: E_S2'(t) = E_S2(t)·exp(–iΔω(S2)t).
Die auf diese Weise optimierten Empfangssignale E_S1‘(t) und E_S2‘(t) können im weiteren Verlauf der Messung mit den üblichen Mitteln weiter verarbeitet werden.
Derartig optimierte Empfangssignale können beispielsweise die räumliche Abbildungstreue entlang der Ausleserichtung verbessern.
Weiterhin kann im Rahmen des Generierens der Steuersignale auch für eine Ermittlung einer relativen Phasenlage in den akquirierten Messdaten eine lokale Optimierung vorgenommen werden.
Eine derartige relative Phasenlage von HF-Pulsen bzw. auch beim Datenempfang ist in verschiedenen MR-Verfahren relevant. Beispielsweise kann die über die relative Phasenlage zu ermittelnde Phasenbeziehung zwischen HF-Anregungspulsen und HF-Refokussierungspulsen genutzt werden, um Kohärenzpfade in einer gewünschten Weise zu beeinflussen. Auch die relative Phasenlage zwischen HF-Pulsen und einem zugehörigen Empfangssignal oder auch eine relative Phasenlage zwischen mehreren Empfangssignalen (z.B. bei Multi-Echo-Experimenten wie EPI) kann Einfluss auf die resultierende Qualität der Messdaten haben.
Soll die relative Phasenlage derart optimiert werden, dass Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert sind, kann die relative Phasenlage derart beeinflusst werden, dass jeweils die lokale Feldabweichung in jedem Wirkvolumen effektiv berücksichtigt wird.
Dazu muss die lokale Phasenevolution für jedes betrachtete Subvolumen separat betrachtet werden.
Man betrachte exemplarisch wieder den Fall, dass zwei Subvolumina S1 und S2 zu einer Anregungszeit t1 gleichzeitig durch einen HF-Anregungspuls HF12‘(t) angeregt werden, zu einer Refokussierungszeit t2 durch einen HF-Refokussierungspuls HFR12‘(t) eine Refokussierung erfolgt und zu Empfangszeitpunkten t3 und t4 jeweils ein Echosignal E1(t) und E2(t) empfangen wird, wie es schematisch in 5 dargestellt ist.
Die effektive Phasenevolution in beiden Subvolumen S1 und S2 beginnt zum Zeitpunkt t1: in dem Subvolumen S1 wird sich die Phase gemäß φ1(t) = Δω(S1)(t – t1) entwickeln und in dem Subvolumen S2 gemäß φ2(t) = Δω(S2)(t – t1).
Die Anregung der beiden Subvolumina S1 und S2 kann wie oben dargestellt mit der komplexwertigen Überlagerung HF12'(t) von lokal optimierten HF-Pulsverläufen HF1‘(t) und HF2‘(t) appliziert werden.
Zu Beginn des HF-Refokussierungspulses, also zum Zeitpunkt t2, hat sich die Phase im Subvolumen S1 zu φ1(t2) = Δω(S1)(t2 – t1) und im Subvolumen S2 zu φ2(t2) = Δω(S2)(t2 – t1) entwickelt. Entsprechend wird für die HF-Refokussierungspulse HFR ein zusätzlicher Phasenoffset berücksichtigt. Analog zu dem oben gemachten Beispiel wird zunächst der HF-Pulsverlauf der Refokussierungspulse HFR zur Anregung bzw. Manipulation der entsprechenden Subvolumina moduliert:
Modulation des HF-Pulsverlaufs zur Anregung von S1: HFR1(t) = HFR(t)·exp(iγGSRz1t). Modulation des HF-Pulsverlaufs zur Anregung von S2: HFR2(t) = HFR(t)·exp(iγGSRz2t). Wobei GSR den Schichtselektionsgradienten während der Refokussierung darstellt.
Damit eine für die lokale Feldabweichung ΔB0(Sn) optimierte relative Phasenlage für jedes Subvolumen S1, S2 wirken kann, und damit die Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden, kann zur Kompensation der Feldabweichung diese wiederum mittels einer weiteren Modulation berücksichtigt werden. Es ergeben sich für das Subvolumen S1: HFR1'(t) = HFR(t)·exp(iΔω(S1)t + φ1(t2)) und für das Subvolumen S2 analog: HFR2'(t) = HFR(t)·exp(iΔω(S2)t + φ2(t2)).
