DE102016203757B4

DE102016203757B4 - Abschnittsweises Optimieren von radialen MR-Pulssequenzen

Info

Publication number: DE102016203757B4
Application number: DE102016203757.9A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Thorsten Speckner
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: US20170261583A1; US10156622B2; DE102016203757A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung, wobei die Amplituden (G_R, G_P) und die Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) von Auslese-Gradienten (Gr) und Phase-Gradienten (Gp) für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung (Ω) des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von globalen Maximalwerten (G_{x_max}, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt) der Amplituden (G_x, G_y) und der Steigungen (dG_x/dt, dG_y/dt) der Gradienten (Gx, Gy) auf den physikalischen Achsen (x, y) festgelegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren. Ferner betrifft die Erfindung eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungssystem.
Mit Hilfe moderner bildgebender Verfahren werden häufig zwei- oder dreidimensionale Bilddaten erzeugt, die zur Visualisierung eines abgebildeten Untersuchungsobjekts und darüber hinaus auch für weitere Anwendungen genutzt werden können.
In einer Magnetresonanzanlage, auch Magnetresonanztomographiesystem genannt, wird üblicherweise der zu untersuchende Körper mit Hilfe eines Grundfeldmagnetsystems einem relativ hohen Grundmagnetfeld, beispielsweise von 1, 3, 5 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich wird mit Hilfe eines Gradientensystems ein Magnetfeldgradient angelegt. Über ein Hochfrequenz-Sendesystem werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Anregungssignale (HF-Signale) ausgesendet, was dazu führen soll, dass die Kernspins bestimmter, durch dieses Hochfrequenzfeld resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenzsignale, so genannte Magnetresonanzsignale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Empfangsantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden.
Für eine bestimmte Messung ist damit eine bestimmte Pulssequenz auszusenden, welche aus einer Folge von Hochfrequenzpulsen, insbesondere Anregungspulsen und Refokussierungspulsen sowie passend dazu koordiniert auszusendenden Gradientenpulsen in verschiedenen Raumrichtungen besteht. Zeitlich passend hierzu müssen Auslesefenster gesetzt werden, welche die Zeiträume vorgeben, in denen die induzierten Magnetresonanzsignale erfasst werden. Maßgeblich für die Bildgebung ist dabei insbesondere das Timing innerhalb der Sequenz, d. h. in welchen zeitlichen Abständen welche Pulse aufeinander folgen. Eine Vielzahl der Steuerparameter ist in der Regel in einem sogenannten Messprotokoll definiert, welches vorab erstellt wird und für eine bestimmte Messung beispielsweise aus einem Speicher abgerufen und ggf. vom Bediener vor Ort verändert werden kann, der zusätzliche Steuerparameter, wie beispielsweise einen bestimmten Schichtabstand eines Stapels von auszumessenden Schichten, eine Schichtdicke etc. vorgeben kann. Auf Basis all dieser Steuerparameter wird dann eine Pulssequenz, die auch als Messsequenz bezeichnet wird, berechnet.
Die Gradientenpulse sind über ihre Gradientenamplitude, die Gradientenpulszeitdauer und über die Flankensteilheit bzw. die 1. Ableitung der Pulsform dG/dt der Gradientenpulse, üblicherweise auch als „Slew Rate“ bezeichnet, definiert. Eine weitere wichtige Gradientenpulsgröße ist das Gradientenpulsmoment (auch kurz „Moment“ genannt), das durch das Integral der Amplitude über die Zeit definiert ist.
Während einer Pulssequenz werden die magnetischen Gradientenspulen, über die die Gradientenpulse ausgesandt werden, häufig und schnell umgeschaltet. Da die Zeitvorgaben innerhalb einer Pulssequenz meist sehr strikt sind und zudem die Gesamtdauer einer Pulssequenz, die die Gesamtdauer einer MRT-Untersuchung bestimmt, möglichst gering gehalten werden muss, müssen z. T. Gradientenstärken um die 40 mT/m und slew rates von bis zu 200 mT/m/ms erreicht werden. Die Stärke der Gradienten führt zu einem höheren Energieverbrauch und stellt zudem höhere Anforderungen an die Gradientenspulen und die weitere Hardware. Da die Hardware eine maximale Belastungsgrenze aufweist, sind die Gradientenstärke und die Steigung der Gradienten (slew rate) grundsätzlich limitiert.
Bei der Magnetresonanzbildgebung erfolgt keine direkte Bildaufnahme im Ortsraum, sondern es werden zunächst Magnetresonanzsignale gemessen, deren Amplitude als Fourier-Transformierte der Bildaufnahme im k-Raum interpretiert werden kann. Der k-Raum ist der Ortsfrequenz-Raum der Dichteverteilung der magnetischen Momente in einem zu untersuchenden Bereich, in dem MR-Signale aufgenommen werden. Wird der k-Raum ausreichend abgetastet, so erhält man durch eine (bei schichtweiser Abtastung zweidimensionale) Fourier-Transformation die räumliche Verteilung der Dichte der magnetischen Momente. Dieser k-Raum wird während der Messung mit Rohdaten aufgefüllt, welche den erfassten Magnetresonanzsignalen entsprechen. Herkömmlich werden dabei nacheinander die Linien auf einem kartesischen Gitter des k-Raums abgetastet. Dies hat im Allgemeinen den Vorteil, dass eventuelle Verschiebungen der gemessenen Linien für jede k-Raum-Linie gleich sind. Diese kohärente Verschiebung resultiert in einem Phasenversatz der Bilddaten. Da bei den meisten Bildaufnahmen nur die Magnituden der Bildsignale betrachtet werden, tritt dieser Phasenversatz bei der Darstellung im Ortsraum nicht mehr auf. Daher ist diese Art der k-Raumabtastung sehr robust.
Der k-Raum kann auch mit anderen Abtastmustern, sogenannten Trajektorien, mit Rohdaten aufgefüllt werden. Beispielsweise kann eine Abtastung des k-Raums mit einer radialen oder spiralen Trajektorie erfolgen. Diese Abtastmuster haben jeweils spezifische Vor- und Nachteile.
Obwohl MR-Bildaufnahmen in der Anwendung bisher überwiegend mit kartesischen Trajektorien erfolgen, gewinnt die radiale MR-Bildgebung zunehmend an Bedeutung. Der Vorteil der MR-Bildgebung mit radialer Trajektorie besteht darin, dass sie besonders robust hinsichtlich Bewegungsartefakten ist. Diese Eigenschaft ist zum Beispiel dann besonders relevant, wenn eine MR-Bildaufnahme von einem atmenden Patienten im Brustbereich erfolgt. Zudem eignet sich die radiale MR-Bildgebung für schnelle Bildaufnahmen, da sie robust auf Unterabtastung reagiert, so dass weniger k-Raumdaten erfasst werden müssen, ohne dass sich in der Bildaufnahme Artefakte bemerkbar machen. Allerdings ist die radiale MR-Bildgebung anfällig hinsichtlich eventueller Verschiebungen der radialen Trajektorien im k-Raum, zum Beispiel durch minimale Zeitverzögerungen.
