DE102015222835A1

DE102015222835A1 - Magnetresonanzbildgebungsverfahren mit simultaner Bildaufnahme von mehreren Teilvolumen mit einer synchronen Bildaufnahme von Navigatoren

Info

Publication number: DE102015222835A1
Application number: DE102015222835.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Beck; Thorsten Feiweier
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2035-11-20
Also published as: DE102015222835B4; US10551465B2; US20170146631A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten (BD) eines Bildaufnahmebereichs (FoV) eines Untersuchungsobjekts (O) beschrieben, bei dem Magnetresonanzrohdaten (RD) erfasst werden. Bei dem Verfahren werden vorzugsweise unterschiedliche Transversalmagnetisierungen in mindestens einem Teilvolumen (NV) eines Navigatorvolumens (NV1, NV2) und mindestens einem Teilvolumen (BG) eines Bildvolumens (BV) angeregt und zur Positionsermittlung und zur Bildgebung genutzt. Dabei liegen diese vorzugsweise unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen mindestens in einem Zeitabschnitt der Messung simultan vor. Weiterhin wird eine Ansteuersequenz (AS) beschrieben. Außerdem wird ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem (22) beschrieben. Überdies wird ein Magnetresonanzbildgebungssystem (1) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems. Überdies betrifft die Erfindung eine Ansteuersequenz. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem.
In der Medizin werden mit modernen bildgebenden Verfahren häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten bis hin zu Zeitserien von Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts genutzt werden. Diese bildgebenden Verfahren werden aber auch für Anwendungen außerhalb der Medizin genutzt. Zu den genannten bildgebenden Verfahren gehört unter anderem auch die Magnetresonanzbildgebung, auch Magnetresonanztomographie genannt.
Bei dem Verfahren der Magnetresonanztomographie wird meist ein statisches Grundmagnetfeld B₀, das zur Anfangsausrichtung und Homogenisierung von zu untersuchenden magnetischen Dipolen dient, zur Ortsauflösung des bildgebenden Signals mit einem schnell geschalteten Magnetfeld, dem sogenannten Gradientenfeld, überlagert. Zur Bestimmung von Materialeigenschaften eines abzubildenden Untersuchungsobjekts wird die Dephasierung bzw. Relaxationszeit nach einer Auslenkung der Magnetisierung aus der Anfangsausrichtung ermittelt, sodass verschiedene materialtypische Relaxationsmechanismen bzw. Relaxationszeiten identifiziert werden können. Die Auslenkung erfolgt meist durch eine Anzahl von HF-Pulsen und die Ortsauflösung beruht dabei auf einer zeitlich festgelegten Manipulation der ausgelenkten Magnetisierung mit Hilfe des Gradientenfeldes in einer sogenannten Messsequenz bzw. Ansteuersequenz, welche eine genaue zeitliche Abfolge von HF-Pulsen, der Änderung des Gradientenfeldes (durch Aussenden einer Schaltsequenz von Gradientenpulsen) sowie der Erfassung von Messwerten festlegt. Neben der Relaxation gibt es noch eine Reihe weiterer Mechanismen zur Kontrastbildung, wie zum Beispiel die Flussmessung und die Diffusionsbildgebung.
Typischerweise erfolgt eine Zuordnung zwischen gemessener Magnetisierung – aus der die erwähnten Materialeigenschaften abgeleitet werden können – und einer Ortskoordinate der gemessenen Magnetisierung im Ortsraum, in dem das Untersuchungsobjekt angeordnet ist, mit Hilfe eines Zwischenschritts. In diesem Zwischenschritt werden erfasste Magnetresonanz-Rohdaten an Auslesepunkten im sogenannten „k-Raum“ angeordnet, wobei die Koordinaten des k-Raums als Funktion des Gradientenfeldes kodiert sind. Der Betrag der Magnetisierung (insbesondere der Quermagnetisierung, in einer Ebene quer zum vorbeschriebenen Grundmagnetfeld bestimmt) an einem bestimmten Ort des Untersuchungsobjekts kann aus den k-Raum-Daten mit Hilfe einer Fourier-Transformation ermittelt werden. Anders ausgedrückt, werden die k-Raum-Daten (Magnitude und Phase) benötigt, um eine Signalstärke des Signals und gegebenenfalls dessen Phase im Ortsraum zu berechnen.
Die Magnetresonanztomographie ist eine relativ langsam arbeitende Art eines bildgebenden Verfahrens, da die Daten entlang von Trajektorien, wie zum Beispiel Zeilen oder Spiralen, im Fourierraum bzw. im k-Raum sequentiell aufgenommen werden. Das Verfahren der Aufnahme von Bildern in zweidimensionalen Schichten ist im Vergleich zur Aufnahme in drei Dimensionen deutlich weniger fehleranfällig, weil die Zahl der Kodierungsschritte kleiner ist als bei einem dreidimensionalen Verfahren. Daher werden bei vielen Anwendungen Bildvolumen mit Stapeln von zweidimensionalen Schichten statt einer einzigen dreidimensionalen Aufnahme verwendet. Allerdings sind die Bildaufnahmezeiten aufgrund der langen Relaxationszeiten der Spins sehr lang, was beispielsweise für zu untersuchende Patienten eine Verringerung des Komforts bedeutet.
Bei einer anderen Abtastungsart werden selektiv angeregte Subvolumen, sogenannte „Slabs“, mit Hilfe eines dreidimensionalen Abtastverfahrens ortskodiert.
Im Falle einer Bewegung des Patienten geht bei den beschriebenen Bildgebungsverfahren die Konsistenz der gemessenen Daten verloren, was sich durch Bildartefakte in dem rekonstruierten Bild widerspiegelt. Aus diesem Grund ist es erstrebenswert die Bewegung des Patienten zu kompensieren: dies geschieht entweder retrospektiv (nach der Messung) oder prospektiv (bereits während der Messung).
Verfahren der prospektiven Bewegungskorrektur korrigieren die Bewegung des Patienten bereits während der Durchführung der Messung. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass das Sichtfeld (Field of View = FoV), welches den zu akquirierenden Ausschnitt der Anatomie darstellt, während der Messung derart nachgeführt wird, dass sich die darin enthaltene Anatomie trotz Bewegung nicht ändert. Um dies zu erreichen, existieren eine Vielzahl von Verfahren. Beispielsweise werden externe Systeme, insbesondere Kameras, zur Überwachung der Position des Untersuchungsobjekts eingesetzt. Eine Überwachung kann auch mit Hilfe von für ein Magnetresonanztomographiegerät sichtbaren Markern realisiert werden. Bei der Überwachung können anstatt Markern auch charakteristische anatomische Strukturen beobachtet werden. Überdies werden auch zusätzliche bildbasierte Navigatoren eingesetzt, um eine Positionsänderung des Untersuchungsobjekts zu detektieren und das Sichtfeld entsprechend nachzuführen. Im Falle von zeitlich aufgelösten Bilddaten können auch die Bilddaten selbst für die Detektion der Positionsänderung eingesetzt werden, eine zusätzliche Akquisition bildbasierter Navigatoren kann in diesem Fall also optional entfallen.
Bei der Anwendung von bildbasierten Navigatoren wird die bildgebende MR-Sequenz dazu verwendet, die Anatomie in Navigatorbildern zu zeitlich aufeinanderfolgenden Zeitpunkten darzustellen. Typischerweise zu Beginn der Messung wird ein Referenzvolumen gemessen und nachfolgende Navigatorbilder werden auf diesen Referenzzeitpunkt registriert. Die detektierte Bewegung wird dann an die MR-Pulssequenz zurückgeführt und das Sichtfeld bzw. der Bildbereich wird für die nächste Teilakquisition um diese Bewegung nachgeführt und damit die Bewegung bereits während der Messung kompensiert.
Um die Bildaufnahme zu beschleunigen, bzw. um die benötigte Messdauer zur Akquisition eines einzelnen Bildvolumens zu beschleunigen, hat sich in den letzten Jahren eine schichtbasierte Beschleunigungstechnologie etabliert. Mit dieser unter den Bezeichnungen „Simultaneous Multi-Slice“ (abgekürzt SMS oder SAMS), „Slice Acceleration“ oder auch „Multiband“ bekannten Technologie werden mehrere Schichten gleichzeitig angeregt und ausgelesen (z.B. Breuer et al. MRM 53:684 (2005), Souza et al. JCAT 12:1026 (1988), Larkman et al. JMRI 13:313 (2001), MRM = Magnetic Resonance in Medicine, JMRI = Journal of Magnetic Resonance Imaging, JCAT = Journal of Computer Assisted Tomography). Beispielsweise werden bei einem Beschleunigungsfaktor von 3 jeweils 3 Schichten gleichzeitig angeregt und ausgelesen. Hierdurch reduziert sich die benötigte Repetitionszeit TR (Repetitionszeit TR = Zeit, bis aufeinanderfolgende Pulsfolgen auf die gleiche Schicht angewandt werden) auf ein Drittel der benötigten Zeit. Entsprechend kann beispielsweise bei der funktionellen Bildgebung (fMRI, BOLD) oder bei der Diffusionsbildgebung mittels echoplanarer Aufnahme die erforderliche Zeit zur Akquisition eines Volumens auf ein Drittel der benötigten Zeit reduziert werden. In der Literatur wird als Vorteil dieser Methoden hauptsächlich die Reduktion der Messzeit beziehungsweise die Verbesserung der zeitlichen Abtastrate angegeben.
Auch bei der Abtastung von selektiv angeregten Subvolumen besteht die Möglichkeit, mit Hilfe einer „Multi-Slab“-Bildgebung simultan mehrere Subvolumen oder Teilvolumen abzutasten, um den Aufnahmevorgang zu beschleunigen. Eine solche Vorgehensweise kann als Zwischenstufe zwischen einer 2D-Mehrschicht-Bildgebung und einer vollständigen 3D-Bildgebung angesehen werden.
Bisherige Verfahren zur Bewegungskorrektur lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Die erste Gruppe umfasst Verfahren, bei denen die direkt durch die MR-Pulssequenz erzeugten Bilddaten zur Bestimmung der Bewegung verwendet werden. Diese Verfahren werden insbesondere für Sequenzen eingesetzt, die eine 4D-Zeitserie erzeugen, welche jeweils die identische Anatomie enthält. Ein Beispiel hierfür ist die funktionelle, echoplanare Bildgebung wie von Thesen vorgeschlagen (MRM 44.3:457 sowie Dissertationsschrift „Retrospektive und prospektive Verfahren zur bildbasierten Korrektur von Patientenkopfbewegungen bei neurofunktioneller Magnetresonanztomographie in Echtzeit" 2001).
Die zweite Gruppe wird von Verfahren gebildet, mit denen die MR-Pulssequenz dahingehend abgeändert wird, dass mit dieser neben den beabsichtigen MR-Bilddaten zusätzlich noch Navigatorbilder erzeugt werden. Die Navigatorbilder werden dann verwendet, um die Patientenbewegung nach oder bereits während der Messung zu kompensieren.
Die beiden skizzierten Ansätze zur prospektiven oder retrospektiven Bewegungskorrektur haben beide spezifische Nachteile. Für die erste Gruppe von Verfahren stehen lediglich die exakt identischen Bilddaten zur Bewegungskorrektur zur Verfügung. Dies kann beispielsweise dann von Nachteil sein, wenn der Bildkontrast oder das Rauschverhalten nicht zur Bewegungsdetektion geeignet sind. Außerdem ist es möglich, dass die abgebildete Anatomie nicht für das gewählte Verfahren der Bewegungskorrektur geeignet ist. Dies ist beispielsweise für die Annahme eines rigiden Bewegungsmodells gegeben, falls nichtrigide bewegbare Teile der Anatomie abgebildet werden (z.B. die Bewegung der Augäpfel oder des Kiefers bei einer Messung am Kopf) oder die enthaltenen Strukturen von spezifischen, nichtrigiden Artefakten betroffen sind (z.B. nichtrigide Verzerrungen aufgrund von Inhomogenitäten des Magnetfeldes).
Die zweite Gruppe von Verfahren erfordert eine zusätzliche Messung eines bildbasierten Navigators. Bei einigen Sequenzen kann dieser in ungenutzten Zeitabschnitten der Sequenz eingefügt werden. Tisdall et al. (ISMRM 2009, "MPRAGE using EPI navigators for prospective motion correction", ISMRM = International Society for Magnetic Resonance Medicine) schlagen diesen Ansatz vor, um in einer MPRAGE-Sequenz in der Inversionszeit einen zusätzlichen 3D-EPI-Navigator einzufügen. Im Allgemeinen ist dies jedoch nicht für alle Sequenzen ohne Änderung des Zeitverhaltens möglich, insbesondere für solche Sequenzen nicht, die keine dafür notwendigen ungenutzten Zeitabschnitte aufweisen.
Ein zusätzlicher Nachteil der beschriebenen Verfahren (insbesondere der zweiten Gruppe) besteht darin, dass die Aufnahme des Navigatorbildes und die Akquisition des MR-Signals zur Bildgebung leicht zeitversetzt stattfinden. Selbst für den Fall, dass die erfolgte Bewegung des Navigators exakt detektiert und von der Sequenz kompensiert werden kann, verbleiben resultierende Artefakte in den MR-Daten, denn der Bewegungsanteil zwischen dem Zeitpunkt der Akquisition des Navigators und dem Zeitpunkt der Akquisition des gewünschten MR-Bildgebungssignals wird nicht erfasst und kann daher auch nicht kompensiert werden.