Zu Beginn des ersten Echosignals, also zum Zeitpunkt t3, haben sich die Phasen weiter entwickelt zu φ1(t3) = Δω(S1)(t3 – t1) bzw. φ2(t3) = Δω(S2)(t3 – t1). Dieser zusätzliche Phasenterm kann einfach bei der oben dargestellten Modifikation des Empfangssignals berücksichtigt werden: Es ergeben sich für die optimierten Empfangssignale in den Subvolumina S1 und S2:
Kompensation der Feldabweichung in S1: E_S1'(t) = E_S1(t)·exp(iΔω(S1)t + φ1(t3)) und in S2: E_S2'(t) = E_S2(t)·exp(iΔω(S2)t + φ1(t3)).
Zu Beginn des zweiten Echosignals, zum Zeitpunkt t4, findet man die lokalen Phasen φ1(t4) = Δω(S1)(t4 – t1) und φ2(t4) = Δω(S2)(t4 – t1), was in gleicher Weise berücksichtigt werden kann.
Werden die verschiedenen Subvolumina nacheinander angeregt bzw. die Echosignale nacheinander empfangen (wie z.B. bei der simultanen Echo-Refokussierung), kann dies einfach über jeweils verschobene, den tatsächlichen Startzeitpunkten der jeweiligen Anregung bzw. des jeweiligen Empfangs angepasste, Startzeitpunkte der HF-Pulse bzw. des Datenempfangs berücksichtigt werden.
Durch eine solche Optimierung bezüglich der relativen Phasenlagen kann beispielsweise die räumliche Abbildungstreue entlang der Phasenkodierungsrichtung (z.B. bei echoplanarer Bildgebung EPI) verbessert werden.
Bei den bisher genannten Beispielen für im Rahmen des Verfahrens mögliche Optimierungen standen die lokalen Abweichungen des mittleren B0-Feldes im Fokus. Insbesondere wurden dabei bei dem Generieren der Steuersignale HF-Pulse der Teilsequenzen derart verändert, dass lokalen B0-Feldabweichungen Rechnung getragen wird und diese möglichst kompensiert werden, um die Qualität der akquirierten Messdaten zu erhöhen.
Im Rahmen des Verfahrens ist es auch möglich die Steuersignale derart zu generieren, dass lokale Abweichungen des B1-Feldes der HF-Pulse kompensiert werden, und die Teilsequenzen auch bezüglich des B1-Feldes lokal für jedes Wirkvolumen zu optimieren.
Als ein weiteres Beispiel betrachte man hierzu zunächst wieder nur die Aufnahme eines Subvolumens S1 unter Verwendung eines bekannten dynamischen Justierungsverfahrens. Dabei sei angenommen, dass in diesem Subvolumen S1 eine Abweichung des mittleren B1-Transmissionsfeldes (insbesondere relativ zu einem räumlichen Erfassungsbereich einer z.B. zusätzlich durchgeführten statischen Justierung) vorliegt.
Beträgt die mittlere B1-Amplitudenabweichung bei einer Soll-Amplitude von B1 (die als Referenz betrachtet werden kann) in diesem Subvolumen S1 ΔB1(S1), dann kann z.B. mit einem bekannten Verfahren zur dynamischen Justierung der Verlauf eines HF-Pulses mit einem Faktor F(S1) = 1/(1 + (ΔB1(S1)/B1)) skaliert werden.
Für eine zeitliche separate Aufnahme eines zweiten Subvolumens S2 könnte der Verlauf der HF-Pulse analog skaliert werden mit einem ein Faktor F(S2) F(S2) = 1/(1 + (ΔB1(S2)/B1)).
Sollen z.B. in einem erfindungsgemäßen Verfahren beide Subvolumina S1 und S2 gleichzeitig mit HF-Pulsen manipuliert werden, wäre bei den bekannten Verfahren wieder allenfalls ein Kompromiss denkbar, der eine gemeinsame (globale) Einstellung für die beiden Subvolumina liefert, die aber für jedes Subvolumen individuell (lokal) eben nicht ganz optimal sein kann.