Bei einer MR-Bildgebung mit einer radialen k-Raumabtastung wird meist mit jeder Repetition eine andere radial verlaufende „Speiche“ durch den k-Raum akquiriert, die zum Beispiel zu den physikalischen Achsen des Magnetresonanzscanners um einen Winkel Ω gekippt ist. Die physikalischen Achsen des Magnetresonanzscanners entsprechen zum Beispiel der Ausrichtung der Spulen des Gradientensystems. Üblicherweise entspricht die Längsrichtung der Ausrichtung des Hauptmagnetfelds der z-Richtung, die laterale Richtung der x-Richtung und die anterior-posterior-Richtung der y-Richtung.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden ein Bildgebungsverfahren mit einer schichtweise radialen Abtastung des k-Raums („stack of stars“) beschrieben. Grundsätzlich gelten die folgenden Überlegungen aber auch für eine dreidimensional radiale Abtastung des k-Raums.
Um die MR-Signale im k-Raum in radialer Richtung auslesen zu können, werden beim Auslesen der MR-Signale sogenannte Auslesegradienten Gr in Radialrichtung mit Amplituden G_R und Phase-Gradienten Gp senkrecht dazu in Phasenrichtung mit Amplituden G_P erzeugt. In diesem Zusammenhang werden die Richtungen der Auslesegradienten Gr und der Phase-Gradienten Gp als logische Achsen bezeichnet. In 1 ist eine Pulssequenz mit einem solchen Pulsschema gezeigt, wobei dort der Auslesegradient Gr in Richtung der x-Achse verläuft und der Phase-Gradient Gp in Richtung der y-Achse gerichtet ist. Die x-Achse und die y-Achse werden in diesem Zusammenhang als physikalische Achsen bezeichnet. Im Gegensatz zu den logischen Achsen sind die physikalischen Achsen fest. 1 zeigt sozusagen eine Momentaufnahme einer k-Raumabtastung. D.h., der Auslese-Gradient Gr entspricht in dieser Situation einem Gradienten Gx in x-Richtung mit der Amplitude G_x und der Phase-Gradient Gp entspricht in dieser Situation einem Gradienten Gy in y-Richtung mit der Amplitude G_y.
Bei der nächsten Repetition sind der Auslesegradient Gr und der Phase-Gradient Gp jeweils um den Winkel Ω = Q_s, d.h. den Winkel Q_s zwischen zwei k-Raumspeichen bzw. radialen k-Raumtrajektorien, gedreht, so dass dann für die Amplituden G_x, G_y, G_R, G_p der Gradienten Gx, Gy, Gr, Gp gilt: $G_{X} = - sin Ω_{s} \cdot G_{R} + cos Ω_{s} \cdot G_{P},$
$G_{y} = cos Ω_{s} \cdot G_{R} + sin Ω_{s} \cdot G_{P} .$
Um sicherzustellen, dass bei keiner Repetition, also bei keinem Winkel Ω, die maximal erlaubten physikalischen Werte der Gradienten Gx, Gy in x-Richtung und y-Richtung, insbesondere deren Amplitude G_x, G_y und deren Steigung dG_x/dt, dG_y/dt überschritten werden, werden herkömmlich die in der gesamten Pulssequenz verwendeten Werte der Amplitude G_R, G_p und der Steigung dG_R/dt, dG_p/dt der logischen Gradienten Gr, Gp soweit beschränkt, dass die genannte Bedingung immer, d.h. für alle Winkel Ω, erfüllt ist. D.h., die Amplituden G_R, G_pder logischen Gradienten Gr, Gp werden so gewählt, dass bei dem Winkel O_w, bei dem sich G_P und G_R konstruktiv auf einer physikalischen Achse überlagern, die genannten Maximalwerte der Amplituden G_x, G_y und der Steigungen dG_x/dt, dG_y/dt nicht überschritten sind. Durch diese globale Limitierung der Gradientenparamter der logischen Gradienten sind minimal mögliche Bildgebungsparameter, wie zum Beispiel die Echozeit T_E und die Repetitionszeit T_R nach unten, d.h. zu kürzeren Zeiten hin, stark limitiert. Bei vielen Anwendungen, insbesondere bei der dynamischen Bildgebung oder Live-Bildgebungen, besteht jedoch ein Interesse daran, die Werte der genannten Bildgebungsparameter so klein wie möglich zu setzen.
In US 2008/ 0 265 885 A1 wird ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren zur radialen Abtastung des k-Raums beschrieben, bei dem ein innerer Bereich des k-Raums mit einem ersten Ausleseprofil abgetastet wird und ein äußerer Bereich des k-Raums mit einem mit einem sich von dem ersten Ausleseprofil unterscheidenden zweiten Ausleseprofil abgetastet wird.
In DE 10 2012 205 864 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Ansteuersequenz für ein Magnetresonanzbildgebungssystem beschrieben. Mit Hilfe der Ansteuersequenz werden echosignalbasierte Magnetresonanzrohdaten in einem k-Raum entlang einer oder mehrerer Trajektorien erfasst. Die Ansteuersequenz wird so optimiert, dass zur Ansteuerung eines Gradientenmagnetfeldes für zumindest einen vorgegebenen Anteil der Ansteuersequenz die Änderung des Gradientenmagnetfeldes beschränkt ist.
In US 2008/ 0 284 439 A1 wird ein Verfahren zum Anpassen von RF-Pulsen und Gradientenpulsen beschrieben, um die B1-Feld-Amplitude in MR-Bildgebungssequenzen zu reduzieren.
In US 7,548,062 B1 wird ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren beschrieben. Auf der Basis von Abtastbedingungen wird eine Differentialgleichung zur Bestimmung einer spiralförmigen Trajektorie aufgestellt. Die Lösung der Differentialgleichung wird dazu genutzt, einen Startpunkt für die Abtastung zu erhalten.
In US 2015/ 0 212 179 A1 wird ein Verfahren zum Erzeugen von Magnetresonanz-Pulssequenzen beschrieben. Zur Erzeugung der Pulssequenzen wird ein mehrstufiges Sequenzerzeugungssystem genutzt.