Eine weitere Problematik besteht darin, dass die Navigatorbilder, sofern sie mit einer von der MR-Bildgebungssequenz abweichenden MR-Pulssequenz akquiriert werden, abweichende Bildartefakte, wie beispielsweise Verzerrungen, aufweisen können. Werden diese Artefakte durch die Bewegungsdetektion und Kompensation ausgeglichen, können hierdurch in der MR-Bildgebungssequenz Artefakte generiert werden, die ohne Korrektur gar nicht enthalten wären.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems anzugeben, mit dem eine verbesserte Bewegungskorrektur möglich ist, wobei zumindest ein Teil der geschildeten Probleme bei herkömmlichen Bewegungskorrekturverfahren gelöst bzw. zumindest abgemildert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems gemäß Patentanspruch 1, durch eine Ansteuersequenz gemäß Patentanspruch 11, durch ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem gemäß Patentanspruch 12 und durch ein Magnetresonanzbildgebungssystem gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts werden Magnetresonanzrohdaten erfasst. Dabei werden vorzugsweise unterschiedliche Transversalmagnetisierungen in mindestens einem Teilvolumen eines Navigatorvolumens und mindestens einem Teilvolumen eines Bildvolumens angeregt und zur Positionsermittlung und zur Bildgebung genutzt, wobei diese vorzugsweise unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen mindestens in einem Zeitabschnitt der Messung simultan vorliegen. Als Navigatorvolumen sind ein oder auch mehrere Bildbereiche zu verstehen, welche nicht direkt zur Bildaufnahme, sondern auch zur Aufnahme von Referenzdaten genutzt werden, mit denen Bewegungskorrekturen in den zeitgleich aufgenommenen Bilddaten vorgenommen werden können. Das Navigatorvolumen kann Teil des Bildvolumens sein, es kann sich mit diesem auch überschneiden oder von diesem getrennt sein. Als Bildvolumen ist der im Rahmen einer Bildaufnahme abzubildende Bereich eines Untersuchungsobjekts zu verstehen. Als Transversalmagnetisierung soll in diesem Fall eine Magnetisierung verstanden werden, welche in Transversalrichtung zu dem Grundmagnetfeld ausgerichtet ist. Die Transversalmagnetisierungen der unterschiedlichen Teilvolumina sind vorzugsweise unterschiedlich, können aber auch gleich sein. Als Teilvolumen können beispielsweise Schichten oder auch die vorstehend als „Slabs“ bezeichneten Teilvolumen verstanden werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine simultane Aufnahme sowohl des Bildvolumens als auch des Navigatorvolumens. Somit können die zeitgleich aufgenommenen Navigatordaten zur Bewegungskorrektur der Bilddaten verwendet werden. Da die Navigatordaten exakt gleichzeitig mit den Bilddaten erfasst werden, kann die Bewegungskorrektur der Bilddaten deutlich präziser erfolgen als bei herkömmlichen Verfahren, bei denen die Akquisition der Navigatordaten und der Bilddaten zeitlich versetzt stattfindet. Mithin wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine verbesserte Bildqualität bei der Bildaufnahme von dynamischen Prozessen erreicht. Die Akquisition der Navigatordaten und der Bilddaten wird bevorzugt, aber nicht darauf beschränkt, mit unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen vorgenommen. Mit diesen unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen sind unterschiedliche Kontrasteigenschaften der Bildgebung verbunden. Somit können die Kontrasteigenschaften des Navigatorbildes und der eigentlichen Bildaufnahme unterschiedlich gewählt werden. Beispielsweise kann der Kontrast des Navigatorbildes deutlich schwächer gewählt werden, weil die Anforderungen an die Detailgenauigkeit des Navigatorbildes geringer sind. Diese Vorgehensweise hat den vorteilhaften Effekt, dass mit dem schwächeren Kontrast des Navigatorbildes eine geringere SAR-Belastung und eine geringere HF-Spitzenleistung einhergehen, so dass die Belastung eines Patienten und die Beanspruchung der verwendeten Apparatur niedriger ausfallen können.
Die erfindungsgemäße Ansteuersequenz zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems weist mindestens einen Pulssequenzabschnitt auf, welcher einen Anregungsabschnitt und einen nachfolgenden Ausleseabschnitt umfasst.
Der Anregungsabschnitt umfasst folgende Pulsanordnung:

– einen Schichtselektionsgradientenpuls in Schichtselektionsrichtung und
– eine Mehrzahl von HF-Anregungspulsen zur Beeinflussung mindestens eines Navigatorteilvolumens und mindestens eines mit dem mindestens einen Navigatorteilvolumen simultan abzubildenden Teilvolumens eines Bildvolumens.

Die Beeinflussung der Teilvolumen kann vorzugsweise derart erfolgen, dass sich der Magnetisierungszustand des mindestens einen Navigatorteilvolumens und des mindestens einen Teilvolumens des Bildvolumens beeinflusst durch einen weiteren Bildgebungsparameter, welcher nicht die Selektion der Navigatorschicht und der Bildvolumenschicht betrifft, unterscheidet.
Allgemein wird als Schichtselektionsgradient ein Gradientenmagnetfeld verstanden, mit dem einzelnen Teilvolumina oder auch Schichten ein in einer Richtung ortsabhängiges Magnetfeld aufgeprägt wird. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ansteuersequenz ist unter einem Schichtselektionsgradient ein Gradientenmagnetfeld zu verstehen, welches unterschiedlichen Schichtstapeln oder Schichtgruppen oder Gruppen von Teilvolumina unterschiedliche Magnetfeldstärken zugeordnet, so dass beispielsweise ein gleichzeitig mit dem Schichtselektionsgradientenpuls ausgestrahlter HF-Anregungspuls nur auf den selektierten Schichtstapel bzw. die selektierte Schichtgruppe oder die selektierte Gruppe von Teilvolumen wirkt. Vorzugsweise wirkt der Schichtselektionsgradient also als gemeinsamer Schichtselektionsgradient für das abzubildende Navigatorteilvolumen und das damit simultan abzubildende Teilvolumen eines Bildvolumens.
Als die Selektion der einzelnen Schichten betreffender Bildgebungsparameter kann zum Beispiel die Anregungsfrequenz oder die relative Phase, mit der die betreffenden Schichten angeregt werden, verstanden werden. Vorzugsweise werden die Magnetisierungszustände des mindestens einen Navigatorteilvolumens und des mindestens einen Teilvolumens des Bildvolumens durch zusätzliche Bildgebungsparameter beeinflusst, die nicht direkt der Schichtselektion dienen.
Der nachfolgende Ausleseabschnitt umfasst ein Auslesefenster zum Auslesen von HF-Signalen zur Akquisition von Magnetresonanzrohdaten.
Als weitere Bildgebungsparameter sollen insbesondere Größen verstanden werden, welche den Bildkontrast der MR-Bildaufnahmen beeinflussen. Außerdem kann der Pulssequenzabschnitt auch mehrere Gradientenpulse in Schichtselektionsrichtung umfassen. In diesem Sinn soll die den unbestimmten Artikel verwendende Formulierung „einen Schichtselektionsgradientenpuls“ nicht einschränkend verstanden werden. Unter einer Pulssequenz soll wie üblich in der Magnetresonanztomographie eine Abfolge von Hochfrequenzpulsen und Magnetfeldgradientenschaltungen unterschiedlicher Stärke und Dauer verstanden werden, mit der ein Kerspinresonanzsignal erzeugt wird. Unter einem Pulssequenzabschnitt soll ein von der Grundkonzeption her sich mehrfach wiederholender Abschnitt der Pulssequenz verstanden werden, wobei bei jeder Wiederholung Änderungen, beispielsweise bezüglich der Gradientenschaltungen, vorgenommen werden können.
Das erfindungsgemäße Ansteuersequenz-Ermittlungssystem ist dazu ausgebildet, die erfindungsgemäße Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem zu ermitteln. Das Ansteuersequenz-Ermittlungssystem kann zum Beispiel Teil einer Steuereinrichtung des Magnetresonanzbildgebungssystems sein.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem umfasst eine Steuereinrichtung, welche zur Steuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise das erfindungsgemäße Ansteuersequenz-Ermittlungssystem. Das erfindungsgemäße Ansteuersequenz-Ermittlungssystem kann aber auch außerhalb der Steuereinrichtung als getrenntes System in dem Magnetresonanzbildgebungssystem untergebracht sein.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Steuerungseinheit des Magnetresonanzbildgebungssystems sowie das Ansteuersequenz-Ermittlungssystem. Grundsätzlich können diese Komponenten aber auch zum Teil, insbesondere wenn es um besonders schnelle Berechnungen geht, in Form von softwareunterstützter Hardware, beispielsweise FPGAs oder dergleichen, realisiert sein. Ebenso können die benötigten Schnittstellen, beispielsweise wenn es nur um eine Übernahme von Daten aus anderen Softwarekomponenten geht, als Softwareschnittstellen ausgebildet sein. Sie können aber auch als hardwaremäßig aufgebaute Schnittstellen ausgebildet sein, die durch geeignete Software angesteuert werden.
Insbesondere kann das erfindungsgemäße Ansteuersequenz-Ermittlungssystem Teil eines Benutzerterminals bzw. einer Steuereinrichtung eines MR-Systems sein.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein entsprechendes Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm gelöst, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt kann neben dem Computerprogramm gegebenenfalls zusätzliche Bestandteile wie z. B. eine Dokumentation und/oder zusätzliche Komponenten auch Hardware-Komponenten, wie z.B. Hardware-Schlüssel (Dongles etc.) zur Nutzung der Software, umfassen.
Zum Transport zur Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in der Steuereinrichtung kann ein computerlesbares Medium, beispielsweise ein Memorystick, eine Festplatte oder ein sonstiger transportabler oder fest eingebauter Datenträger dienen, auf welchem die von einer Rechnereinheit der Steuereinrichtung einlesbaren und ausführbaren Programmabschnitte des Computerprogramms gespeichert sind. Die Rechnereinheit kann z.B. hierzu einen oder mehrere zusammenarbeitende Mikroprozessoren oder dergleichen aufweisen.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts werden simultan mit Bilddaten erfasste Navigatorbilddaten zur Echtzeit-Positionskorrektur des aktuellen Bildaufnahmebereichs des Untersuchungsobjekts verwendet. D.h., die Navigatorbilddaten werden als Information bezüglich einer Bewegung des Aufnahmebereichs genutzt. Diese Information wird auf die Orientierung der zukünftig zu messenden Bildanteile angewandt, so dass eine prospektive Bewegungskompensation erreicht wird. Es kann also der Aufnahmebereich während der Bildaufnahme einer Bewegung entsprechend nachgeführt werden, so dass Verschiebungen und Artefakte innerhalb einer einzelnen Bildaufnahme sowie zwischen zeitlich nacheinander aufgenommenen Bilddaten reduziert werden können.
Außerdem können die erfassten Navigatorbilddaten alternativ oder zusätzlich auch zur retrospektiven Positionskorrektur von aufgenommenen Bilddaten verwendet werden. Dabei werden die simultan erfassten Navigatorbilddaten dazu genutzt, die zeitgleich erfassten Bilddaten aus dem Bildvolumen hinsichtlich Artefakten aufgrund von Bewegungen des aufzunehmenden Bildvolumens zu korrigieren. Bei ergänzender Anwendung einer retrospektiven Korrektur kann die Qualität der Bildaufnahmen weiter verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts ist die Anzahl der Teilvolumen, beispielsweise Schichten, des Navigatorvolumens kleiner als die Anzahl der Teilvolumen, insbesondere Schichten, des Bildvolumens. Zusätzlich kann die Bildaufnahme des Navigatorvolumens mit einem höheren Beschleunigungsfaktor erfolgen. Beide Maßnahmen führen dazu, dass das Navigatorvolumen mit einer höheren Geschwindigkeit bzw. häufiger abgetastet wird als das Bildvolumen. Wird eine Bildaufnahme von einem sich rasch ändernden Untersuchungsbereich vorgenommen, so kann dem mit einer beschleunigten Navigatoraufnahme Rechnung getragen werden, um Artefakte aufgrund der hohen Dynamik des Systems bei der Bildaufnahme zu kompensieren bzw. zu korrigieren. D.h., die Erfassung der Bewegung des zu untersuchenden Objekts kann mit deutlich erhöhter Aktualisierung im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden durchgeführt werden.
Der Beschleunigungsfaktor gibt an, wie viele Schichten gleichzeitig gemessen werden. Ein Teil der gleichzeitig gemessenen Schichten wird zur Bildgebung verwendet, ein anderer Teil zu Navigatorzwecken. Eine schnellere Abtastung des Navigatorbereichs ist dann gegeben, wenn gilt, dass der Quotient aus der Anzahl der Teilvolumina des Bildgebungsvolumens und dem Beschleunigungsfaktor für das Bildgebungsvolumen größer ist als der Quotient aus der Anzahl der Navigatorteilvolumina und dem Beschleunigungsfaktor für die Bildaufnahme der Navigatorteilvolumina.