Erst mit einem erfindungsgemäßen Verfahren wird es möglich, für mehrere simultan zu manipulierende Subvolumina Sn (n = 1, 2, 3, ...) gleichzeitig in allen Subvolumen einen jeweils lokal optimalen HF-Puls-Skalierungsfaktor F(Sn) = 1/(1 + (ΔB1(Sn)/B1)) zu ermitteln und entsprechende Steuersignale zu generieren.
Dabei kann wie im folgenden Beispiel vorgegangen werden. In einem Ausführungsbeispiel kann zunächst wieder eine Einstellung des NCO z.B. gemäß eines bekannten Verfahrens zur statischen Justierung oder auch auf einen Mittelwert vorgenommen werden.
Um die HF-Pulse in den verschiedenen Subvolumen, z.B. S1 und S2, wirken zu lassen, kann wie bereits oben beschrieben der jeweilige HF-Pulsverlauf moduliert werden. Es ergibt sich wieder für S1: HF1(t) = HF(t)·exp(iγGSz1t),
und für S2: HF2(t) = HF(t)·exp(iγGSz2t).
Damit eine für die lokale Feldabweichung ΔB1(Sn) optimierte HF-Puls-Stromverteilung für jedes Subvolumen Sn wirken kann und damit die Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens lokal optimiert werden, kann zur Kompensation der Feldabweichung diese durch den jeweils optimalen HF-Puls-Skalierungsfaktor F(Sn) berücksichtigt werden. Die lokal optimierten Verläufe der HF-Pulse HFn‘(t) für jedes der n Subvolumen, die auf Basis der hier relevanten Sequenzsteuerdaten, auf Basis der bestimmten Wirkvolumina und der bestimmten physikalischen Umgebungsbedingungen, hier insbesondere ΔB1(Sn), generiert werden, lauten somit wie folgt: Sn: HFn‘(t) = F(Sn)·HFn(t).
Diese Kompensation von Feldabweichungen des Hochfrequenz-Wechselfeldes B1 kann problemlos mit der oben beschriebenen Kompensation von Feldabweichungen des Hauptmagnetfeldes B0 kombiniert werden. Kombiniert man die vorgestellten Vorgehensweisen zur Kompensation von Feldabweichungen im B1-Feld und im B0-Feld erhält man für jedes Subvolumen Sn: HFn‘(t) = F(Sn)·HFn(t)·exp(iΔω(Sn)t).
Werden die Subvolumina Sn nacheinander angeregt oder anderweitig manipuliert (wie z.B. bei der simultanen Echo-Refokussierung), können – wie bereits in Bezug auf die Kompensation von Abweichungen des B0-Feldes oben ausgeführt – bereits diese Werte für das optimierte Generieren der Steuersignale ST verwendet werden.
Werden die Subvolumina Sn simultan angeregt, können die lokal optimierten Verläufe komplex überlagert werden, um für jedes Subvolumen optimale Bedingungen zu erhalten. Der Verlauf des zugehörigen HF-Pulses lautet dann wieder: HF12‘(t) = HF1‘(t) + HF2‘(t).
Die zur Einstellung der Position des jeweiligen Subvolumens notwendige Frequenzmodulation (exp(iγGSznt)) kann wieder entweder in den HF-Pulsverlauf wie eben dargestellt mit eingerechnet, und/oder auch bei der Einstellung des NCO berücksichtigt werden.
Durch eine derartige Optimierung der Steuersignale zur Kompensation von lokalen Abweichungen im B1-Feld kann beispielsweise die räumliche (sowohl innerhalb jedes Subvolumens als auch zwischen den Subvolumen, insbesondere Schichten) Kontrasthomogenität sowie das SNR (Signal-Rausch-Verhältnis; engl. „signal-to-noise-ratio“) verbessert werden.
Umfasst die zur Akquisition der Messdaten verwendete Magnetresonanzanlage 1 in ihrer Hochfrequenzeinheit 7 mehrere Kanäle insbesondere zum Senden von HF-Pulsen, ist es weiterhin möglich, die oben beschriebenen Anpassungen der Mittenfrequenz, der HF-Puls-Skalierungsfaktoren und der HF- Puls-Stromverteilung auch individuell für jeden verwendeten Kanal i durchzuführen. Damit lässt sich für mehrere gleichzeitig manipulierte Subvolumen nicht nur die mittlere Abweichung des B0-Feldes und/oder B1-Feldes, sondern auch die lokale Homogenität des B1-Feldes optimieren.