Folglich besteht ein Problem darin, im Rahmen einer MR-Bildgebung die Werte der Bildgebungsparameter zu reduzieren, ohne die Grenzwerte für die Gradientenstärke und die Steigung der Gradienten zu überschreiten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung gemäß Patentanspruch 1, eine Pulssequenz gemäß Patentanspruch 9, ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren gemäß Patentanspruch 10, eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung gemäß Patentanspruch 12 und durch ein Magnetresonanzbildgebungssystem gemäß Patentanspruch 13 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung werden die Amplituden und die Steigungen von Auslese-Gradienten und Phase-Gradienten für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von globalen Maximalwerten der Amplituden und der Steigungen der Gradienten auf den physikalischen Achsen festgelegt. Als eine Orientierung des jeweiligen Abschnitts im k-Raum soll in diesem Zusammenhang bei einer radialen Abtastung eine Richtung, in der sich der jeweilige Abschnitt des k-Raums befindet, insbesondere ein Winkel, welcher diese Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, wie zum Beispiel einer der beiden physikalischen Achsen, angibt, verstanden werden. Die globalen Maximalwerte gelten dabei jedoch nicht abschnittsweise, sondern für alle abzutastenden Abschnitte gemeinsam. Die globalen Maximalwerte resultieren aus Leistungsbeschränkungen bzw. Belastungsbeschränkungen des verwendeten Magnetresonanzbildgebungssystems und sind üblicherweise fest vorgegeben. Die globalen Maximalwerte können weiterhin auch Limitierungen hinsichtlich der Belastung des Patienten berücksichtigen. Im Gegensatz zu den globalen Maximalwerten der Amplituden und der Steigungen der Gradienten auf den physikalischen Achsen ändern sich die erlaubten Maximalwerte der Amplituden und der Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen von Abschnitt zu Abschnitt. Für jeden Abschnitt werden daher erfindungsgemäß unterschiedliche Werte der Amplituden und der Steigungen von Auslese-Gradienten und Phase-Gradienten festgelegt.
Aufgrund der abschnittsweisen Anpassung lassen sich die maximal möglichen physikalischen Beschränkungen für jeden Abschnitt besser als herkömmlich oder gar vollständig ausnutzen. Auf diese Weise können aufgrund der dadurch möglichen höheren Werte für Amplituden und der Steigungen von Auslese-Gradienten und Phase-Gradienten kürzere Repetitionszeiten und kürzere Echozeiten für die auszuspielenden Pulssequenzen bei der Magnetresonanzbildgebung gewählt werden. Kürzere Repetitionszeiten erlauben zum Beispiel schnellere Messungen, was insbesondere bei der Abbildung von dynamischen Prozessen und sogenannten Live-Abbildungen vorteilhaft ist. Verkürzte Echozeiten sind mit kürzeren T₂*-Zerfallszeiten verbunden, wodurch aufgrund der geringeren Relaxation höhere Signalstärken erzielt werden können. Auf diese Weise lassen sich zum Beispiel Abbildungen mit einem verbesserten Signal/Rauschverhältnis erzielen oder feinere Kontraste abbilden. Außerdem lassen sich umgekehrt bei beibehaltener Echozeit infolge der Möglichkeit, kürzere Gradientenpulse auszuspielen, höhere Auflösungen erzielen, da innerhalb einer Repetition mehr Zeit zum Abtasten des k-Raums verbleibt.
Die erfindungsgemäße Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung weist eine Mehrzahl von Pulsteilsequenzen, auch als Repetitionen bezeichnet, auf, welche folgende Elemente umfassen:

- mindestens einen HF-Anregungspuls,
- mindestens einen Auslesegradienten in Ausleserichtung und
- mindestens einen Phase-Gradienten in Phasenrichtung,

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetresonanzbildgebungsverfahren wird zunächst eine Pulssequenz mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung erzeugt. Anschließend wird ein zu untersuchender Bereich eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe der erzeugten Pulssequenz angeregt und es werden Magnetresonanzsignale erfasst. Schließlich erfolgt ein Rekonstruieren von Bilddaten auf Basis der erfassten Magnetresonanzsignale bzw. der daraus resultierenden Rohdaten.
Die erfindungsgemäße Pulssequenz-Optimierungseinrichtung weist eine Eingangsschnittstelle zum Empfangen von globalen Maximalwerten von Gradientenamplituden und Steigungen von Gradienten einer zu optimierenden Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung auf den physikalischen Achsen auf. Sie umfasst zudem eine Pulssequenz-Optimierungseinheit zum Ermitteln der Gradientenamplituden und der Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von den empfangenen globalen Maximalwerten. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Pulssequenz-Optimierungseinrichtung eine Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben der ermittelten Werte der Gradientenamplituden und der Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen. Die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung kann zum Beispiel Teil einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage sein, sie kann aber auch als separat in einer anderen Einheit integriert sein.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem umfasst ein Hochfrequenz-Sendesystem, ein Gradientensystem und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Pulssequenz das Hochfrequenz-Sendesystem und das Gradientensystem anzusteuern. Das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungssystem umfasst zudem eine erfindungsgemäße Pulssequenz-Optimierungseinrichtung.
Die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Pulssequenz-Optimierungseinrichtung können zum überwiegenden Teil in Form von Softwarekomponenten ausgebildet sein. Dies betrifft insbesondere die Pulssequenz-Optimierungseinheit, aber auch Schnittstellen der Pulssequenz-Optimierungseinrichtung sowie andere in der Beschreibung erwähnte Einheiten der Pulssequenz-Optimierungseinrichtung. 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 die erfindungsgemäße Pulssequenz-Optimierungseinrichtung Teil eines Benutzerterminals eines MR-Systems oder Teil einer darin installierten Software sein.
Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Magnetresonanzbildgebungssysteme 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, beispielsweise einer Steuereinrichtung eines Magnetresonanztomographiesystems ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in dem Magnetresonanzbildgebungssystem, insbesondere 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 zu dem Magnetresonanztomographiesystem bzw. zu der Steuereinrichtung und/oder zur Speicherung an oder in dem Magnetresonanztomographiesystem bzw. 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 des Magnetresonanztomographiesystems bzw. 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 die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung werden für die Gradientenamplituden und die Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen deren maximal mögliche Werte ermittelt. D.h., es werden die jeweils mit den physikalischen Beschränkungen verträglichen größtmöglichen Werte der Gradientenamplituden und die Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen ermittelt. Eine solche Vorgehensweise erlaubt es zum Beispiel, die Repetitionszeit zu reduzieren und damit schnellere Bildgebungsprozesse zu implementieren, die sich insbesondere für die Bildgebung von dynamischen Prozessen eignen. Weiterhin lassen sich auf diese Weise auch Echozeiten auf ein mögliches Minimum verkürzen, was im Zusammenhang mit minimal möglichen T₂*-Zerfallszeiten zu maximal möglichen Signalstärken führt. Außerdem lassen sich umgekehrt bei beibehaltener Echozeit infolge der Möglichkeit, optimal zeitlich verkürzte Gradientenpulse auszuspielen, optimal hohe Auflösungen erzielen, da innerhalb einer Repetition eine optimal verlängerte Zeit zum Abtasten des k-Raums verbleibt.
Vorzugsweise kann ein einzelner Abschnitt im k-Raum jeweils mehrere Repetitionen umfassen. Beispielsweise umfasst ein Abschnitt mehrere radial verlaufende Trajektorien, welche in unterschiedliche Richtungen mit unterschiedlichen Winkeln im k-Raum orientiert sind. Werden mehrere Abschnitte bei der Ermittlung einer Pulssequenz zusammengefasst, so kann der Berechnungsaufwand und die Berechnungszeit für die Ermittlung einer optimierten Pulssequenz reduziert werden.
Alternativ können die einzelnen Abschnitte jeweils genau eine Repetition umfassen. Beispielsweise umfasst dann ein Abschnitt jeweils nur eine einzige radial verlaufende Trajektorie, wobei die Trajektorien unterschiedlicher Abschnitte in unterschiedliche Richtungen mit unterschiedlichen Winkeln im k-Raum orientiert sind. Auf diese Weise lassen sich die Werte für die Gradientenamplituden und die Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen maximieren, da sie jeweils auf die individuelle Konstellation der Überlagerung der Phase-Gradienten und der Auslese-Gradienten für eine einzelne Repetition angepasst werden können, ohne auf andere Repetitionen Rücksicht nehmen zu müssen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung wird ein bestmöglicher Winkel einer radialen k-Raumtrajektorie, ermittelt, bei der sich die Gradienten auf den logischen Achsen destruktiv überlagern und optimal auf den physikalischen Achsen verteilen. Der bestmögliche Winkel wird im Folgenden auch als optimaler Winkel bezeichnet. Weiterhin werden die Gradientenamplituden und die Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen für eine radiale k-Raumtrajektorie mit dem bestmöglichen Winkel ermittelt. Schließlich werden individuelle Gradientenamplituden und individuelle Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen für die übrigen radialen k-Raumtrajektorien derart festgelegt, dass die globalen Maximalwerte nicht überschritten werden. Anders ausgedrückt wird also zunächst derjenige Abschnitt des k-Raums gesucht, bei dem die Werte für die Amplituden und Steigungen der Auslese-Gradienten und Phase-Gradienten die größten Werte aufweisen können. Diese Vorgehensweise erlaubt umgekehrt, Sequenzparameter, wie zum Beispiel die Echozeit und die Repetitionszeit im Vergleich zur herkömmlichen Herangehensweise auf ein Minimum zu reduzieren. Würde man nun diese Werte für die anderen Abschnitte bzw. Trajektorien mit anderen Winkeln einfach übernehmen, so würden dort die maximal erlaubten Werte der Amplituden und Steigungen der Gradienten auf den physikalischen Achsen überschritten. Daher erfolgt bei dieser Variante eine individuelle Anpassung der Gradientenamplituden und Steigungen der Gradienten auf den logischen Achsen für die übrigen radialen k-Raumtrajektorien, derart, dass die globalen Maximalwerte nicht überschritten werden.
Bevorzugt erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung das Festlegen von individuellen Gradientenamplituden und individuellen Steigungen derart, dass nur für die Repetition mit dem bestmöglichen Winkel die gesamte radiale k-Raumtrajektorie vollständig abgetastet wird und für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln nur ein Teil der zugehörigen k-Raumtrajektorie abgetastet wird. Bei dieser Variante wird also die Anpassung in den anderen Abschnitten, d.h. den Abschnitten, die einem anderen Trajektorienwinkel als dem bestmöglichen Winkel zugeordnet sind, derart vorgenommen, dass die Länge der einzelnen Trajektorien im Vergleich zu der Trajektorie, welche dem bestmöglichen Winkel zugeordnet ist, verkürzt wird. Auf diese Weise wird die bei gegebenen Zeitparametern einer Pulssequenz abtastbare k-Raumfläche maximiert. Umgekehrt können bei gleichbleibender abzutastender k-Raumfläche die Zeitparameter der verwendeten Pulssequenz reduziert werden, was zu den genannten Vorteilen hinsichtlich der Bildqualität sowie der Aufnahmedauer beiträgt.
In einer besonders vorteilhaft anzuwendenden Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung wird die Pulssequenz derart gestaltet, dass für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln nur das innere Rechteck eines kreisförmig verlaufenden k-Raums bzw. k-Raumabschnitts abgetastet wird. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Abtastung des k-Raums wird bei gleichen Echozeiten und Repetitionszeiten anschaulich gesprochen, anstatt eines Innenkreises des k-Raums (siehe 3) ein den Innenkreis umfassendes k-Raumrechteck, beispielsweise ein k-Raumquadrat (siehe 3) abgetastet, welches eine größere k-Raumfläche umfasst. Umgekehrt können bei gleichgroßer abgetasteter k-Raumfläche, was ungefähr einer konstanten Auflösung entspricht, die Zeitparameter der Pulssequenz, wie zum Beispiel die Echozeit oder die Repetitionszeit verkürzt werden, mit den bereits mehrfach genannten Vorteilen bei der Magnetresonanzbildgebung.
Besonders bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung die Pulssequenz derart gestaltet, dass für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln an dem Rand des inneren Rechtecks der k-Raumabtastung begonnen wird und der verbleibende k-Raum in Richtung der jeweiligen k-Raumtrajektorie vollständig abgetastet wird. Dabei werden benachbarte k-Raumtrajektorien alternierend in entgegengesetzter Richtung abgetastet. Diese Vorgehensweise ist dann sinnvoll, wenn bei einer Pulssequenz zwischen den Phase-Gradienten und Auslese-Gradienten und dem Echozeitpunkt vergleichsweise wenig Zeit verbleibt im Vergleich zu dem Zeitraum nach dem Echozeitpunkt. In diesen Fällen sind die Zeitintervalle für die Abtastung des k-Raums also asymmetrisch verteilt. Diesen speziellen Umstand macht man sich bei dieser Variante dahingehend zunutze, dass man in dem Zeitabschnitt vor dem Echozeitpunkt eine kürzere Trajektorienstrecke, nämlich die von dem Rand des k-Raumrechtecks bis zum k-Raumzentrum, abtastet und nach dem Echozeitpunkt eine längere Trajektorienstrecke, nämlich die von dem k-Raumzentrum bis zum äußeren Rand des k-Raums, abtastet. Aufgrund der alternierenden Abtastung bei benachbarten Trajektorien lassen sich Verfahren, wie zum Beispiel Partial-Fourier, zur Rekonstruktion der fehlenden Rohdaten anwenden, so dass ein eventueller Qualitätsverlust der Abbildung aufgrund der Auslassung von Teilbereichen des k-Raums infolge der asymmetrischen Abtastung stark reduziert werden kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Magnetresonanzbildgebungsverfahrens wird eine optimierte Pulssequenz mit Hilfe der Variante des Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung ermittelt, bei der bei den anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln an dem Rand des inneren Rechtecks der k-Raumabtastung begonnen wird und der verbleibende k-Raum in Richtung der jeweiligen k-Raumtrajektorie vollständig abgetastet wird und benachbarte k-Raumtrajektorien alternierend in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden.
Vorzugsweise erfolgt bei dieser Ausgestaltung die Rekonstruktion von Bilddaten mit Hilfe eines partiellen Fouriertransformationsverfahrens (auch als „Partial Fourier Reconstruction“ bezeichnet).
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Pulssequenzdiagramm, welches eine Gradientenechosequenz mit radialer Abtastung veranschaulicht,
2 ein Abtastungsmuster des k-Raums mit radialen Trajektorien,
3 ein Abtastungsmuster des k-Raums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
4 ein Abtastungsmuster des k-Raums gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung,
5 ein Flussdiagramm, welches ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
6 ein Blockdiagramm, welches eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht,
7 ein Magnetresonanzbildgebungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In 1 ist ein Pulssequenzdiagramm mit vier Zeilen gezeigt, welches einen Abschnitt einer Gradientenecho-Pulssequenz, auch Repetition genannt, für die radiale Magnetresonanzbildgebung zeigt. In dem Pulssequenzdiagramm ist jeweils die Amplitude A des Pulses über die Zeit t aufgetragen. In der ersten Zeile ist ein Auslesefenster gezeigt. Während ein Ausleserechteckpuls ADC geschaltet ist, können Magnetresonanzsignale erfasst werden. In der zweiten Zeile ist ein HF-Anregungspuls HF mit einer Amplitude A_HF gezeigt, welcher zu Beginn des Pulssequenzabschnitts ausgespielt wird und in einem zu untersuchenden Bereich eines Untersuchungsobjekts zu einer Präzession von magnetischen Momenten führt. In der dritten Zeile des Pulssequenzdiagramms ist ein Auslese-Gradient Gr bzw. der Verlauf dessen Amplitude G_R veranschaulicht, welcher eine Abtastung des k-Raums in Radialrichtung bewirkt. In der vierten Zeile ist ein Phase-Gradient Gp bzw. der Verlauf seiner Amplitude G_P veranschaulicht, mit dem die Phase bzw. der damit einhergehende Winkel Ω im k-Raum festgelegt wird, bei dem die Trajektorie verläuft, mit der der k-Raum jeweils radial abgetastet wird. Bei der in 1 gezeigten Repetition treffen die Richtung des Auslese-Gradienten Gr mit der x-Achse zusammen und die Richtung des Phase-Gradienten Gp mit der y-Achse zusammen. D.h., der Trajektorienwinkel Ω hat den Wert 0, die Amplitude der Gradienten in x-Richtung G_x entspricht der Amplitude G_R des Auslese-Gradienten Gr und die Amplitude der Gradienten G_y in y-Richtung entspricht der Amplitude G_P des Phase-Gradienten Gp. Die x-Achse und die y-Achse entsprechen dabei den physikalischen Achsen des Magnetresonanzbildgebungssystems. Wie bereits erwähnt, ergibt sich eine allgemeine Beziehung der Amplituden G_R, G_P der logischen Gradienten Gr, Gp mit den Amplituden G_x, G_y der physikalischen Gradienten Gx, Gy gemäß den Gleichungen 1, 2.
Einen ähnlichen Pulssequenztyp stellen Pulssequenzen für eine segmentierte, radiale Abtastung des k-Raums dar, wie zum Beispiel die radiale Turbo-Spin-Echo-Sequenz (BLADE), bei der k-Raumsegmente nacheinander um einen Winkel Q_s gedreht aufgenommen werden.
In 2 ist eine Abtastung des k-Raums in radialer Richtung veranschaulicht. Bei einer herkömmlichen Pulssequenz werden die Längen der Trajektorien S in Radialrichtung durch die maximalen Gradientenamplituden G_x, G_y in x-Richtung und y-Richtung beschränkt. Die Länge der entsprechenden Trajektorie S entspricht der Hälfte des Durchmessers des in 2 eingezeichneten k-Raum-Quadrats Q_k. Da die Amplituden der logischen Gradienten Gp, Gr herkömmlich unveränderlich über die gesamte Pulssequenz sind, wird mit einer herkömmlichen Pulssequenz nur der in 2 eingezeichnete innere k-Raumkreis K_ik abgetastet. Außerhalb dieses inneren Kreises K_ik liegende k-Raumbereiche werden nicht berücksichtigt. Die Beschränkung der Gradientenparameter bei dem ungünstigsten Winkel Ω = 0 der Trajektorie S legt also die minimal möglichen Zeitparameter, wie zum Beispiel die Echozeit T_E und die Repetionszeit T_R fest. Somit sind herkömmlich aufgrund der globalen Beschränkung der Werte der Amplituden und Steigungen der logischen Gradienten Gp, Gr auch die Werte der Sequenzparameter nach unten hin deutlich eingeschränkt, was insbesondere bei der dynamischen Bildgebung nachteilhaft sein kann.
In 3 ist ein Abtastungsmuster des k-Raums gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem die in 2 veranschaulichte Beschränkung der Abtastung auf den in 2 eingezeichneten k-Raumkreis K_ik aufgehoben ist. In der linken Teilzeichnung ist eine Trajektorie S_best mit dem optimalen Winkel Ω_best durch den k-Raum eingezeichnet, bei der sich die physikalischen Gradienten Gx, Gy destruktiv überlagern, so dass für diesen optimalen Winkel Ω_best die Amplituden G_R, G_P der logischen Gradienten Gr, Gp die größtmöglichen Werte einnehmen können, ohne dass die physikalischen Beschränkungen des MR-Systems überschritten werden. Diese Maximalwerte der logischen Gradienten wiederum erlauben die Wahl von besonders kurzen Echozeiten T_E und Repetitionszeiten T_R, so dass eine der 3 entsprechend ausgebildete Pulssequenz P_opt für die dynamische Bildgebung besonders geeignet ist. Damit die physikalischen Beschränkungen auch für andere Winkel Ω der übrigen Trajektorien nicht überschritten werden, werden die Längen der übrigen Trajektorien S, wie in der rechten Teilzeichnung veranschaulicht, auf die Ausmaße eines k-Raumquadrats Q_k, dessen Diagonale gerade der Trajektorie S_best mit dem optimalen Winkel Q_best entspricht, beschränkt. D.h., bei konstanter Echozeit T_E und Repetitionszeit T_R werden die Amplituden G_R, G_P der logischen Gradienten Gr, Gp in Abhängigkeit vom dem Winkel Ω der jeweils abgetasteten Trajektorie S im Vergleich zu den Amplituden G_{R_max}, G_{P_max} bei der Trajektorie S_best mit dem optimalen Winkel Ω_best reduziert, so dass effektiv das in der rechten Teilzeichnung markierte k-Raumquadrat Q_k abgetastet wird. Auf diese Weise lassen sich im Vergleich zu der in 2 veranschaulichten Methode bei einer vergleichbaren Größe der abgetasteten k-Raumfläche die Werte der Bildgebungsparameter T_E, T_R reduzieren, ohne dass die genannten physikalischen Beschränkungen verletzt werden. Allerdings wird bei der beschriebenen Methode in Kauf genommen, dass für einzelne Winkel Ω die Auflösung etwas reduziert ist, da nur in Richtung der Diagonalen des k-Raumquadrats Q_k über die volle Länge abgetastet wird. Dafür ist die Auflösung für andere Winkel Ω, beispielsweise der Diagonalen Ω_best, wiederum etwas besser als bei der herkömmlichen Abtastung in 2.
4 zeigt ein Abtastungsmuster des k-Raums gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Variante wird der k-Raum asymmetrisch aber zumindest partiell in vollständiger Ausdehnung abgetastet und trotzdem die kontrastbestimmende Echozeit T_E über unterschiedliche Winkel Ω konstant gehalten. Dabei startet die Abtastung beispielsweise bei einer Trajektorie S₁ von dem Rand des k-Raumquadrats Q_k und erfolgt dann bis zum Rand des in 4 ebenfalls eingezeichneten äußeren k-Raumkreises K_ok. Die Abtastung erfolgt von Repetition zu Repetition alternierend, d.h., in entgegengesetzter Richtung (siehe Trajektorie S₂), was eine Abtastung mit Partial-Fourier ermöglicht. Fehlende Punkte einer Trajektorie im k-Raum, d.h. Bereiche, die von der jeweiligen Trajektorie S₁, S₂ nicht abgetastet wurden, können entweder durch Zero-Filling ausgelassen werden oder durch Verfahren wie POCS (POCS = projection onto convex set) oder auch Compressed Sensing abgeschätzt bzw. berechnet werden.
Die Positionierung und die Länge der k-Raumtrajektorien S₁, S₂ können zum Beispiel in Abhängigkeit davon festgesetzt werden, wie die Zeitabstände zwischen den logischen Gradienten und dem Auslesefenster ADC und danach bis zum Ende einer Repetition ausfallen. Beispielsweise kann bei einem verkürzten Abtastzeitfenster vor dem Auslesefenster ADC die Trajektorie S₁ wie in 4 gezeigt, was ihren zum k-RaumZentrum hin verlaufenden Teil betrifft, verkürzt werden, wohingegen der von dem k-Raumzentrum weg verlaufende Teil der Trajektorie S₁, vollständig ausgebildet ist. Wie bereits erwähnt, sind auch Kombinationen bzw. Mischungen der in 3 und 4 veranschaulichten Verfahren möglich.
5 zeigt ein Flussdiagramm 500, welches ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schritt 5.I wird eine Pulssequenz P_opt mit Hilfe eines Verfahrens zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums erzeugt bzw. optimiert. Im Detail wird bei dem Schritt 5.Ia ein bestmöglicher Winkel Ω_best einer radialen k-Raumtrajektorie S_best ermittelt, bei der sich die Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen destruktiv überlagern und optimal auf den physikalischen Achsen x, y verteilen. Anschließend werden bei dem Schritt 5.Ib die Gradientenamplituden G_R, G_P und die Steigungen dG_R/dt, dG_P/dt der Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen für eine radiale k-Raumtrajektorie S_best mit dem bestmöglichen Winkel Ω_best ermittelt. Schließlich werden bei dem Schritt 5.Ic individuelle Gradientenamplituden G_R, G_P und individuelle Steigungen dG_R/dt, dG_P/dt der Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen für die übrigen radialen k-Raumtrajektorien S, S₁, S₂ derart festgelegt, dass die globalen Maximalwerte G_{x_max}, G_{y_max}, dGx_{_}max/dt, dGy_max/dt nicht überschritten werden.
Nachfolgend wird im Rahmen des Magnetresonanzbildgebungsverfahrens bei dem Schritt 5.II ein zu untersuchender Bereich FOV eines Untersuchungsobjekts O mit Hilfe der erzeugten Pulssequenz P_opt zur Aussendung von Magnetresonanzsignalen angeregt. Die angeregten Magnetresonanzsignale werden im nächsten Schritt 5.III erfasst und es werden abschließend bei dem Schritt 5.IV Bilddaten BD auf Basis der erfassten Magnetresonanzsignale rekonstruiert.
In 6 ist eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 weist eine Eingangsschnittstelle 61 auf. Die Eingangsschnittstelle 61 dient dazu, globale Maximalwerte G_{x_max}, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGymax/dt von Gradientenamplituden G_x, G_y und Steigungen dG_x/dt, dG_y/dt von Gradienten Gx, Gy auf den physikalischen Achsen einer zu optimierenden Pulssequenz P zu empfangen. Die genannten Maximalwerte G_{x_max}, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_{_}max/dt werden anschließend an eine Pulssequenz-Optimierungseinheit 62 übermittelt, die ebenfalls Teil der Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 ist und dazu dient, Werte für Gradientenamplituden G_R, G_p und Steigungen dG_R/dt, dG_P/dt der Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen in Abhängigkeit von den empfangenen globalen Maximalwerten G_{x_max,} G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt sowie den Winkeln Ω der einzelnen radialen Trajektorien S der zu optimierenden Pulssequenz P zu ermitteln.
Die Pulssequenz-Optimierungseinheit 62 umfasst eine Winkelermittlungseinheit 62a, welche dazu eingerichtet ist, einen bestmöglichen Winkel Ω_best einer radialen k-Raumtrajektorie zu ermitteln, bei dem sich die Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen destruktiv überlagern und optimal auf den physikalischen Achsen x, y verteilen. Die Ermittlung kann zum Beispiel rechnerisch durch ein Optimierungsverfahren erfolgen. Bei dem Optimierungsverfahren wird zunächst eine funktionelle Anhängigkeit der möglichen Gradientenamplituden G_R, G_p in Abhängigkeit von den erlaubten physikalischen Beschränkungen sowie dem Winkel Ω einer jeweiligen Trajektorie S ermittelt. Anschließend wird ein Maximum der ermittelten Funktion in Abhängigkeit von den genannten Argumenten, d.h. den erlaubten physikalischen Beschränkungen, beispielsweise maximalen Amplitudenwerten G_{x_max}, G_{y_max} und Steigungen dGx_max/dt, dGy_max/dt der Gradienten Gx, Gy in Richtung der physikalischen Achsen sowie dem Winkel Ω, ermittelt. Weiterhin umfasst die Pulssequenz-Optimierungseinheit 62 eine Gradientenparameter-Ermittlungseinheit 62b, welche auf Basis des ermittelten optimalen Winkels Ω_best Gradientenamplituden G_R (Ω_best), G_p (Ω_best) und Steigungen dG_R(Ω_best) /dt, dG_P(Ω_best) /dt der Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen für eine radiale k-Raumtrajektorie mit dem bestmöglichen Winkel Ω_best ermittelt. Die Ermittlung kann zum Beispiel auf Basis einer mathematischen Abhängigkeitsbeziehung zwischen den Gradienten auf den logischen Achsen und den Gradienten auf den physikalischen Achsen, wie sie durch die Gleichungen 1, 2 verkörpert wird, erfolgen. Weiterhin werden in einer Ermittlungseinheit 62c zur Ermittlung von Parametern von logischen Gradienten Gp, Gr auf Basis der maximalen Amplitudenwerte G_{x_max}, G_{y_max} und Steigungen dGx_max/dt, dGy_max/dt der Gradienten Gx, Gy in Richtung der physikalischen Achsen sowie dem Winkel Ω individuelle Gradientenamplituden G_R, G_p und individuelle Steigungen dG_R/dt, dG_P/dt der Gradienten Gr, Gp auf den logischen Achsen für die übrigen radialen k-Raumtrajektorien in Abhängigkeit von dem jeweiligen Winkel Ω der betreffenden k-Raumtrajektorie S ermittelt. Die ermittelten Gradientenparameter G_R, G_p, dG_R/dt, dG_P/dt sowie auch die maximalen Gradientenamplituden G_R(Ω_best), G_p(Ω_best) und Steigungen dG_R(Ω_best) /dt, dG_P (Ω_best) /dt werden dann anschließend von der Pulssequenz-Optimierungseinheit 62 an eine Ausgangsschnittstelle 63 übergeben, welche die Gradientenparameter G_R, G_P, dG_R/dt, dG_P/dt, G_R(Ω_best), G_p(Ω_best), dG_R(Ω_best) /dt, dG_P(Ω_best) /dt an außerhalb der Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 liegende Einheiten weiterleitet.
In 7 ist grob schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 (im Folgenden kurz „MR-Anlage“ genannt) dargestellt. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem Untersuchungsraum 3 bzw. Patiententunnel, in den auf einer Liege 8 ein Untersuchungsobjekt O, bzw. hier ein Patient oder Proband, in dessen Körper sich das Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein bestimmtes Organ, befindet, eingefahren werden kann.
Der Magnetresonanzscanner 2 ist in üblicher Weise mit einem Grundfeldmagnetsystem 4, einem Gradientensystem 6 sowie einem HF-Sendeantennensystem 5 und einem HF-Empfangsantennensystem 7 ausgestattet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem HF-Sendeantennensystemen 5 um eine im Magnetresonanzscanner 2 fest eingebaute Ganzkörperspule, wogegen das HF-Empfangsantennensystem 7 aus am Patienten bzw. Probanden anzuordnenden Lokalspulen besteht (in 7 nur durch eine einzelne Lokalspule symbolisiert). Grundsätzlich kann aber auch die Ganzkörperspule als HF-Empfangsantennensystem genutzt werden und die Lokalspulen als HF-Sendeantennensystem, sofern diese Spulen jeweils in unterschiedliche Betriebsweisen umschaltbar sind.
Die MR-Anlage 1 weist weiterhin eine zentrale Steuereinrichtung 13 auf, die zur Steuerung der MR-Anlage 1 verwendet wird. Diese zentrale Steuereinrichtung 13 umfasst eine Sequenzsteuereinheit 14 zur Pulssequenzsteuerung. Mit dieser wird die Abfolge von Hochfrequenz-Pulsen (HF-Pulsen) und von Gradientenpulsen in Abhängigkeit von einer gewählten Bildgebungssequenz gesteuert. Eine solche Bildgebungssequenz kann beispielsweise innerhalb eines Mess- oder Steuerprotokolls vorgegeben sein. Üblicherweise sind verschiedene Steuerprotokolle für unterschiedliche Messungen in einem Speicher 19 hinterlegt und können von einem Bediener ausgewählt (und bei Bedarf gegebenenfalls geändert) und dann zur Durchführung der Messung genutzt werden. Bevor die Steuerprotokolle an die Sequenzsteuereinheit 14 gesendet werden, werden sie zur Optimierung an eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 gesendet. Die Pulssequenz-Optimierungseinrichtung 60 modifiziert Gradientenparameter in einem empfangenen Protokoll P, wie im Zusammenhang mit 3 bis 5 erläutert, und sendet das optimierte Steuerprotokoll P_opt an die Sequenzsteuereinheit 14 zur Pulssequenzsteuerung.
Zur Ausgabe der einzelnen HF-Pulse weist die zentrale Steuereinrichtung 13 eine Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 auf, die die HF-Pulse erzeugt, verstärkt und über eine geeignete Schnittstelle (nicht im Detail dargestellt) in das HF-Sendeantennensystem 5 einspeist. Zur Steuerung der Gradientenspulen des Gradientensystems 6 weist die Steuereinrichtung 13 eine Gradientensystemschnittstelle 16 auf. Die Sequenzsteuereinheit 14 kommuniziert in geeigneter Weise, z. B. durch Aussendung von Sequenzsteuerdaten SD, mit der Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 und der Gradientensystemschnittstelle 16 zur Aussendung der Pulssequenzen. Die Steuereinrichtung 13 weist außerdem eine (ebenfalls mit der in geeigneter Weise mit der Sequenzsteuereinheit 14 kommunizierende) Hochfrequenzempfangseinrichtung 17 auf, um koordiniert vom HF-Sendeantennensystem 7 empfangene Magnetresonanz-Signale, d.h. Rohdaten, zu akquirieren. Eine Rekonstruktionseinheit 18 übernimmt die akquirierten Rohdaten und rekonstruiert daraus die MR-Bilddaten. Diese Bilddaten können dann beispielsweise in einem Speicher 19 hinterlegt werden.
Eine Bedienung der zentralen Steuereinrichtung 13 kann über ein Terminal mit einer Eingabeeinheit 10 und einer Anzeigeeinheit 9 erfolgen, über das somit auch die gesamte MR-Anlage 1 durch eine Bedienperson bedient werden kann. Auf der Anzeigeeinheit 9 können auch MR-Bilder angezeigt werden, und mittels der Eingabeeinheit 10 ggf. in Kombination mit der Anzeigeeinheit 9 können Messungen geplant und gestartet, und insbesondere geeignete Steuerprotokolle mit geeigneten Messsequenzen wie oben erläutert ausgewählt und gegebenenfalls modifiziert werden.
Die erfindungsgemäße MR-Anlage 1 und insbesondere die Steuereinrichtung 13 können darüber hinaus noch eine Vielzahl von weiteren, hier nicht im Einzelnen dargestellten, aber üblicherweise an solchen Geräten vorhandenen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Netzwerkschnittstelle, um die gesamte Anlage mit einem Netzwerk zu verbinden und Rohdaten und/oder Bilddaten bzw. Parameterkarten aber auch weitere Daten, wie beispielsweise patientenrelevante Daten oder Steuerprotokolle, austauschen zu können.
Wie durch ein Einstrahlen von HF-Pulsen und die Erzeugung von Gradientenfeldern geeignete Rohdaten akquiriert und daraus MR-Bilder rekonstruiert werden können, ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt und wird hier nicht näher erläutert. Ebenso sind verschiedenste Messsequenzen, wie GRE-Messsequenzen oder TSE-Messsequenzen zur Erzeugung von dynamischen oder statischen Abbildungen, dem Fachmann vom Grundsatz her bekannt.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorbeschriebenen Verfahren und Vorrichtungen lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt und dass die Erfindung vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. So wurden das Verfahren und das Magnetresonanzbildgebungssystem in erster Linie anhand einer Anwendung zur Aufnahme von medizinischen Bilddaten erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung im medizinischen Bereich beschränkt, sondern die Erfindung kann auch grundsätzlich auf die Aufnahme von Bildern für andere Zwecke angewandt werden. Weiterhin wurde das erfindungsgemäße Magnetresonanzbildgebungsverfahren im Zusammenhang mit einer schichtweisen Abtastung eines zu untersuchenden Bereichs beschrieben. Es wird an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass das beschriebene Verfahren auch auf dreidimensionale Abtastverfahren analog angewendet werden kann. 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.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Pulssequenz zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung, wobei die Amplituden (G_R, G_P) und die Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) von Auslese-Gradienten (Gr) und Phase-Gradienten (Gp) für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung (Ω) des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von globalen Maximalwerten (G_{x_max}, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt) der Amplituden (G_x, G_y) und der Steigungen (dG_x/dt, dG_y/dt) der Gradienten (Gx, Gy) auf den physikalischen Achsen (x, y) festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei für die Gradientenamplituden (G_R, G_p) und die Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen deren maximal mögliche Werte ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschnitte jeweils mehrere Repetitionen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abschnitte jeweils genau eine Repetition umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - ein bestmöglicher Winkel (Ω_best) einer radialen k-Raumtrajektorie (S_best) ermittelt wird, bei der sich die Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen destruktiv überlagern und optimal auf den physikalischen Achsen (x, y) verteilen, - die Gradientenamplituden (G_R, G_P) und die Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen für eine radiale k-Raumtrajektorie (S_best) mit dem bestmöglichen Winkel (Ω_best) ermittelt werden und - individuelle Gradientenamplituden (G_R, G_P) und individuelle Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen für die übrigen radialen k-Raumtrajektorien (S, S₁, S₂) derart festgelegt werden, dass die globalen Maximalwerte (G_x__max, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt) nicht überschritten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Festlegen von individuellen Gradientenamplituden (G_R, G_P) und individuellen Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) derart erfolgt, dass - nur für die Repetition mit dem bestmöglichen Winkel (Ω_best) die gesamte radiale k-Raumtrajektorie (S_best) vollständig abgetastet wird und - für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln (Ω) nur ein Teil der zugehörigen k-Raumtrajektorie (S, S₁, S₂) abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln (Ω) nur das innere Rechteck (Q_ik) eines kreisförmig verlaufenden k-Raums abgetastet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei für die anderen Repetitionen mit anderen Trajektorienwinkeln (Ω) an dem Rand des inneren Rechtecks (Q_ik) der k-Raumabtastung begonnen wird und der verbleibende k-Raum in Richtung der jeweiligen k-Raumtrajektorie (S₁, S₂) vollständig abgetastet wird und benachbarte k-Raumtrajektorien (S₁, S₂) alternierend in entgegengesetzter Richtung abgetastet werden.
Pulssequenz (P_opt) zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung, aufweisend eine Mehrzahl von Pulsteilsequenzen mit: - mindestens einem HF-Anregungspuls (HF), - mindestens einem Auslesegradienten (Gr) in Ausleserichtung und - mindestens einem Phase-Gradienten (Gp) in Phasenrichtung, wobei die Gradientenamplituden (G_R, G_p) und die Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung (Ω) des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von globalen Maximalwerten (G_x__max, G_y__max, dGx_max/dt, dGy_max/dt) der Gradientenamplituden (G_x, G_y) und der Steigungen (dG_x/dt, dG_y/dt) der Gradienten (Gx, Gy) auf den physikalischen Achsen festgelegt sind.
Magnetresonanzbildgebungsverfahren (500), aufweisend die Schritte: - Erzeugen einer Pulssequenz (P_opt) mit Hilfe eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, - Anregen eines zu untersuchenden Bereichs (FOV) eines Untersuchungsobjekts (O) mit Hilfe der erzeugten Pulssequenz (P_opt), - Erfassen von Magnetresonanzsignalen, - Rekonstruieren von Bilddaten (BD) auf Basis der erfassten Magnetresonanzsignale.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei eine optimierte Pulssequenz (P_opt) mit Hilfe des Verfahrens nach Anspruch 8 ermittelt wird und die Rekonstruktion von Bilddaten (BD) mit Hilfe eines partiellen Fouriertransformationsverfahrens erfolgt.
Pulssequenz-Optimierungseinrichtung (60), aufweisend: - eine Eingangsschnittstelle (61) zum Empfangen von globalen Maximalwerten (G_x__max, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt) von Gradientenamplituden (G_x, G_y) und Steigungen (dG_x/dt, dG_y/dt) von Gradienten (Gx, Gy) einer zu optimierenden Pulssequenz (P) zur radialen Abtastung des k-Raums bei einer Magnetresonanzbildgebung auf den physikalischen Achsen (x, y), - eine Pulssequenz-Optimierungseinheit (62) zum Ermitteln der Gradientenamplituden (G_R, G_P) und der Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen für einzelne Abschnitte des k-Raums in Abhängigkeit von einer Orientierung (Ω) des jeweiligen Abschnitts im k-Raum und in Abhängigkeit von den empfangenen globalen Maximalwerten (G_x__max, G_{y_max}, dGx_max/dt, dGy_max/dt) , - eine Ausgangsschnittstelle (63) zum Ausgeben der ermittelten Werte der Gradientenamplituden (G_R, G_P) und der Steigungen (dG_R/dt, dG_P/dt) der Gradienten (Gr, Gp) auf den logischen Achsen.
Magnetresonanzbildgebungssystem (1), aufweisend: - ein Hochfrequenz-Sendesystem (3), - ein Gradientensystem (4) und - eine Steuereinrichtung (13), welche dazu ausgebildet ist, zur Durchführung einer gewünschten Messung auf Basis einer vorgegebenen Pulssequenz (P) das Hochfrequenz-Sendesystem (3) und das Gradientensystem (4) anzusteuern, und - eine Pulssequenz-Optimierungseinrichtung (60) gemäß Anspruch 12.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches direkt in eine Speichereinrichtung einer Steuereinrichtung (13) eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1) ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung (13) des Magnetresonanzbildgebungssystems (1) ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf welchem von einer Rechnereinheit eines Magnetresonanzbildgebungssystems (1) einlesbare und ausführbare Programmabschnitte gespeichert sind, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn die Programmabschnitte von der Rechnereinheit ausgeführt werden.