Alternativ kann das Navigatorvolumen auch höher aufgelöst als das Bildvolumen abgetastet werden, wenn zum Beispiel eine robuste dreidimensionale Bewegungsdetektion für ein Bildgebungsvolumen erforderlich ist, das aus einer sehr geringen Anzahl von Schichten besteht.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts bei dem Einsatz eines Magnetresonanzbildgebungssystems mit einer Mehrzahl von N Spulen zumindest für einen Teil der unterschiedlichen simultan vorliegenden Transversalmagnetisierungen der Navigatorteilvolumen und der Teilvolumen des Bildvolumens jeweils eine Referenzmessung durchgeführt. Auf Basis der Referenzmessungen wird anschließend eine Berechnung von Faltungsmatrizen durch Kombination der einzelnen Referenzmessungen vorgenommen, wobei unterschiedliche Faltungsmatrizen für unterschiedliche Abstände von Teilvolumen bzw. Schichtabstände berechnet werden. Auf Basis der Faltungsmatrizen werden sogenannte Faltungskerne berechnet, deren Zusammensetzung sich bei unterschiedlichen Abständen zwischen dem Teilvolumen des Bildvolumens und dem Navigatorteilvolumen, im Speziellen der Bildvolumenschicht und der Navigatorschicht, ändert. Eine Änderung der Abstände simultan abgetasteter Schichten tritt beispielsweise bei den Varianten mit unterschiedlicher Abtastgeschwindigkeit des Bildvolumens und des Navigatorvolumens auf. Dabei erfolgt optional auch eine Anpassung der Berechnung der Faltungskerne dahingehend, dass zumindest für einen Teil der Permutationen der Zielkontraste oder der Reihenfolge von Teilvolumen spezifische Faltungskerne berechnet werden.
In einer besonders praktikablen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts bilden das Navigatorvolumen und das Bildvolumen eine nichtleere Schnittmenge. Beispielsweise kann das Bildvolumen das gesamte Navigatorvolumen umfassen. Bei dieser Variante ist das Bildvolumen teilweise oder gar vollständig durch das Navigatorvolumen abdeckbar. Durch die zumindest teilweise Identität von Navigatorvolumen und Bildvolumen können die im Navigatorvolumen auftretenden Bewegungen direkt auf das Bildvolumen übertragen werden. Anders ausgedrückt, können insbesondere bei nichtrigiden Untersuchungsbereichen auch Relativbewegungen innerhalb der Bereiche bei der Bildkorrektur mitberücksichtigt werden.
Besonders bevorzugt wird das Navigatorvolumen entlang der Schichtnormalen auf einer Seite außerhalb des Bildvolumens positioniert. Ist das Navigatorvolumen außerhalb des Bildvolumens angeordnet, so wird die eigentliche Bildaufnahme nicht durch die Navigatorbildaufnahme beeinflusst. Insbesondere treten keine Sättigungen von abzubildenden Schichten aufgrund der Navigatorbildaufnahme auf, die bei der eigentlichen Bildaufnahme der Schicht zu einer Kontrastverfälschung führen könnten. Die Anwendung dieser Variante funktioniert besonders gut und präzise, wenn das Untersuchungsobjekt im Bildvolumen und im Navigatorvolumen das gleiche Bewegungsverhalten aufweist.
In einer besonders vorteilhaft anzuwendenden Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts wird das Navigatorvolumen entlang der Schichtnormalen auf beiden Seiten außerhalb des Bildvolumens positioniert. Da die beiden Navigatorvolumen relativ weit voneinander entfernt sind, werden bei dieser Variante insbesondere rotatorische Bewegungsanteile exakter oder robuster erfasst. Außerdem lässt sich das zweite Navigatorvolumen zur Konsistenzprüfung der ermittelten Bewegung des Untersuchungsbereichs nutzen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts werden mehr als zwei Navigatorvolumen akquiriert, welche an einer beliebigen vorbestimmten Position entlang der Schichtnormalen positioniert sind. Diese Ausgestaltung umfasst auch beliebige Überlappungen von Navigatorvolumen und Bildgebungsvolumen. Vorzugsweise kann eines der Navigatorvolumen in Richtung der Schichtnormalen bzw. der Richtung des Schichtselektionsgradienten betrachtet näher an dem Bildvolumen positioniert sein als das zweite bzw. die anderen Navigatorvolumen.
Bei diesen Ausgestaltungen können spezifische Aktualisierungsraten für die jeweiligen Navigatorvolumen realisiert werden. Dabei können die Navigatorvolumen sowohl teilweise innerhalb und auch außerhalb des Bildbereichs bzw. Bildvolumens liegen. Hierbei ist jedoch auf eine geeignete Akquisitionsreihenfolge der Teilvolumina bzw. Schichten zu achten, damit nicht zeitgleich ein Teilvolumen des Navigatorvolumens und ein Teilvolumens des Bildvolumens bzw. im Speziellen eine Bildgebungsschicht und eine Navigatorschicht an gleicher oder nur wenig abweichender Position abgetastet werden.
In einer speziellen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts wird zur Ansteuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems eine Pulssequenz mit mindestens einem Pulssequenzabschnitt erzeugt. Der mindestens eine Pulssequenzabschnitt umfasst einen Anregungsvorgang und einen Auslesevorgang. Der Anregungsvorgang weist die folgenden Schritte auf:

– Erzeugen eines Schichtselektionsgradientenpulses in Schichtselektionsrichtung,
– Erzeugen der vorzugsweise unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen durch Erzeugen einer Mehrzahl von unterschiedlichen HF-Anregungspulsen zur Beeinflussung mindestens eines Teilvolumens des Navigatorvolumens und mindestens eines mit dem Teilvolumen des Navigatorvolumens simultan abzubildenden Teilvolumens des Bildvolumens, derart, dass sich der Magnetisierungszustand des mindestens einen Navigatorteilvolumens und der Magnetisierungszustand des mindestens einen Teilvolumens des Bildvolumens beeinflusst durch einen weder die Anregungsfrequenz noch die Anregungsphase betreffenden weiteren Bildgebungsparameter unterscheiden.

Vorzugsweise unterscheidet sich der dem mindestens einen Teilvolumen des Navigatorvolumens zugeordnete HF-Anregungspuls hinsichtlich eines vorzugsweise weder die Anregungsfrequenz noch die Anregungsphase betreffenden Bildgebungsparameters gegenüber dem mindestens einen Teilvolumen des Bildvolumens zugeordneten HF-Anregungspuls. D.h., mit den unterschiedlichen HF-Anregungspulsen werden in simultan angeregten Teilvolumen des Bildvolumens und Navigatorteilvolumen unterschiedliche Kontraste angeregt.
Der nachfolgende Auslesevorgang umfasst die folgenden Schritte:

– Erzeugen eines oder mehrerer Auslese-Gradientenpulse für die simultan abzubildenden, durch Einstrahlen der HF-Anregungspulse beeinflussten Teilvolumen,
– Empfangen von HF-Signalen zur Akquisition von Magnetresonanzrohdaten.

Die weiteren unterschiedlich gewählten Bildgebungsparameter können mindestens eine der folgenden Größen umfassen:

– Amplitudenwert,
– Amplitudenverlauf,
– Phasenverlauf,
– Anzahl der Anregungspulse,
– Startzeitpunkt und Dauer,
– Sequenztyp.

Somit können nicht nur einzelne, simultan ausgespielte HF-Anregungspulse unterschiedliche Bildgebungsparameter aufweisen, sondern es können auch ganze unterschiedliche Sequenzen simultan geschaltet werden, wobei eine der Sequenzen der Anregung einer Navigatorschicht dient und eine andere Sequenz der Anregung einer Bildvolumenschicht dient.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten eines Bildaufnahmebereichs eines Untersuchungsobjekts können beispielsweise mit Hilfe der unterschiedlich gewählten Parameter zumindest für einen Teil der simultan abzubildenden Navigatorteilvolumen und Bildgebungsteilvolumen Anregungen mit unterschiedlichen Flipwinkel erzeugt werden. Mit Hilfe der unterschiedlichen Flipwinkel lassen sich Anforderungen hinsichtlich eines Bildkontrasts und hinsichtlich einer maximalen SAR-Belastung sowie einer HF-Spitzenleistung aufeinander abstimmen. Somit lässt sich das synchrone SMS-Navigatorkonzept auch auf Bildsequenzen anwenden, deren SMS-Beschleunigung durch SAR-Beschränkungen nur sehr eingeschränkt möglich ist, wie zum Beispiel Spin-Echo-Sequenzen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung mehrerer Akquisitionsschemata zur simultanen Aufnahme mehrerer Schichten,
2 eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von Navigatorschichten und Bildvolumenschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 den zeitlichen Verlauf einer ersten SMS-Pulssequenz, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
4 den zeitlichen Verlauf einer zweiten SMS-Pulssequenz mit selektiver Anregung von bestimmten Materialien in der Bildgebungsschicht, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
5 den zeitlichen Verlauf einer dritten SMS-Pulssequenz mit selektiver Anregung von bestimmten Materialien in der Bildgebungsschicht sowie der Navigatorschicht, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
6 den zeitlichen Verlauf einer vierten SMS-Pulssequenz, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
7 den zeitlichen Verlauf einer fünften SMS-Pulssequenz, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
8 den zeitlichen Verlauf einer sechsten SMS-Pulssequenz, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
9 den zeitlichen Verlauf einer siebten SMS-Pulssequenz, welche für ein dem Schema der 2 entsprechendes Akquisitionsverfahren verwendet werden kann,
10 eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von Navigatorschichten und Bildvolumenschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Aufnahme der Navigatorschichten beschleunigt durchgeführt wird,
11 eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von an verschiedenen Positionen in Schichtrichtung angeordneten Navigatorvolumen und eines Bildvolumens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Aufnahme des Navigatorvolumens beschleunigt durchgeführt wird,
12 die Berechnung von Faltungsmatrizen und Faltungskernen im Rahmen einer Referenzmessung,
13 die Anwendung der Faltungskerne zur Trennung zeitgleich gemessener k-Raum-Rohdaten
14 ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
15 ein Magnetresonanzbildgebungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 sind drei Teilschaubilder zur Veranschaulichung eines Akquisitionsschemas für eine simultane Mehrschicht-Bildgebung (SMS) gezeigt. In einer ersten Teilabbildung ist ein Akquisitionsschema für ein MR-Magnetresonanzbildgebungsverfahren mit Einzelschichtaufnahme gezeigt. Dabei wird eine unbeschleunigte Messung mit 6 verschachtelt aufgenommenen Schichten dargestellt. Dafür sind für den Fall einer Echoplanar-Bildgebung 6 Schicht-Anregungen und 6 Auslesezyklen erforderlich. Am linken Rand des ersten Teilschaubilds ist ein Schichtindex SI einer jeweiligen Schicht angegeben. Der Schichtindex SI läuft in diesem Fall von 0 bis 5. Am rechten Rand des ersten Teilschaubilds sind Akquisitionsindizes AI angegeben. Diese zeigen an, in welcher Reihenfolge welche Schicht angeregt und ausgelesen wird. Bei dem ersten Teilschaubild erfolgt eine verschachtelte Anregung von Einzelschichten. D.h., es werden die Schichten in der Reihenfolge 1, 3, 5, 0, 2, 4 angeregt und ausgelesen.
In einer zweiten Bilddarstellung werden ebenfalls 6 Schichten aufgenommen, jedoch mit einem beschleunigten SMS-Bildgebungsverfahren mit dem Beschleunigungsfaktor 2. D.h., es werden gleichzeitig immer 2 Schichten angeregt und auch ausgelesen.
Somit sind bei diesem Bildgebungsverfahren für die Akquisition lediglich 3 Anregungs- und Auslesezyklen erforderlich. Dies ist auch mit den am rechten Rand dargestellten Akquisitionsindizes AI angedeutet, die in diesem Fall nur von 0 bis 2 laufen. In einem ersten Anregungs- und Auslesezyklus werden die Schichten 1 und 4 aufgenommen, in einem zweiten Zyklus die Schichten 0 und 3 und in einem dritten Zyklus die Schichten 2 und 5 aufgenommen.
Ein drittes Teilschaubild zeigt eine Bildaufnahme von 21 Schichten mit Hilfe eines beschleunigten SMS-Bildgebungsverfahrens mit dem Beschleunigungsfaktor 3. D.h., es werden gleichzeitig immer 3 Schichten angeregt und auch ausgelesen. Somit sind bei diesem Bildgebungsverfahren für die Akquisition lediglich 7 Anregungs- und Auslesezyklen erforderlich. Dies ist auch mit den am rechten Rand dargestellten Akquisitionsindizes AI angezeigt, die in diesem Fall nur von 0 bis 6 laufen. In einem ersten Anregungs- und Auslesezyklus werden die Schichten 0, 7 und 14 aufgenommen, in einem zweiten Zyklus die Schichten 2, 9 und 16 und in einem dritten Zyklus die Schicht 4, 11 und 18. In einem vierten Anregungs- und Auslesezyklus werden die Schichten 6, 13 und 20 aufgenommen, in einem fünften Zyklus die Schichten 1, 8 und 15 und in einem sechsten Zyklus die Schichten 3, 10 und 17. Schließlich werden in einem siebten Zyklus noch die verbleibenden Schichten 5, 12 und 19 aufgenommen. Indem die simultan aufgenommenen Schichten bestmöglich über das Volumen verteilt werden, wird erreicht, dass die Signale der simultan aufgenommenen Schichten nicht durch Wechselwirkungen zwischen einzelnen angeregten Schichten verfälscht werden, was zum Beispiel der Fall sein könnte, wenn direkt benachbarte Schichten simultan angeregt würden. Der auszulesende Bildbereich ist in Schichtgruppen SG1, SG2, SG3 eingeteilt, von denen jeweils immer eine Schicht aus einer Schichtgruppe SG1 simultan mit Schichten abgetastet wird, die den anderen Schichtgruppen SG2, SG3 zugeordnet sind.
In 2 ist eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von Navigatorschichten und Bildvolumenschichten im Kopfbereich eines Patienten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Es werden 7 Bildgebungsschichten von einer mittleren Kopfpartie erfasst und gleichzeitig werden oberhalb und unterhalb des Bildvolumens BV Navigatorschichten der Navigatorvolumen NV1, NV2 aufgenommen. Insgesamt werden also immer 3 Schichten, eine Bildschicht und jeweils eine Navigatorschicht aus dem Bereich oberhalb des Bildvolumens und unterhalb des Bildvolumens simultan aufgenommen. Die Schichtabstände der zeitgleich angeregten Schichten, beispielsweise die Schichten mit den Schichtindizes 2, müssen nicht identisch sein. Es kann in Abhängigkeit von der konkreten Anwendung sinnvoll sein, einen der beiden Navigatorblöcke NV1, NV2 in Schichtrichtung betrachtet näher an dem Bildvolumen BV zu positionieren als den anderen Navigatorblock.
Im Folgenden wird eine Reihe von Pulssequenzen beschrieben, mit denen eine simultane Bildgebung von Navigatoren sowie Bildvolumen besonders effektiv möglich ist. Grundsätzlich können dafür alle bekannten Pulssequenzen zur simultanen Bildgebung von mehreren Schichten, auch SMS-Pulssequenzen genannt, verwendet werden. Meistens werden bei solchen SMS-Pulssequenzen für unterschiedliche simultan angeregte Schichten unterschiedliche HF-Anregungspulse verwendet, welche sich zum Beispiel hinsichtlich der Frequenz oder Phase unterscheiden. Die zur Ansteuerung eines Schichtstapels von mehreren Schichten verwendeten Gradientenpulse dagegen wirken global auf alle simultan angeregten Schichten.
Es besteht jedoch zusätzlich die Möglichkeit, die simultane Anregung dahingehend zu variieren, dass für die simultan angeregten Schichten Anregungspulse mit unterschiedlicher Amplitude, Dauer und Form oder gänzlich unterschiedliche Pulssequenzen ausgespielt werden, so dass deren Eigenschaften an die spezifischen Anforderungen für Navigatoren und die Aufnahme eines Bildvolumens angepasst werden können. Beispielsweise können bei gleichzeitiger Bildgebung und Navigation für die Navigatorschichten und die Bildschichten unterschiedliche Kontraste erzeugt werden. Die Variation der Kontraste kann zum Beispiel dazu eingesetzt werden, um die zusätzliche SAR-Belastung durch den Navigator zu reduzieren. Weiterhin kann mit einer Änderung des Kontrasts des Navigators auch eine benötigte HF-Spitzenleistung für die simultane Pulseinstrahlung reduziert werden. Auf diese Weise können bauartbedingte Maximalwerte eingehalten werden, ohne bei der Bildgebung selbst den Kontrast zu verändern. Es kann auch der Fall auftreten, dass der Kontrast für die Bildgebung für die Navigatoraufnahme ungeeignet ist, da er zum Beispiel mit einem zu geringen Signal/Rauschverhältnis verbunden ist. Indem der Kontrast für die Navigatoraufnahme unabhängig von dem Kontrast für die Bildaufnahme gewählt wird, kann beiden Anforderungen besser Rechnung getragen werden. Zudem kann auch ein Vorsättigungseinfluss durch eine Navigatoraufnahme, wenn die gleiche Schicht anschließend auch zur Bildaufnahme verwendet wird, durch eine entsprechende Kontrastwahl für den Navigator reduziert werden, so dass die Bildqualität der betreffenden Schicht bei der anschließenden Bildaufnahme dieser Schicht verbessert ist.
In den folgenden Beispielen für vorteilhaft anwendbare Pulssequenzen, welche in 3 bis 9 dargestellt sind, wird jeweils eine simultane Anregung von einer Navigatorschicht und einer Bildvolumenschicht beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, wie es ja bereits in 2 veranschaulicht wurde, mehrere Navigatorschichten zugleich mit einer oder mehreren Bildvolumenschichten oder auch mehrere Bildvolumenschichten simultan mit einer Navigatorschicht anzuregen. Auch diese Varianten sollen ausdrücklich Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sein.
In 3 ist der zeitliche Verlauf einer ersten SMS-Pulssequenz gezeigt, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens konzipiert ist. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zahl der simultan angeregten und ausgelesenen Schichten auf 2 beschränkt. Dies dient jedoch nur der besseren Veranschaulichung. Selbstverständlich können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch mehr als zwei Schichten gleichzeitig angeregt und ausgelesen werden. Außerdem erfolgt bei einer Abtastung eines zu untersuchenden Bereichs eine Wiederholung einer Anregung mit der gezeigten Pulssequenz, z.B. für unterschiedliche abzutastende Schichten des Bildvolumens und des simultan abzutastenden Navigatorvolumens, wobei sich die Parameter der Anregungspulse (die Anregungsfrequenz) und Gradienten (die Amplitude) ändern.
In der ersten Zeile HF1 ist ein erster HF-Anregungspuls HF1a mit einem Frequenzoffset ω₁ und einem Flipwinkel α₁ gezeigt. Mit dem ersten HF-Anregungspuls wird eine Schicht in einem Bildvolumen angeregt. In der zweiten Zeile HF2 ist ein zweiter HF-Anregungspuls HF2a mit einem sich von dem Frequenzoffset ω₁ des ersten HF-Anregungspulses HF1a unterscheidenden Frequenzoffset ω₂ und einem sich von dem Flipwinkel α₁ unterscheidenden Flipwinkel α₂ gezeigt. Mit dem zweiten HF-Anregungspuls HF2a wird simultan zu dem ersten HF-Anregungspuls HF1a eine Schicht in einem Navigatorvolumen NV angeregt. In der dritten Zeile Gs ist ein Schichtselektionsgradient Gs1 gezeigt. Die Frequenzoffsets ω₁, ω₂ der HF-Anregungspulse HF1a, HF2a bestimmen zusammen mit der Amplitude des Schichtselektionsgradienten Gs1 die Position der angeregten Schichten. Ein nach dem Gradienten Gs1 ausgespielter Gradient Gs2 in Schichtrichtung dient als Rephasiergradient. In der vierten Zeile Gr sind zwei Frequenzkodiergradienten Gr1, Gr2 zu erkennen und in der fünften Zeile Gp ist ein Phasenkodiergradient Gp1 dargestellt. Mit Hilfe der Frequenzkodiergradienten Gr1, Gr2 und des Phasenkodiergradienten Gp1 erfolgt eine Abtastung des k-Raums für die mit dem Schichtselektionsgradienten Gs1 ausgewählten beiden Schichten. Die Trennung der akquirierten Rohdaten bzw. rekonstruierten Bilddaten der beiden Schichten wird anschließend in einem Auswertungsschritt auf Basis der räumlichen Sensitivitätsprofile der Empfangsspulen, zum Beispiel mit dem grundsätzlich bekannten GRAPPA-Verfahren oder dem SENSE-Verfahren durchgeführt. Anschließend erfolgt (für den Fall des GRAPPA-Verfahrens) noch eine Bildrekonstruktion der separierten Rohdaten auf die bereits in der Einleitung beschriebene Art und Weise.
Indem für die beiden Schichten des Bildvolumens und des Navigatorvolumens Spins mit unterschiedlichen Flip-Winkeln angeregt werden, werden simultan zwei Bilder mit unterschiedlichen Kontrasteigenschaften aufgenommen. Der Zusammenhang zwischen der Anregung der Flipwinkel α_i und der Bildintensität S sowie weiteren Parametern wie der Echozeit TE und der Repetitionszeit TR ergibt sich im Fall des Gradientenechos bei gegebenen Materialparametern, d.h. der Longitudinalrelaxation T1, der Transversalrelaxation T2(*) und der Protonendichte PD, zu:
Bei der Anregung mit unterschiedlichen Flipwinkeln α_i haben unterschiedliche Schichten also unterschiedliche Bildintensitätswerte S und damit auch unterschiedliche Kontrastwerte. Somit ist es möglich, von einem Bildbereich eines zu untersuchenden Objekts ein Bild mit einem anderen Kontrast aufzunehmen als von einem Navigatorbereich.
Ein abweichender Kontrast bei der Aufnahme des Navigatorvolumens im Vergleich zu dem Bildvolumen hat den Vorteil, dass zum Beispiel die SAR-Belastung durch den Navigator reduziert werden kann. Außerdem kann die HF-Spitzenleistung für die simultane Pulseinstrahlung begrenzt werden. Eine individuelle Wahl des Kontrasts für den Navigator erlaubt es zum Beispiel, den Navigator auch dann simultan mit dem Bildvolumen aufzunehmen, wenn der Kontrast der Bildaufnahme für die Aufnahme des Navigatorvolumens ungeeignet ist. Überdies kann ein Vorsättigungseinfluss der Navigatoraufnahme bezogen auf eine nachfolgende Bildgebungsaufnahme der gleichen Schicht oder einer benachbarten Schicht vermieden werden.
In 4 ist ein Pulssequenz-Diagramm zur Veranschaulichung einer zweiten SMS-Pulssequenz gezeigt, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens konzipiert ist. Dabei wird eine Schicht BG des Bildvolumens durch Verwendung eines Binomialpulses chemisch selektiv angeregt. Unter einem Binomialpuls ist eine Pulsfolge mehrerer Teilanregungspulse HF1a, HF1b, HF1c zu verstehen. Die Bezeichnung leitet sich aus dem Amplitudenverhältnis der Einzelpulse ab. Beispielsweise sind Amplitudenverhältnisse 1-1, 1-2-1 oder 1-3-3-1 entsprechend den Binomialkoeffizienten möglich. Bei einer solchen Anregung wird zunächst ein erster HF-Teilanregungspuls HF1a mit einem ersten Flipwinkel α₁ und einem ersten Frequenzoffset ω₁ für eine erste Schicht BG (siehe Zeile 1, mit HF1 gekennzeichnet), in diesem Fall eine Schicht BG des Bildvolumens, ausgespielt. Anschließend wird ein zweiter HF-Teilanregungspuls HF1b mit dem doppelten Flipwinkel 2α₁ und dem gleichen Frequenzoffset ω₁ für die erste Schicht BG ausgespielt. Nachfolgend wird ein dritter HF-Teilanregungspuls HF1c mit dem Flipwinkel α₁ und dem ersten Frequenzoffset ω₁ für die erste Schicht BG ausgespielt. Simultan zu den jeweiligen HF-Pulsen HF1a, HF1b, HF1c werden auch Gradientenpulse Gs1, Gs2, Gs3 in Schichtrichtung ausgespielt, mit denen ein anzuregender Schichtstapel selektiert wird. Simultan mit dem dritten HF-Teilanregungspuls HF1c für die erste Schicht wird außerdem ein HF-Anregungspuls HF2a mit einem zweiten Flipwinkel α₂ und einem zweiten Frequenzoffset ω₂ für eine zweite Schicht NV, in diesem Fall eine Navigatorschicht, ausgespielt. Die zweite Schicht NV wird mit einer Gradienten-Echo-Sequenz angeregt. Dabei wird der bereits für die Schichtselektion des dritten HF-Teilanregungspulses HF1c der ersten Schicht BG verwendete dritte Schichtselektionsgradient Gs3 auch für die Schichtselektion des HF-Anregungspulses HF2a der zweiten Schicht NV verwendet. Überdies wird ein vierter Gradient Gs4 in Schichtrichtung anschließend für die Rephasierung der Magnetisierung in beiden Schichten ausgespielt. Die Anregung der Spins unterschiedlicher Moleküle wird zwischen den Teilanregungspulsen kurz unterbrochen, um eine gewünschte Phasenevolution der mit einer anderen Frequenz präzedierenden zweiten Spin-Spezies zu erlauben. Da unterschiedliche Bindungszustände der Protonen in unterschiedlichen Molekülen vorliegen, welche auf äußere Magnetfelder unterschiedlich reagieren, weisen die Protonen in unterschiedlichen Molekülen unterschiedliche Präzessionsfrequenzen auf und können somit mit einem Binomialpuls in der beschriebenen Weise selektiv angeregt werden.
In 5 ist ein Pulssequenz-Diagramm zur Veranschaulichung einer dritten SMS-Pulssequenz gezeigt, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens ausgelegt ist. Dabei werden im Unterschied zu der in 4 gezeigten zweiten SMS-Pulssequenz bei der dritten Pulssequenz in beiden Schichten, d.h. einer Navigatorschicht NV und einer Bildgebungsschicht BG, unterschiedliche Spin-Spezies chemisch selektiv angeregt. Bei Verwendung von Binomialpulsen gelingt dies beispielsweise durch Invertierung der Phase jedes zweiten HF-Teilanregungspulses HF2b.
Für den speziellen Fall, dass in einer Schicht, beispielswiese der Navigatorschicht NV, Wasserstoffkerne der Fettmoleküle angeregt werden und in der anderen Schicht, beispielsweise der Bildgebungsschicht BG, Wasserstoffkerne der Wassermoleküle angeregt werden, findet hierbei in der Schicht mit Anregung der Kerne der fettgebundenen Wasserstoffatome keine Vorsättigung des wassergebundenen Anteils statt. Die als Navigatorschicht NV gekennzeichnete Schicht kann also anschließend ohne Einschränkung bzw. Abstriche bei der Bildqualität auch noch für die Bildgebung verwendet werden.
Mit einem ersten Binomialpuls für die Bildgebungsschicht BG, welcher erste bis dritte HF-Teilanregungspulse HF1a, HF1b, HF1c umfasst, wird eine erste Spinspezies einer ersten Molekülart, in diesem Fall Wassermoleküle, angeregt. Gleichzeitig erfolgt mit einem zweiten Binomialpuls für die Navigatorschicht NV, welcher erste bis dritte HF-Teilanregungspulse HF1b, HF2b, HF3b umfasst, eine Anregung einer zweiten Spinspezies einer zweiten Molekülart, in diesem Fall Fettmoleküle, in der Navigatorschicht.
Im Detail wird zunächst ein erster HF-Teilanregungspuls HF1a mit einem ersten Flipwinkel α₁, einem ersten Frequenzoffset ω₁ und einer Phase mit dem Wert 0 für eine erste Schicht (siehe Zeile 1, mit HF1 gekennzeichnet), in diesem Fall eine Bildgebungsschicht BG, ausgespielt. Simultan mit dem ersten HF-Teilanregungspuls HF1a für die erste Schicht BG wird auch ein erster Teilanregungspuls HF2a mit einem zweiten Flipwinkel α₂ und einem zweiten Frequenzoffset ω₂ und einer Phase mit dem Wert 0 für die zweite Schicht NV, in diesem Fall eine Navigatorschicht, ausgespielt. Simultan zu den beiden HF-Teilanregungspulsen wird auch ein Schichtselektionsgradient Gs1 in Schichtrichtung Gs geschaltet, mit dem die Anregung der Spins auf einen ausgewählten Schichtstapel, bestehend aus Bildgebungsschicht BG und Navigatorschicht NV begrenzt wird.
Danach erfolgt eine kurze Pause, in der eine gewünschte Phasenevolution der mit einer anderen Frequenz als die erste Spinspezies präzedierenden zweiten Spinspezies ermöglicht wird. Anschließend wird ein zweiter HF-Teilanregungspuls HF1b mit dem doppelten Flipwinkel 2α₁ und dem gleichen Frequenzoffset ω₁ für die erste Schicht, d.h. die Bildgebungsschicht BG ausgespielt. Simultan mit dem zweiten HF-Teilanregungspuls HF1b der ersten Schicht BG wird auch ein zweiter HF-Teilanregungspuls HF2b für die zweite Schicht NV ausgespielt. Der zweite HF-Teilanregungspuls HF2b für die zweite Schicht NV weist im Vergleich zu dem ersten HF-Anregungspuls HF2a den doppelten Flipwinkel 2α₂ und den gleichen Frequenzoffset ω₂, aber eine um 180° unterschiedliche Phase auf. Simultan zu den beiden zweiten HF-Teilanregungspulse HF1b, HF2b wird ein zweiter Gradientenpuls Gs2 in Schichtrichtung ausgespielt. Anschließend wird erneut eine kurze Pause eingehalten, in der eine gewünschte Phasenevolution der mit einer anderen Frequenz als die erste Spinspezies präzedierenden zweiten Spinspezies ermöglicht wird. Nachfolgend wird ein dritter HF-Teilanregungspuls HF1c mit dem Flipwinkel α₁ und dem ersten Frequenzoffset ω₁ für die erste Schicht BG ausgespielt. Simultan mit dem dritten HF-Anregungspuls HF1c für die erste Schicht BG wird auch ein dritter HF-Teilanregungspuls HF2c für die zweite Schicht NV ausgespielt, welcher denselben Flipwinkel α₂ und denselben Frequenzoffset ω₂ und dieselbe Phase mit dem Wert 0 wie der erste HF-Teilanregungspuls HF2a für die zweite Schicht NV aufweist. Außerdem wird simultan zu den dritten HF-Teilanregungspulsen HF1c, HF2c auch ein dritter Gradientenpuls Gs3 in Schichtrichtung ausgespielt, mit dem ebenfalls ein anzuregender Schichtstapel, an dem die erste Schicht BG und die zweite Schicht NV Anteil haben, selektiert wird. In beiden Schichten BG, NV erfolgt die Schichtstapelselektion also mit denselben Gradientenpulsen Gs1, Gs2, Gs3. Nach Abschluss des chemisch selektiven Anregungsvorgangs wird noch ein Rephasiergradient Gs4 in Schichtrichtung ausgespielt. Schließlich erfolgt der bereits aus 3 und 4 bekannte Ausleseprozess mit Hilfe von Auslesegradienten Gr1, Gr2 und einem Phasenkodiergradient Gp1.
In 6 ist ein Pulssequenz-Diagramm zur Veranschaulichung einer vierten SMS-Pulssequenz veranschaulicht, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens ausgelegt ist. Dabei werden schichtabhängige Kontrastpräparationen – beispielsweise eine Inversions-, Sättigungs- oder T2-Präparation – nur für eine der beiden Schichten, in diesem Ausführungsbeispiel für die Bildgebungsschicht BG, durchgeführt. Hierzu wird ein erster HF-Präparationspuls P1 mit einem Flipwinkel von 180° und einem Frequenzoffset ω₁ zur Präparation des Kontrasts einer ersten Schicht BG, in diesem Fall eine Bildgebungsschicht, ausgespielt. Gleichzeitig dazu wird ein erster Schichtselektionsgradient Gs1 ausgespielt. Anschließend werden als Gradientenpulse Spoilerpulse Gs2, Gr1 und Gp1 in allen Richtungen, d.h., in Schichtselektionsrichtung, in Frequenzkodierrichtung und in Phasenkodierrichtung ausgespielt. Als nächstes werden simultan HF-Anregungspulse HF1a, HF2a für die beiden Schichten, d.h. für die Bildgebungsschicht BG und für die Navigatorschicht NV, mit demselben Flipwinkel, aber verschiedenen Frequenzoffsets ω1, ω2 für verschiedene Schichten ausgespielt. In diesem speziellen Fall sind diese HF-Anregungspulse Teil einer Gradientenecho-Sequenz. Daher folgt auf einen simultan zu den HF-Anregungspulsen HF1a, HF2a ausgespielten Gradientenpuls Gs3 in Schichtrichtung ein weiterer Rephasierungspuls Gs4, welcher ebenfalls auf beide Schichten BG, NV wirkt. Schließlich erfolgt ein Auslesevorgang auf die übliche Weise mit Hilfe von Gradienten Gr2, Gr3 in Frequenzkodierrichtung und einem Gradienten Gp2 in Phasenkodierrichtung.
7 ist ein Pulssequenz-Diagramm zur Veranschaulichung einer fünften SMS-Pulssequenz, gezeigt, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens ausgebildet ist. Hierbei werden unterschiedliche schichtabhängige Kontrastpräparationen für beide Schichten verwendet. Der Aufbau der fünften Pulssequenz entspricht weitgehend dem Aufbau der vierten Pulssequenz, mit der Ausnahme, dass simultan zu dem Präparationspuls P1 für die Bildgebungsschicht BG ein Präparationspuls P2 für die Navigatorschicht NV ausgespielt wird. Dieser zweite Präparationspuls P2 weist einen Flipwinkel von 90° sowie einen von dem Frequenzoffset ω₁ des ersten Präparationspulses P1 unterschiedlichen Frequenzoffset ω₂ auf. Auf diese Weise können unterschiedliche Präparationen in der simultan aufgenommenen Navigatorschicht NV und der Bildgebungsschicht BG durchgeführt werden und entsprechend unterschiedliche Kontraste simultan erfasst werden.
In 8 ist ein Pulssequenz-Diagramm zur Veranschaulichung einer sechsten SMS-Pulssequenz gezeigt, welche für eine simultane Abtastung eines Navigatorvolumens und eines Bildvolumens ausgebildet ist. Bei der sechsten Pulssequenz werden für unterschiedliche simultan angeregte Schichten Pulssequenzen mit unterschiedlichem Sequenztyp verwendet. Es erfolgt also simultan eine Akquisition einer ersten Schicht mit einer ersten Pulssequenz, beispielsweise mit einer Spin-Echo-Sequenz, und die Akquisition einer zweiten Schicht mit einer zweiten Sequenz mit einem anderen Sequenztyp, in dem konkret gezeigten Fall eine Gradienten-Echo-Sequenz.
Hierzu wird eine erste Schicht NV, in diesem Ausführungsbeispiel eine Navigatorschicht durch einen ersten Anregungspuls HF1a mit einem ersten Flipwinkel α₁ und einem Frequenz-Offset ω₁ angeregt (siehe zweite Zeile HF1). Teil der Spin-Echo-Sequenz, mit der die erste Schicht NV angeregt wird, ist auch ein Refokussierungspuls HF1b mit einem Flipwinkel β₁ und dem selben Frequenzoffset ω₁ wie dem des ersten Anregungspulses HF1a. Der Frequenzoffset des Refokussierungspulses HF1b muss nur dann gleich dem des ersten Anregungspulses HF1a sein, wenn auch die Amplituden des jeweils zugeordneten Schichtselektionsgradienten gleich sind. Im Allgemeinen können die zugehörigen Schichtselektionsgradienten unterschiedliche Amplituden haben und damit auch die Frequenzen des ersten Anregungspulses HF1a und des Refokussierungspulses HF1b unterschiedlich sein.
Mit dem Refokussierungspuls HF1b wird eine Refokussierung der in der ersten Schicht NV mit Hilfe des ersten Anregungspulses HF1a angeregten Spins durchgeführt. Weiterhin wird im Rahmen des simultanen Bildgebungsverfahrens eine zweite Schicht BG, in diesem Ausführungsbeispiel eine Bildgebungsschicht, mit einem zweiten Anregungspuls HF2a mit einem Flipwinkel α₂ und einem Frequenzoffset ω₂ angeregt, welche sich jeweils von dem Flipwinkel α₁ bzw. dem Frequenzoffset ω₁ des auf die erste Schicht NV angewandten Anregungspulses HF1a und Refokussierungspulses HF1b unterscheiden (siehe erste Zeile HF2). Zur Schichtselektion wird ein Schichtselektionsgradient Gs1 gleichzeitig mit dem ersten Anregungspuls HF1a ausgespielt.
Nachfolgend werden in z-Richtung ein Gradient Gs2 und anschließend ein Rephasierungsgradient Gs3 eingespielt. Der Gradient Gs2 dient sowohl als Schichtselektionsgradient des Refokussierungspulses HF1b der Spin-Echo-Sequenz als auch als Schichtselektionsgradient des Anregungspulses HF2a der Gradientenecho-Sequenz. Mit Hilfe der Gradienten Gr1, Gr2 und Gp1 erfolgt dann wie bei den Bildgebungsverfahren in 3 bis 7 ein Abtasten des k-Raums für die beiden simultan abzubildenden Schichten.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann eine der simultan aufgenommenen Schichten NV als Spin-Echo und die andere BG als Gradienten-Echo aufgenommen werden. Beispielsweise kann so bei der T2*-gewichteten Bildgebung das Navigatorsignal als Spin-Echo ohne störende Einflüsse von Umgebungsgradienten aufgenommen werden.
Bei dieser Kombination simultan angeregter Spin- und Gradientenechos gilt es, die für beide Schichten NV, BG wirksamen Gradientenpulse sorgfältig einzustellen. Für beide Echopfade müssen die folgenden beiden Bedingungen gelten:

– Es muss (bei Phasenkodierung der zentralen Zeile, d.h. Gp1 = 0) das effektive Gradientenmoment zum Echozeitpunkt (Mitte von Gr2) verschwinden.
– Gleichzeitig muss für den Spin-Echo-Pfad vor Anwendung des Refokussierungspulses HF1b ein von Null verschiedenes Gradientenmoment vorhanden sein.

Erreicht wird dies beispielsweise mit der in 8 dargestellten Abfolge. Dabei wirken alle Gradienten bis zur Mitte des zweiten Anregungspulses HF2a nur auf den Spin-Echo-Pfad und alle späteren Gradienten in gleicher Weise auf beide Echo-Pfade.
Auslese- und Phasenkodierungsgradienten werden in diesem Beispiel ausschließlich nach dem zweiten Anregungspuls HF2a appliziert und wirken darum auf beide Echo-Pfade. Die Gradientenpulse Gs1, Gs2, Gs3 entlang der Schichtachse werden so angewandt, dass die zuvor genannten Bedingungen erfüllt werden.
Der Gradientenecho-Pfad erfährt lediglich die Schichtgradientenpulse Gs2 (ab Mitte Anregungspuls HF2a) und Gs3. Gs3 ist in Amplitude und Dauer gerade so gewählt, dass der relevante Anteil von Gs2 für den Gradientenechopfad kompensiert wird.
Würde man den Refokussierungspuls HF1b des Spin-Echos (Zeile HF1) zeitgleich mit dem Anregungspuls HF2a der Gradientenecho-Sequenz anwenden, müsste das effektive Schicht-Gradientenmoment nach Mitte des Refokussierungspulses HF1b gleich null gewählt werden. Entsprechend müsste man auch vor dem Refokussierungspuls HF1b ein Schicht-Moment von null einstellen, was aber der zweiten genannten Bedingung, die gerade fordert, dass vor Anwendung des Refokussierungspulses HF1b ein von Null verschiedenes Gradientenmoment vorhanden ist, widerspräche. Aus diesem Grund wird der Refokussierungspuls HF1b zeitversetzt appliziert, was gleichzeitig hinsichtlich der notwendigen HF-Spitzenleistung einen weiteren Vorteil darstellt. Beispielsweise kann der Refokussierungspuls HF1b zeitlich gerade so weit nach vorn verschoben werden, dass gilt:
Dabei ist T(HF1a, α₁) die Zeitdauer des ersten Anregungspulses HF1a, gibt Tshift die Verschiebungszeit an, mit der der Refokussierungspuls HF1b relativ zu dem zweiten Anregungspuls HF2a verschoben ist, und ist T(Gs3) die Zeitdauer des dritten Gradienten Gs3 in Schichtrichtung. Gs1, Gs2 und Gs3 geben Werte der Gradienten an.
Größere Verschiebungen lassen sich realisieren, indem beispielsweise gleichzeitig der erste Gradient Gs1 in Schichtrichtung über die Dauer des ersten Anregungspulses HF1a hinaus verlängert wird oder gleichzeitig der Gradientenpuls Gs2 bereits vor Beginn des Refokussierungspulses HF1b beginnt.
Neben der zeitgleichen Akquisition verschiedener Kontraste ist ein weiterer zentraler Vorteil darin zu erkennen, dass die vorgeschlagene Technik für Spin-Echo-Sequenzen angewandt werden kann, für die eine Beschleunigung durch Simultaneous Multi-Slice nur sehr eingeschränkt möglich ist. Der hierbei maßgeblich limitierende Faktor ist die zeitgleiche Durchführung des 180°-Pulses (HF-Refokussierungspulses) auf eine Mehrzahl an Schichten zur Erzeugung des Spin-Echos. Ursächlich hierfür ist eine Überschreitung des zulässigen Höchstwertes für den SAR-Eintrag durch konstruktive Überlagerung der 180°-Pulse. Durch die im Zusammenhang mit der 8 beschriebene Vorgehensweise, bei der eine zeitlich versetzte Einspielung des Anregungspulses der Gradienten-Echo-Sequenz und des 180°-Pulses, d.h. des HF-Refokussierungspulses der Spin-Echo-Sequenz vorgenommen wird, wird genau diese Problematik umgangen, da eine gleichzeitige Refokussierung der Magnetisierung simultan abgebildeter Schichten vermieden wird.
Besonders vorteilhaft ist es mit dieser Technik möglich, gleichzeitig in einer oder mehreren Schichten ein Turbo-Spin-Echo und in einer oder mehreren anderen Schichten ein Gradientenecho aufzunehmen.
Auslese- und Phasenkodierungsgradienten sind dabei für beide Signalpfade identisch, die Bilder sind also implizit aufeinander registriert. Bis zur Aufnahme des ersten Echos entspricht dies der vorhergehenden Darstellung. Auslese- und Phasenkodierungsgradient werden nach der ersten Datenaufnahme refokussiert. Vor jedem weiteren Refokussierungspuls muss ein zusätzlicher Gradient mit dem Moment G1·T(HF1, α1)/2 appliziert werden, um dem zusätzlichen Schicht-Gradientenmoment durch Pulsverschiebung und Rephasierungsgradient Rechnung zu tragen.
Das Diagramm in 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur zeitgleichen Akquisition einer Diffusions-Sequenz, wobei in konkret gezeigten Fall eine echoplanare Spin-Echo-Sequenz für die Abbildung einer Bildgebungsschicht BG und eine Navigatorsequenz, in diesem Fall eine echoplanare Gradienten-Echo-EPI-Sequenz, für die Abbildung einer Navigatorschicht NV appliziert wird.
Eine erste Schicht, in diesem Fall eine Bildgebungsschicht BG, wird mit einem ersten HF-Anregungspuls HF1a mit einer ersten Frequenz ω₁ und einem ersten Flipwinkel α₁ im Rahmen einer Diffusions-Sequenz angeregt (siehe erste Zeile HF1). Gleichzeitig wird auch ein Schichtselektionsgradient Gs1 ausgespielt (siehe dritte Zeile Gs). Anschließend werden zwei Diffusionsgradienten Gs2, Gs3 nacheinander in Schichtselektionsrichtung ausgespielt. Danach wird für die Diffusionsbildgebung zeitgleich zu einem weiteren Schichtselektionsgradienten Gs4 ein HF-Refokussierungspuls HF1b ausgespielt, mit dem ein Spin-Echo bzw. eine Serie von Spin-Echos ausgelöst wird. Mit einer zeitlichen Verschiebung zu dem HF-Refokussierungspuls HF1b, aber noch zeitgleich mit dem weiteren Schichtselektionsgradienten Gs4 wird ein HF-Anregungspuls HF2a für die Anregung einer Navigatorschicht NV ausgespielt. Anschließend wird ein Rephasiergradient Gs5 geschaltet, mit dem ein Gradientenecho für die Navigatorschicht NV ausgelöst wird. Das Gradientenecho sowie die ausgelösten Spin-Echos werden anschließend mit einer Serie von Phasenkodiergradienten Gp1 und Frequenzkodiergradienten Gr1 ausgelesen.
Während es sich bei dem Gradienten Gs1 um einen Schichtselektionsgradienten handelt, sind die beiden Gradienten Gs2 und Gs3 Diffusionskodierungsgradienten. Diese müssen nicht zwingend in Schichtrichtung appliziert werden. Beispielsweise können während der Messung nacheinander Diffusionsgradienten mit unterschiedlichen Richtungen und Amplituden ausgespielt werden, um Informationen über die Amplitude und die Richtung der Beweglichkeit der Moleküle im abzubildenden Bereich zu erhalten. Die Diffusionsgradienten müssen auch nicht zwingend unmittelbar nacheinander appliziert werden, wie es in 9 gezeigt ist, sondern sie können auch einen zeitlichen Abstand aufweisen. Es können auch mehr als zwei Diffusionsgradienten ausgespielt werden, sofern sich in Summe ein verschwindendes Gradientenmoment ergibt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Navigator unabhängig von den angewandten Diffusionsgradienten. Für den Fall einer Anwendung im Kopf ist somit ein rigides Bewegungsmodell ausreichend. Weiterhin kann auch bei hohen b-Werten der Bildgebung mit entsprechend geringem Signal/Rauch-Verhältnis so eine Navigatorschicht NV mit hinreichender Qualität gemessen werden.
9 zeigt ein Beispiel, bei dem Diffusions-Kodierungsgradienten Gs2, Gs3 nur vor dem Refokussierungspuls appliziert werden. Wenn der Spin-Echo-Refokussierungspuls HF1b und der Gradientenecho-Anregungspuls HF2a zeitlich vollständig getrennt sind (vgl. Ausführung zur Verlängerung von Tshift oben), können Diffusionsgradienten aber auch auf die Zeitenvor und nach dem Refokussierungspuls HF1b verteilt werden.
In 10 ist eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von Navigatorschichten und Bildvolumenschichten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, wobei die Aufnahme der Navigatorschichten beschleunigt durchgeführt wird. Wie bei der in 2 gezeigten Akquisition werden für die Realisierung der erfindungsgemäßen Navigatoren neben dem Anregungspuls der MR-Bildgebungssequenz zeitgleich weitere Schichten angeregt, deren Bildinformation im weiteren Verlauf ausschließlich zur Bewegungskorrektur verwendet wird.
Bei dem in 10 gezeigten Schema werden eine Schichtgruppe BV sowie ein oberhalb der abzubildenden Schichtgruppe BV positionierter Navigatorbereich NV1 durch ein verschachteltes Akquisitionsschema abgebildet. Die Schichtgruppe BV umfasst zu messende Schichten 0 bis 11 eines Bildvolumens. Die Orientierung der Schichtgruppe BV soll mit Hilfe der Aufnahme des Navigatorvolumens um Patientenbewegungen korrigiert werden. Das dazu verwendete Navigatorvolumen wird mit einer als FastNav bezeichneten Aufnahmetechnik erfasst. Das Navigatorvolumen besteht nur aus drei Schichten und die Akquisition dieser Navigatorschichten erfolgt durch zeitgleiche Anregung mit den Schichten der Schichtgruppe BV. Wie auch aus den Akquisitionsindizes hervorgeht, liegt bereits nach der Akquisition von drei Schichten der Schichtgruppe BV ein vollständiges Navigatorvolumen vor. Nach weiteren drei Messungen der Schichtgruppe BV liegt wiederum ein vollständig akquiriertes FastNav-Volumen vor usw. In diesem Beispiel wird somit für die Messung des FastNav-Volumens eine um den Faktor vier beschleunigte Abtastrate im Vergleich zu der Abtastrate des Volumens der Schichtgruppe BV erreicht.
Das Navigatorvolumen NV1 wird also mit einer deutlich höheren Geschwindigkeit aufgenommen als das Bildvolumen BV. Dies erlaubt eine präzisere Bewegungskorrektur des abgebildeten Bildvolumens, was insbesondere bei schnellen Bewegungen im Bereich des Bildvolumens BV sehr vorteilhaft ist.
Zusätzlich zu der unterschiedlichen Geschwindigkeit der Abtastung der Navigatorschichten und der Bildvolumenschichten wird für die Abbildung des Bildvolumens und des Navigatorvolumens nicht der gleiche Anregungspuls angewandt, sondern für die Navigatorschichten werden speziell angepasste Anregungen verwendet. Die Anpassung beinhaltet beispielsweise einen geänderten Flipwinkel zur Minimierung der SAR-Exposition. Es ist aber auch möglich, beispielsweise eine abweichende Schichtdicke oder sogar einen abweichenden Sequenztyp bzw. eine abweichende Kontrastpräparation mit entsprechend angepassten Pulssequenzen zu erzielen. Beispiele für anzuwendende Pulssequenzen wurden im Zusammenhang mit 3 bis 9 veranschaulicht.
Bei dem mit 10 veranschaulichten Bildaufnahmeverfahren wird zu Beginn der Messung ein Referenzvolumen für die nachfolgenden Navigatorscans akquiriert. Jeder anschließend gemessene Navigator wird durch Verfahren der Bewegungsdetektion auf das vorliegende Referenzvolumen registriert. Durch Anwendung der hierdurch bestimmten Bewegungsparameter auf eine gleichzeitig akquirierte MR-Bildgebungsschicht kann die Aufnahme bezüglich in der Bildgebungsschicht auftretender Bewegungen korrigiert werden. Darüber hinaus wird die erkannte Bewegung auf die Orientierung der zukünftig zu messenden Bildanteile angewandt, um eine prospektive Bewegungskompensation zu erzielen. Selbstverständlich lassen sich die ermittelten Bewegungsparameter auch für retrospektive Bewegungskorrekturverfahren nutzen.
11 ist eine schematische Darstellung eines Akquisitionsschemas mit simultaner Aufnahme von an verschiedenen Positionen angeordneten Navigatorvolumen NV1, NV2 und eines Bildvolumens BV gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, wobei die Aufnahme der Navigatorvolumen NV1, NV2 beschleunigt durchgeführt wird. Bei dem in 11 veranschaulichten Bildaufnahmeverfahren wird ein oberhalb des Bildvolumens BV liegendes erstes Navigatorvolumen NV1 wie bei dem in 10 gezeigten Verfahren mit vierfacher Geschwindigkeit abgetastet, während ein unterhalb des Bildvolumens BV befindliches zweites Navigatorvolumen NV2 mit der dreifachen Geschwindigkeit abgetastet wird. Wurde also das Bildvolumen BV einmal vollständig abgetastet, so wurde gleichzeitig das erste Navigatorvolumen NV1 viermal abgetastet und das zweite Navigatorvolumen NV2 dreimal abgetastet.
Das vorstehend veranschaulichte Verfahren erfordert bei dem Schritt der Separation der Bilddaten unter Umständen eine zusätzliche Anpassung. Es kann nämlich erforderlich sein, die Trennung der gleichzeitig gemessenen Schichtinformationen an unterschiedliche Bildgebungsparameter anzupassen. Dieser Sachverhalt ist in 12 und 13 veranschaulicht.
Die Trennung gleichzeitig gemessener Schichten kann zum Beispiel wie von Stäb et al. MRM 65:157 (2011) vorgeschlagen durchgeführt werden. Das vorgeschlagene Verfahren beinhaltet, die von Griswold et al. MRM (2002) beschriebene GRAPPA-Technik zur Trennung gleichzeitig angeregter Schichten anzuwenden, welche mit der CAIPIRINHA-Technik von Breuer et al. MRM (2005) gegeneinander verschobenen sind. Hierzu wird im Rahmen eines Referenzscans (vor Durchführung der bildgebenden Pulssequenz) das darzustellende Volumen gemessen. Dabei wird zum Beispiel ein vollständiges Volumen mit identischen Protokollparametern ohne Anwendung der SMS-Beschleunigung sequentiell gemessen. Aus diesen Referenzdaten wird künstlich das Signal erzeugt, welches bei gleichzeitiger Anregung mehrerer Schichten zu erwarten wäre.
Die Protokollparameter des Referenzscans müssen allerdings nicht identisch mit den anschließend eingesetzten Protokollparametern sein. Ganz im Gegenteil können geeignete Sequenzen gewählt werden, die sich schnell akquirieren lassen und vorteilhafte Eigenschaften aufweisen (z.B. robust gegen Bewegung sind). Diese Vorgehensweise wird in Bhat et al., ISMRM 22 (2014) beschrieben (ISMRM = International Society for Magnetic Resonance in Medicine).
In 12 bezeichnet Ch n, Si gemessene Frequenzdaten des Spulenelementes n aus der Schicht i (in 12 ist i = 0) der sequentiellen Messung und Ch n, Sj die gemessenen Frequenzdaten des Spulenelementes Ch n aus der Schicht j (in 12 ist j = 1) der sequentiellen Messung. Die Bildinformationen aus den Schichten i, j werden in einer Faltungsmatrix (M_i + M_j) (in 12 ist als Beispiel die Faltungsmatrix (M0 + M1) gezeigt) kombiniert, welche die gleichzeitig gemessenen Daten repräsentiert. Dabei wird für jede zu trennende Schicht j ein Faltungskern K_n,j bestimmt, der in der Lage ist, die Bildinformation I_n,j der Schicht j aus der Faltungsmatrix (M_i + M_j) zu extrahieren.
Im Rahmen der Bildakquisition durch die SMS-beschleunigte MR-Sequenz werden die so bestimmten Faltungskerne eingesetzt, um die gleichzeitig mit mehreren Spulen gemessene Information bezüglich mehrerer Schichten in die einzelnen Schichten und Spulen zugeordnete Bildinformation zerlegen. Dieser Vorgang ist in 13 veranschaulicht. Beispielsweise ist in 13 ein Faltungskern K_0,1 gezeigt, mit dem die gemischten Rohdaten der Schichten 0 und 1 aller Spulen Ch0–ChN gewichtet werden, um die der Schicht 1 zugeordneten Rohdaten der Spulen zu gewinnen. Weiterhin ist in 13 auch ein Faltungskern K_0,0 gezeigt, der aus den gemischten Rohdaten der Schichten 0 und 1 der Spulen Ch0–ChN die Rohdaten der Schicht 0 extrahiert.
Um einen Datenpunkt in der Rohdatenschicht S0 des Spulenelementes Ch0 zu berechnen, werden die gemessenen Rohdaten der simultan gemessenen Schichten S0 + S1 aller Spulenelemente Ch0 bis ChN mit den jeweils zugehörigen Kerneln K_n,0 gewichtet. Die Berechnung eines Datenpunktes erfordert den Einsatz von N spezifischen Kerneln, wenn N die Anzahl der Spulenelemente wiedergibt. Somit existiert zur Trennung der simultan gemessenen Rohdaten insgesamt eine Anzahl von verschiedenen Kerneln, die sich aus dem Produkt des Quadrats der Anzahl N der Spulenelemente, des SMS-Faktors (Beschleunigungsfaktor) und der Anzahl der Anregungen ergibt.
Die Berechnung eines einzelnen Punktes P im getrennten Rohdatensignal Ch0, S0 iteriert über alle (noch ungetrennten) Daten Ch0, S0 + 1 bis ChN, S0 + 1 und auf den Punkt P jedes noch ungetrennten Datensatz n (also Chn, S0 + 1) wird der zu dieser Spule, zu dieser Anregung (S0 + 1), für diese getrennte Zielschicht (S0) passende Kernel angewandt. Das Ergebnis dieser Anwendungen wird aufsummiert und ergibt den Wert an Punkt P im getrennten Rohdatensignal Ch0, S0.
Es werden für die Berechnung eines Punkts im getrennten Rohdatensignal bei einer Anzahl von N Spulenelementen N Kernel verwendet. Um aus den ungetrennten Daten einen Punkt in jeder Zielschicht zu berechnen, benötigt man Kernel, deren Anzahl sich aus dem Produkt der Anzahl N der Spulenelemente und dem SMS-Faktor (Beschleunigungsfaktor) ergibt.
Möchte man einen Punkt in allen Zielspulen in jeder Zielschicht berechnen, so benötigt man dafür Kernel, deren Anzahl sich aus dem Produkt des Quadrats der Spulenelemente und des SMS-Faktors ergibt.
Berechnet man alle Punkte aller Zielspulen aller Zielschichten, so ändert das an der Anzahl Kernel nichts (immer noch für eine Anregung!): Die Anzahl der Kernel entspricht also auch in diesem Fall dem Produkt des Quadrats der Spulenelemente und des SMS-Faktors.
Für verschiedene SMS-Anregungen existieren eigene Kernel. Somit ergibt sich für alle Punkte, aller Zielschichten, aller Zielspulen insgesamt die Anzahl der Kernel zu: (Anzahl der Spulenelemente) × (Anzahl der Spulenelemente) × (Anzahl der SMS-Anregungen) × SMS-Faktor.
Für das veranschaulichte Separationsverfahren angewandt auf die beschriebenen Bildgebungsverfahren in 2 bis 11 ist unter Umständen eine Anpassung der Berechnung dieser Faltungskerne notwendig. So ist es denkbar, dass für Permutationen der Bildgebungsparameter und Schichtreihenfolge spezifische Faltungskerne berechnet werden müssen. Wird zum Beispiel eine Schicht S1 mit Bildgebungsparametern P1 gemessen und eine Schicht S2 mit Parametern P2, so kann ein gesonderter Kernel im Vergleich zur Akquisition S1 mit Parametern P2 und S2 mit Parametern P1 notwendig sein. Für höhere Beschleunigungsfaktoren ist dieses Konzept analog für alle Permutationen an Bildgebungsparameter zu erweitern. Die Notwendigkeit spezifischer Faltungskerne richtet sich jedoch nach der Unterscheidung des Bildinhaltes und kann nicht universell beantwortet werden, sondern ist spezifisch für jede Anwendung zu prüfen. Im Idealfall können Faltungskerne symmetrisch, d.h. für alle Schicht-Kontrast-Permutationen gemeinsam, verwendet werden. Wie bereits erwähnt ist es gegebenenfalls erforderlich, unterschiedliche Kernel für simultan aufgenommene Schichten zu berechnen, wenn diese unterschiedliche Abstände haben, wie es bei der beschriebenen simultanen Aufnahme von Navigatorschichten und Bildvolumenschichten der Fall ist.
In 14 ist ein Flussdiagramm 1400 gezeigt, mit dem ein Bildgebungsverfahren veranschaulicht wird, bei dem eine Bildaufnahme BV mit Hilfe einer simultanen Navigatoraufnahme NV in Echtzeit prospektiv korrigiert wird. Als Bildaufnahme bzw. Navigatoraufnahme wird wie üblich nicht nur die Akquisition von Rohdaten, sondern auch deren Rekonstruktion mit den in der Einleitung beschriebenen Methoden verstanden. Bei dem Schritt 14.I wird zunächst eine Referenzmessung eines Navigatorbildes von einem zu untersuchenden Bereich durchgeführt. Das dabei aufgenommene Referenz-Navigatorbild RB dient als Bezugsbild für nachfolgend während der Bildgebung aufgenommene Navigatorbilder. Das Referenz-Navigatorbild kann optional zeitlich deutlich vor dem weiteren Akquisitionsverlauf gemessen werden. Im Allgemeinen ist somit sogar möglich, ein Referenz-Navigatorbild aus einer zuvor durchgeführten Messung wiederzuverwenden. In diesem Fall kann das Referenz-Navigatorbild optional auch von einem Datenmedium eingelesen werden, wodurch die Akquisition entfällt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens werden bei dem Schritt 14.II in einem Sichtbereich simultan Navigatorbilddaten NV sowie Bildvolumendaten BV aufgenommen. Die Navigatorbilddaten NV werden in einem Schritt 14.III mit den Referenzbilddaten RB verglichen und es wird eine Positionsabweichung ∆P ermittelt, um die sich der zu untersuchende Bereich verschoben hat. Bei dem Schritt 14.IV wird nun der Sichtbereich FoV genau um diese Positionsabweichung korrigiert, d.h. verschoben, so dass die Bildgebung anschließend genau an der korrekten Position weitergeführt wird. Bei dem Schritt 14.V wird ermittelt, ob die Bildaufnahmezeit t_bg bereits verstrichen ist. Falls dass noch nicht der Fall ist, was in 14 mit „j“ gekennzeichnet ist, wird zu dem Schritt 14.II zurückgekehrt und die Bildaufnahme mit simultaner Navigatorbildaufnahme fortgeführt. Anschließend werden die Schritte 14.III bis 14.V erneut durchgeführt. Falls bei dem Schritt 14.V ermittelt wurde, dass die Bildaufnahmezeit t_bg nun verstrichen ist, was in 14 mit „n“ gekennzeichnet ist, so wird bei dem Schritt 14.VI ein Bild oder eine Bildfolge des zu untersuchenden Bereichs ausgegeben.
Bei dem Schritt 14.III ist auch eine zeitliche Verzögerung bei der Berechnung einer Positionsabweichung möglich. D.h, die Sequenz gibt das exakte Timing vor, wodurch die Positionsabweichung eventuell bei dem Schritt 14.IV noch nicht aktualisiert vorliegt. In diesem Fall wird beispielsweise die zuletzt verfügbare Positionsabweichung verwendet. 15 zeigt grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage bzw. ein Magnetresonanzbildgebungssystem 1. Sie umfasst den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem darin befindlichen Messraum 8 bzw. Patiententunnel. Eine Liege 7 ist in diesen Patiententunnel 8 hineinfahrbar, so dass ein darauf liegendes Untersuchungsobjekt O (beispielsweise ein Patient/Proband oder ein zu untersuchendes Material) während einer Untersuchung an einer bestimmten Position innerhalb des Magnetresonanzscanners 2 relativ zu dem darin angeordneten Magnetsystem und Hochfrequenzsystem gelagert werden kann bzw. auch während einer Messung zwischen verschiedenen Positionen verfahrbar ist.
Wesentliche Komponenten des Magnetresonanzscanners 2 sind ein Grundfeldmagnet 3, ein Gradientensystem 4 mit Gradientenspulen, um beliebige Magnetfeldgradienten in x-, y- und z-Richtung anzulegen, sowie eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5. Alternativ oder zusätzlich können auch lokale Sendespulen zur Anregung von Magnetresonanzsignalen eingesetzt werden, wie es zum Beispiel bei der Kniebildgebung der Fall ist.
Der Empfang von im Untersuchungsobjekt O induzierten Magnetresonanzsignalen kann über die Ganzkörperspule 5 erfolgen, mit der in der Regel auch die Hochfrequenzsignale zur Induzierung der Magnetresonanzsignale ausgesendet werden. Üblicherweise werden diese Signale aber mit beispielsweise auf oder unter das Untersuchungsobjekt O gelegten Lokalspulen 6 empfangen. Alle diese Komponenten sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und daher in der 5 nur grob schematisch dargestellt.
Die Ganzkörper-Hochfrequenzspule 5 kann z. B. in Form einer so genannten Birdcage-Antenne eine Anzahl N von einzelnen Antennenstäben aufweisen, die als einzelne Sendekanäle S1, ..., SN separat von einer Steuereinrichtung 10 ansteuerbar sind, d. h. es handelt sich bei dem Magnetresonanztomographiesystem 1 um ein pTX-fähiges System. Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch an klassischen Magnetresonanztomographiegeräten mit nur einem Sendekanal anwendbar ist.
Bei der Steuereinrichtung 10 kann es sich um einen Steuerrechner handeln, der auch aus einer Vielzahl von – gegebenenfalls auch räumlich getrennten und über geeignete Bussysteme bzw. Kabel oder dergleichen untereinander verbundenen – Einzelrechnern bestehen kann. Über eine Terminalschnittstelle 17 ist diese Steuereinrichtung 10 mit einem Terminal 20 verbunden, über das ein Bediener die gesamte Anlage 1 ansteuern kann. Im vorliegenden Fall weist dieses Terminal 20 einen Rechner 21 mit Tastatur 28, einem oder mehreren Bildschirmen 27 sowie weiteren Eingabegeräten wie beispielsweise Maus oder dergleichen auf, so dass dem Bediener eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung steht.
Die Steuereinrichtung 10 weist u. a. eine Gradienten-Steuereinheit 11 auf, die wiederum aus mehreren Teilkomponenten bestehen kann. Über diese Gradienten-Steuereinheit 11 werden die einzelnen Gradientenspulen mit Steuersignalen SGx, SGy, SGz beschaltet. Hierbei handelt es sich um Gradientenpulse, die während einer Messung an genau vorgesehenen zeitlichen Positionen und mit einem genau vorgegebenen zeitlichen Verlauf gesetzt werden, um das Untersuchungsobjekt O und den zugeordneten k-Raum vorzugsweise in einzelnen Schichten SL gemäß einer Ansteuersequenz AS abzutasten.
Die Steuereinrichtung 10 weist außerdem eine Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 auf. Diese HF-Sende-/Empfangseinheit 12 besteht ebenfalls aus mehreren Teilkomponenten, um jeweils separat und parallel auf die einzelnen Sendekanäle S1, ... SN, d. h. in diesem Fall auf die einzeln ansteuerbaren Antennenstäbe der Ganzkörperspule 5, Hochfrequenzpulse aufzugeben. Über die Sende-/Empfangseinheit 12 können auch Magnetresonanzsignale empfangen werden. In diesem Ausführungsbeispiel geschieht dies aber mit Hilfe der Lokalspulen 6. Die mit diesen Lokalspulen 6 empfangenen Rohdaten RD werden von einer HF-Empfangseinheit 13 ausgelesen und verarbeitet. Die hiervon oder von der Ganzkörperspule 5 mittels der HF-Sende-/Empfangseinheit 12 empfangenen Magnetresonanzsignale werden als Rohdaten RD an eine Rekonstruktionseinheit 14 übergeben, die daraus die Bilddaten BD rekonstruiert und diese in einem Speicher 16 hinterlegt und/oder über die Schnittstelle 17 an das Terminal 20 übergibt, so dass der Bediener sie betrachten kann. Die Bilddaten BD können auch über ein Netzwerk NW an anderen Stellen gespeichert und/oder angezeigt und ausgewertet werden. Sofern die Lokalspulen 6 eine geeignete Umschalteinheit aufweisen, können auch diese an eine HF-Sende-/Empfangseinheit 12 angeschlossen sein, um die Lokalspulen auch zum Senden insbesondere im pTX-Betrieb zu verwenden.
Die Gradientensteuerung 11, die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 und die Empfangseinheit 13 für die Lokalspulen 6 werden jeweils koordiniert durch eine Messsteuereinheit 15 angesteuert. Diese sorgt durch entsprechende Befehle dafür, dass ein gewünschter Gradienten-Pulszug GP durch geeignete Gradientensteuersignale SGx, SGy, SGz ausgesendet wird, und steuert parallel die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 so an, dass ein Mehrkanal-Pulszug MP ausgesendet wird, d. h. dass auf den einzelnen Sendekanälen S1, ... SN parallel die passenden Hochfrequenzpulse auf die einzelnen Sendestäbe der Ganzkörperspule 5 gegeben werden. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass zum passenden Zeitpunkt die Magnetresonanzsignale an den Lokalspulen 6 durch die HF-Empfangseinheit 13 bzw. eventuelle Signale an der Ganzkörperspule 5 durch die HF-Sende-/Empfangseinheit 12 ausgelesen und weiterverarbeitet werden. Die Messsteuereinheit 15 gibt die entsprechenden Signale, insbesondere den Mehrkanal-Pulszug MP an die Hochfrequenz-Sende-/Empfangseinheit 12 und den Gradienten-Pulszug GP an die Gradienten-Steuereinheit 11, gemäß einem vorgegebenen Steuerprotokoll P vor. In diesem Steuerprotokoll P sind alle Steuerdaten hinterlegt, die während einer Messung gemäß einer vorgegebenen Ansteuersequenz AS eingestellt werden müssen.
Üblicherweise sind in einem Speicher 16 eine Vielzahl von Steuerprotokollen P für verschiedene Messungen hinterlegt. Diese könnten über das Terminal 20 vom Bediener ausgewählt und gegebenenfalls variiert werden, um dann ein passendes Steuerprotokoll P für die aktuell gewünschte Messung zur Verfügung zu haben, mit dem die Messsteuereinheit 15 arbeiten kann. Im Übrigen kann der Bediener auch über ein Netzwerk NW Steuerprotokolle P, beispielsweise von einem Hersteller des Magnetresonanzsystems, abrufen und diese dann gegebenenfalls modifizieren und nutzen.
Der grundlegende Ablauf einer solchen Magnetresonanzmessung und die genannten Komponenten zur Ansteuerung sind dem Fachmann aber bekannt, so dass sie hier im Detail nicht weiter besprochen werden. Im Übrigen kann ein solcher Magnetresonanzscanner 2 sowie die zugehörige Steuereinrichtung noch eine Vielzahl weiterer Komponenten aufweisen, die hier ebenfalls nicht im Detail erläutert werden. Es wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass der Magnetresonanzscanner 2 auch anders aufgebaut sein kann, beispielsweise mit einem seitlich offenen Patientenraum, und dass im Prinzip die Hochfrequenz-Ganzkörperspule nicht als Birdcage-Antenne aufgebaut sein muss.
In 15 ist außerdem eine erfindungsgemäße Ansteuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 schematisch dargestellt, die zur Ermittlung einer Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS dient. Diese Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS enthält u. a. für eine bestimmte Messung eine Pulssequenz mit einem Pulszug GP, um eine bestimmte Trajektorie im k-Raum zu durchlaufen, sowie einen dazu koordinierten Hochfrequenz-Pulszug, hier einen Mehrkanal-Pulszug MP, zur Ansteuerung der einzelnen Sendekanäle 1, ... SN. Die Magnetresonanzsystem-Ansteuersequenz AS wird im vorliegenden Fall auf Basis von im Messprotokoll P vorgegebenen Parametern PD insbesondere nach einem bezüglich 3 bis 9 beschriebenen Verfahren erstellt. Die Ansteuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 kann dabei wie dargestellt in dem Magnetresonanzsystem 1 umfasst sein und insbesondere auch Bestandteil der Steuereinrichtung 10 sein. Jedoch ist auch denkbar, dass die Ansteuersequenz-Ermittlungseinrichtung 22 extern als eigenständige Baueinheit vorliegt und zur Nutzung mit mehreren unterschiedlichen Magnetresonanzsystemen ausgebildet ist.
Aus dem zuvor Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung wirkungsvoll Möglichkeiten bereitstellt, um ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten bezüglich Geschwindigkeit, Flexibilität und Bildqualität zu verbessern.
Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Merkmale sämtlicher Ausführungsbeispiele oder in Figuren offenbarter Weiterbildungen in beliebiger Kombination verwendet werden können.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor beschriebenen detaillierten Verfahren und Aufbauten um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Breuer et al. MRM 53:684 (2005), Souza et al. JCAT 12:1026 (1988) [0010]
Larkman et al. JMRI 13:313 (2001) [0010]
MRM 44.3:457 sowie Dissertationsschrift „Retrospektive und prospektive Verfahren zur bildbasierten Korrektur von Patientenkopfbewegungen bei neurofunktioneller Magnetresonanztomographie in Echtzeit“ 2001 [0012]
Tisdall et al. (ISMRM 2009, “MPRAGE using EPI navigators for prospective motion correction“, ISMRM = International Society for Magnetic Resonance Medicine) [0015]
Stäb et al. MRM 65:157 (2011) [0117]
Griswold et al. MRM (2002) [0117]
Breuer et al. MRM (2005) [0117]
Bhat et al., ISMRM 22 (2014) [0118]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzbilddaten (BD) eines Bildaufnahmebereichs (FoV) eines Untersuchungsobjekts (O), bei dem Magnetresonanzrohdaten (RD) erfasst werden, wobei vorzugszweise unterschiedliche Transversalmagnetisierungen in mindestens einem Teilvolumen (NV) eines Navigatorvolumens (NV1, NV2) und mindestens einem Teilvolumen (BG) eines Bildvolumens (BV) angeregt werden und zur Positionsermittlung und zur Bildgebung genutzt werden, wobei diese vorzugsweise unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen mindestens in einem Zeitabschnitt der Messung simultan vorliegen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei simultan mit Bilddaten erfasste Navigatorbilddaten zur Echtzeit-Positionskorrektur des aktuellen Bildaufnahmebereichs (FoV) des Untersuchungsobjekts (O) verwendet werden und/oder die erfassten Navigatorbilddaten zur retrospektiven Positionskorrektur von aufgenommenen Bilddaten verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anzahl der Teilvolumen (NV) des Navigatorvolumens (NV1, NV2) kleiner ist als die Anzahl der Teilvolumen (BG) des Bildvolumens (BV) und/oder die Bildaufnahme des Navigatorvolumens (NV1, NV2) mit einem höheren Beschleunigungsfaktor erfolgt, so dass das Navigatorvolumen (NV1, NV2) mit einer höheren Geschwindigkeit abgetastet wird als das Bildvolumen (BV).
Verfahren nach Anspruch 3, wobei bei dem Einsatz eines Magnetresonanzbildgebungssystems mit einer Mehrzahl von N Spulen zumindest für einen Teil der vorzugsweise unterschiedlichen simultan vorliegenden Transversalmagnetisierungen der Navigatorteilvolumen (NV) und der Teilvolumen (BG) des Bildvolumens (BV) eine Referenzmessung durchgeführt wird und eine Berechnung von Faltungsmatrizen durch Kombination der einzelnen Referenzmessungen erfolgt, wobei unterschiedliche Faltungsmatrizen für unterschiedliche Abstände von Teilvolumen (BG, NV) berechnet werden, wobei optional auch eine Anpassung der Berechnung der Faltungsmatrizen dahingehend erfolgt, dass zumindest für einen Teil der Permutationen der Zielkontraste oder der Reihenfolge von Teilvolumen spezifische Faltungskerne (K_n,j) berechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Navigatorvolumen (NV1, NV2) und das Bildvolumen (BV) eine nichtleere Schnittmenge bilden und/oder das Bildvolumen das gesamte Navigatorvolumen umfasst oder das Navigatorvolumen (NV1) entlang der Schichtnormalen auf einer Seite außerhalb des Bildvolumens (BV) positioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Navigatorvolumen (NV1, NV2) entlang der Schichtnormalen auf beiden Seiten außerhalb des Bildvolumens (BV) positioniert ist und/oder wobei mehr als zwei Navigatorvolumen akquiriert werden, welche an einer beliebigen vorbestimmten Position entlang der Schichtnormalen positioniert sind
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eines der Navigatorvolumen in Richtung der Schichtnormalen betrachtet näher an dem Bildvolumen positioniert ist als das zweite Navigatorvolumen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zur Ansteuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) mindestens ein Pulssequenzabschnitt erzeugt wird, mit einem Anregungsvorgang, welcher folgende Schritte umfasst: – Erzeugen eines Schichtselektionsgradientenpuls (Gs1) in Schichtselektionsrichtung, – Erzeugen von unterschiedlichen Transversalmagnetisierungen durch Erzeugen einer Mehrzahl von unterschiedlichen HF-Anregungspulsen (HF1, HF2) zur Beeinflussung des mindestens eines Navigatorteilvolumens (NV) und des mindestens einen mit dem Navigatorteilvolumen (NV) simultan abzubildenden Teilvolumens (BG) eines Bildvolumens (BV), derart, dass sich der Magnetisierungszustand des mindestens einen Navigatorteilvolumens (NV) und der Magnetisierungszustand des mindestens einen Teilvolumens (BG) des Bildvolumens (BV) beeinflusst durch einen weder die Anregungsfrequenz noch die Anregungsphase betreffenden weiteren Bildgebungsparameters unterscheiden, und einem nachfolgenden Auslesevorgang, welcher folgende Schritte umfasst: – Erzeugen eines oder mehrerer Auslese-Gradientenpulse (Gr1, Gr2, Gp1) für die simultan abzubildenden, durch Einstrahlen der HF-Anregungspulse (HF1, HF2) beeinflussten Teilvolumen (BG, NV), – Empfangen von HF-Signalen zur Akquisition von Magnetresonanzrohdaten.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die weiteren unterschiedlich gewählten Bildgebungsparameter mindestens eine der folgenden Größen umfassen: – Amplitudenwert, – Amplitudenverlauf, – Startzeitpunkt und Dauer, – Anzahl der Anregungspulse, – Sequenztyp.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei mit Hilfe der unterschiedlich gewählten Bildgebungsparameter zumindest für einen Teil der simultan abzubildenden Teilvolumen (BV, NV) Anregungen mit unterschiedlichen Flipwinkeln (α₁, α₂) erzeugt werden.
Ansteuersequenz (AS) zur Ansteuerung eines Magnetresonanzbildgebungssystems, aufweisend mindestens einen Pulssequenzabschnitt mit einem Anregungsabschnitt, welcher folgende Pulsanordnung umfasst: – einen Schichtselektionsgradientenpuls (Gs1) in Schichtselektionsrichtung, – eine Mehrzahl von HF-Anregungspulsen (HF1, HF2) zur Beeinflussung mindestens eines Navigatorteilvolumens (NV) und mindestens eines mit dem mindestens einen Navigatorteilvolumen (NV) simultan abzubildenden Teilvolumens (BG) eines Bildvolumens (BV) derart, dass sich der Magnetisierungszustand des mindestens einen Navigatorteilvolumens (NV) und des mindestens einen Teilvolumens (BG) eines Bildvolumens (BV) hinsichtlich eines nicht die Anregungsfrequenz betreffenden weiteren Bildgebungsparameters unterscheidet, und einem nachfolgenden Ausleseabschnitt, welcher ein Auslesefenster zum Auslesen von HF-Signalen zur Akquisition von Magnetresonanzrohdaten (RD) umfasst.
Ansteuersequenz-Ermittlungssystem (22), welches dazu ausgebildet ist, eine Ansteuersequenz (AS) für ein Magnetresonanzbildgebungssystem (1) gemäß Anspruch 11 zu ermitteln.
Magnetresonanzbildgebungssystem (1), umfassend eine Steuereinrichtung (10), welche zur Steuerung des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) unter Nutzung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, welches vorzugsweise ein Ansteuersequenz-Ermittlungssystem (22) nach Anspruch 12 umfasst.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung des Magnetresonanzbildgebungssystems ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.