Analog zu den obigen Beispielen ergibt sich bei einer Berücksichtigung einzelner Kanäle i der Hochfrequenzeinheit für die Modulation des HF-Pulsverlaufs zur Manipulation des Subvolumens Sn zunächst eine HF-Puls-Stromverteilung von:
HFn(i, t) = HF(i, t)·exp(iγGSznt), wobei der NCO zunächst z.B. auf einen Mittelwert oder mittels eines bekannten statischen Justierungsverfahrens eingestellt sein kann.
Die oben beschriebenen Möglichkeiten zur Kompensation von Feldabweichungen im B0-Feld und/oder im B1-Feld können ebenfalls zur lokalen Optimierung der Teilsequenzen jeweils für jedes Wirkvolumen eines zugeordneten Subvolumens angewandt werden. Für eine Kompensation von Feldabweichungen im B0-Feld und im B1-Feld in einem Subvolumen Sn ergibt sich somit z.B. eine HF-Puls-Stromverteilung von: HFn‘(i, t) = F(i, Sn)·HFn(i, t)·exp(iΔω(Sn)t).
Sollen die HF-Pulse simultan eingestrahlt werden, kann wieder eine komplexwertige Überlagerung erfolgen. Z.B. bei zwei Subvolumen S1 und S2: HF12‘(i, t) = HF1‘(i, t) + HF2‘(i, t).
Man beachte, dass der HF-Pulsverlauf HF(i, t) für jeden einzelnen Kanal i komplexwertig ist und in Magnitude und Phase unterschiedlich aussehen kann. Gleichfalls ist hier der kanalspezifische Kompensationsfaktor F(i) komplexwertig in der beschriebenen lokalen optimierten Anpassung der Amplituden und Phasen der HF-Pulse.
Sind die Wirkvolumina nicht – wie in den letzten Beispielen angenommen – gleich den jeweiligen Subvolumina, gelten die Überlegungen analog für die Wirkvolumina anstelle der Subvolumina. Ebenso ergibt sich eine Erweiterung auf mehr als zwei Subvolumina Sn analog.
Somit wird mit dem vorgestellten Verfahren die Möglichkeit geschaffen, verschiedene Störungen der Umgebungsbedingungen, wie Abweichungen des B0-Feldes und/oder des B1-Feldes, auch bei einer simultanen Manipulation von mindestens zwei Subvolumen mittels einer Teilsequenz durch ein entsprechendes Generieren der Steuersignale effektiv und unabhängig in den Subvolumina zu kompensieren.
Dabei ist eine Kombination mit einem oder mehreren bekannten dynamischen und auch statischen Justierungsverfahren problemlos möglich.
Es können mittels einer Teilsequenz mindestens drei Subvolumina S1, S2, S3 gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt werden.
In 3 ist schematisch ein Untersuchungsobjekt U dargestellt, in welchem drei Subvolumina S1, S2, S3 mittels einer Teilsequenz gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten genutzt werden. In dem dargestellten Beispiel entspricht jedes Subvolumen S1, S2, S3 jeweils einer Schicht des Untersuchungsobjektes U, wobei die Schichten S1, S2, S3 in z-Richtung an verschiedenen Positionen z1, z2 und z3 angeordnet sind. Das dargestellte Beispiel zeigt eine Situation, in der das Subvolumen S1 teilweise außerhalb des Untersuchungsobjekts U liegt (oben rechts). Sind die Position, Lage und Ausdehnung des Untersuchungsobjektes U, z.B. aus einer Vorab-Messung etwa einer Justierungsmessung, bekannt, kann das zu dem Subvolumen S1 zugehörige Wirkvolumen WV1 (straffiert eingezeichnet) auf den Teil des Subvolumens S1 beschränkt werden, der innerhalb des Untersuchungsobjektes U liegt. Im Fall der dargestellten Subvolumina S2 und S3 entspricht jeweils das zugehörige Wirkvolumen WV2 bwz. WV3 (jeweils straffiert eingezeichnet) dem zugehörigen Subvolumen S2 bzw. S3. Grundsätzlich sind jedoch auch hier weitere Beschränkungen der Wirkvolumina WV1, WV2, WV3 denkbar, beispielsweise durch aus dem Steuerprotokoll bekannten Einschränkungen bezüglich interessierender Bereiche (ROIs) und/oder Bereichen, in denen z.B. eine Sättigung gewünscht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009020661 B4 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hadamard-Kodierung (z. B. Souza et al., J.CAT 12: 1026 (1988)) [0007]
Breitband-Datenaufnahme (z.B. Wu et al., Proc. ISMRM 2009: 2768) [0008]
Simultane Echo-Refokussierung (SER, SIR, z.B. Feinberg et al., MRM 48: 1 (2002)) [0009]

Claims

Verfahren zur Akquisition von Messdaten eines Untersuchungsobjekts (U) mittels einer Magnetresonanzanlage (1), bei dem die Magnetisierung in zumindest zwei Subvolumina (S1, S2, S3) eines zu untersuchenden Untersuchungsobjekts (U) mittels einer Teilsequenz (TS, TS‘) gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten (MD) genutzt wird, umfassend die Schritte: – Laden eines Steuerprotokolls für eine durchzuführende Akquisition von Messdaten (MD), – Bestimmen von für das Steuerprotokoll relevanten Sequenzsteuerdaten (SD), welche verschiedene funktionelle Teilsequenzen (TS, TS‘) einer zu dem Steuerprotokoll gehörigen Messsequenz definieren, mittels derer zumindest zwei Subvolumina (S1, S2, S3) des zu untersuchenden Untersuchungsobjekts (U) gleichzeitig manipuliert und/oder für die Akquisition der Messdaten (MD) genutzt werden, – Bestimmen von Wirkvolumina (WV1, WV2, WV3) zu jeder funktionellen Teilsequenz (TS, TS‘) unter Berücksichtigung der zu der jeweiligen Teilsequenz (TS, TS‘) zugeordneten Subvolumina (S1, S2, S3), – Bestimmen von für die bestimmten relevanten Sequenzsteuerdaten (SD) und die zu den zugeordneten Subvolumina (S1, S2, S3) bestimmten Wirkvolumina (WV1, WV2, WV3) maßgeblichen Umgebungsbedingungen (UB), – Generieren von Steuersignalen (ST) für die Magnetresonanzanlage (1) basierend auf den relevanten Sequenzsteuerdaten (SD) und den bestimmten Wirkvolumina (WV1, WV2, WV3) und den bestimmten physikalischen Umgebungsbedingungen (UB) zur Durchführung der Messsequenz derart, dass die einzelnen Teilsequenzen (TS, TS‘) jeweils für jedes Wirkvolumen (WV1, WV2, WV3) eines zugeordneten Subvolumens (S1, S2, S3) lokal optimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Generieren der Steuersignale (ST) ein Anpassen mindestens eines Parameters der relevanten Sequenzsteuerdaten (SD) pro Wirkvolumen (WV1, WV2, WV3) jedes Subvolumens (S1, S2, S3) einer Teilsequenz (TS, TS‘) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die anzupassenden Parameter mindestens einen Parameter aus der Gruppe umfassend die Mittenfrequenz, HF-Puls-Skalierungsfaktoren und/oder die HF-Puls-Stromverteilung umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Generieren der Steuersignale (ST) eine Überlagerung von den pro Wirkvolumen (WV1, WV2, WV3) jedes Subvolumens (S1, S2, S3) einer Teilsequenz (TS, TS‘) angepassten Parametern der relevanten Sequenzsteuerdaten (SD) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei relevante Sequenzsteuerdaten (SD) das Senden von HF-Pulsen der Teilsequenzen (TS, TS‘) betreffen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die HF-Pulse der Teilsequenzen (TS, TS‘) mindestens einen HF-Puls aus der Gruppe von HF-Anregungspulsen, HF-Refokussierungspulsen, HF-Unterdrückungspulsen, HF-Invertierungspulsen, HF-Markierungspulsen und komplexen HF-Pulsen umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei relevante Sequenzsteuerdaten (SD) den Empfang der Messdaten (MD) in einer Teilsequenz (TS, TS‘) betreffen.
Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
Computerprogramm, das ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf einer Steuereinrichtung (9) implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung (9) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger (26) mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 9 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (26) in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen.