DE102016206713B4

DE102016206713B4 - System zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (EPSI)

Info

Publication number: DE102016206713B4
Application number: DE102016206713.3A
Authority: DE
Inventors: David Porter; Marco VICARI
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-21
Also published as: US20190128980A1; EP3446137A1; DE102016206713A1; US10739429B2; EP3446137B1; WO2017182573A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (EPSI). Das System (1) umfasst eine Erfassungseinrichtung (4) zum Erfassen von Magnetresonanzdaten, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten in einer Phasencodierungsrichtung zu verwenden, wobei der erste Codierungsgradient und der zweite Codierungsgradient schrittweise sind. Das System umfasst weiter eine Rekonstruktionseinrichtung (6) zum Rekonstruieren eines Magnetresonanzbildes auf Grundlage der erfassten Magnetresonanzdaten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein System, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (Echo-Planar Spectroscopic Imaging, EPSI).
Das Magnetic Resonance Spectroscopic Imaging (MRSI, spektroskopisches Magnetresonanz-Bildgebungsverfahren), das beispielsweise im Artikel „MR Spectroscopic Imaging: Principles and Recent Advances“ (Spektroskopische MR-Bildgebung: Prinzipien und jüngste Fortschritte) von S. Posse et al., Journal of Magnetic Resonance Imaging, 37(6): 1301–25 (2013) beschrieben ist, kann in vivo verwendet werden, um räumlich veränderliche Metabolitkonzentrationen für eine Reihe von Atomkernen zu messen, darunter ¹H, ¹³C, ¹⁵N, ¹⁹F, ²³Na, ³¹P. Die Technik kombiniert zeitliche Datenabtastung mit MR-Bildgebungstechniken, um örtlich begrenzte Spektren für einzelne Voxel-Orte zu erzeugen. Diese Spektren können dann verwendet werden, um wichtige klinische Informationen in Form von Metaboliten-Kartierungen oder getrennten Fett- und Wasser-Abbildern zu schaffen.
Die Datenerfassung ist zeitaufwendiger als bei herkömmlicher Magnetresonanz-Bildgebung (MRI), und eine schnelle Technik ist benötigt, um die räumlich und spektral codierten Datensätze in Abtastzeiten zu erzeugen, die für klinische Routineuntersuchungen geeignet sind. Ein solches Verfahren ist das EPSI, offenbart beispielsweise im Artikel „Spatial mapping of the chemical shift in NMR“ von P. Mansfield et al., Magnetic Resonance in Medicine, 1(3): 370 bis 386 (1984), aber diese Technik ist durch eine niedrige spektrale Bandbreite stark eingeschränkt, was für viele Anwendungen unzureichend ist, insbesondere bei hohen Feldstärken, bei hohen räumlichen Auflösungen oder für Metaboliten mit einem großen Bereich chemischer Verschiebungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System, ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Durchführen von EPSI zu schaffen, die eine vergrößerte spektrale Bandbreite ermöglichen.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Durchführen von EPSI vorgestellt, wobei das System umfasst:
Eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von MR-Daten, wobei die Erfassungseinrichtung geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten in einer Phasencodierungsrichtung zu verwenden, wobei der erste Codierungsgradient und der zweite Codierungsgradient schrittweise sind,

– eine Rekonstruktionseinrichtung zum Rekonstruieren eines MR-Bilds auf Grundlage der erfassten Magnetresonanzdaten.

Die Erfassung verwendet daher nicht nur ein Schrittverfahren in der Phasencodierungsrichtung, sondern auch ein Schrittverfahren in der Ausleserichtung, was ermöglicht, dass eine Untermenge an Rohdatenpunkten in der entsprechenden Richtung des k-Raums, die als die k_x-Richtung bezeichnet werden kann, bei jeder Iteration des Auslesemoduls abgetastet wird, wodurch die Ausgabe in vielfache Erfassungen aufgeteilt wird. Diese Ausleseaufteilung ermöglicht eine vergrößerte spektrale Bandbreite beim EPSI.
Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise geeignet, die MR-Daten durch ein mehrfaches Anwenden eines Auslesemoduls für verschiedene Kombinationen von a) Schritten des ersten Codierungsgradienten und b) Schritten des zweiten Codierungsgradienten zu erfassen, wobei ein Auslesemodul durch eine Pulssequenz und einen MR-Datenerfassungszeitraum definiert ist, wobei die Pulssequenz mindestens einen Anregungspuls, einen Puls des ersten Codierungsgradienten und einen Puls des zweiten Codierungsgradienten enthält.
Jede Kombination aus einem Schritt des ersten Codierungsgradienten in der Ausleserichtung und einem Schritt des zweiten Codierungsgradienten in der Phasencodierungsrichtung definiert ein jeweiliges Segment im k-Raum, wobei eine erste Richtung im k-Raum der Ausleserichtung entspricht und eine zweite Richtung im k-Raum der Phasencodierungsrichtung entspricht, wobei in einer Ausführungsform die Erfassungseinrichtung geeignet ist, die MR-Daten so zu erfassen, dass im k-Raum MR-Daten nicht für alle Segmente erfasst werden. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass Segmente, für welche MR-Daten erfasst werden, und Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind. Indem MR-Daten nicht für alle Segmente im k-Raum erfasst werden, kann die Abtastzeit reduziert sein. Darüber hinaus kann durch ein zufälliges Verteilen der Segmente die Qualität des schließlich rekonstruierten Bildes verbessert sein.
Das Schrittverfahren des ersten Codierungsgradienten in der ersten Richtung des k-Raums teilt den k-Raum in mehrere Spalten auf, die jeweils mehrere der Segmente umfassen, wobei die Erfassungseinrichtung geeignet sein kann, die MR-Daten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass alle Spalten unterschiedliche Verteilungen von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, aufweisen, d.h. keine zwei Spalten weisen dieselbe Verteilung auf. In einer Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, in verschiedenen Spalten unterschiedlich ist, die verschiedene absolute Positionen in der ersten Richtung des k-Raums aufweisen. Da die erste Richtung des k-Raums die Ortsfrequenzen in der Ausleserichtung in dem schließlich rekonstruierten Bild definiert, ermöglicht dies, dass die Verteilung erfasster und nicht erfasster Segmente an die Ortsfrequenz angepasst wird.
Die Erfassungseinrichtung kann geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass in jeder Spalte die Segmente, für welche MR-Daten erfasst werden, und die Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind. Insbesondere kann für jede Spalte eine andere Menge zufälliger Abtastpunkte in der zweiten Richtung des k-Raums, die der Phasencodierungsrichtung entspricht, verwendet werden. Dies kann zu einer weiter erhöhten Qualität des schließlich rekonstruierten Bildes führen.
Die Erfassungseinrichtung kann geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass zumindest einige Spalten erste Bereiche von Segmenten, die zufällig verteilte Segmente enthalten, für welche MR-Daten erfasst werden, und zweite Bereiche von Segmenten umfassen, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, wobei die Größe dieser Bereiche für mindestens zwei verschiedene Spalten unterschiedlich ist. Somit braucht die zufällige Verteilung der Segmente nur in den ersten Bereichen in den jeweiligen Spalten angewendet zu werden, wobei in den zweiten Bereichen keine Daten abgetastet werden. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass sich mit sich vergrößerndem Abstand von der Mitte des k-Raums in der ersten Richtung des k-Raums für die jeweilige Spalte die ersten Bereiche verringern und die zweiten Bereiche erhöhen. Darüber hinaus kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass sich die zweiten Bereiche an den oberen und/oder unteren Enden der jeweiligen Spalte bezüglich der zweiten Richtung des k-Raums befinden. Zum Beispiel können verschiedene Spalten MR-Daten in verschiedenen ersten Bereichen entlang der zweiten Richtung des k-Raums abtasten, wobei der jeweilige erste Bereich von seinem Versatz in der ersten Richtung von der k-Raum-Mitte abhängen kann. Dies ermöglicht, dass die Anzahl von Abtastpunkten für Spalten mit großen absoluten Versätzen in der ersten Richtung weiter reduziert wird, indem unnötige Datenpunkte, beispielsweise an den Ecken des k-Raums, übersprungen werden.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass ein Verhältnis der Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zu den Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass alle Spalten verschiedene Verhältnisse von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, aufweisen, d.h. keine zwei Spalten weisen dasselbe Verhältnis auf. In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass das Verhältnis von der Position der jeweiligen Spalte in der ersten Richtung des k-Raums abhängt. Zum Beispiel ist die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass das Verhältnis von der absoluten Position in der ersten Richtung des k-Raums der jeweiligen Spalte abhängt. Somit kann in einer Ausführungsform jede Spalte ein Verhältnis verwenden, das auch als ein Unterabtastungsfaktor oder ein Beschleunigungsfaktor betrachtet werden kann, der von ihrem Versatz in der ersten Richtung von der k-Raum-Mitte abhängt. Insbesondere kann sich das Verhältnis mit steigendem Abstand der jeweiligen Spalte von der k-Raum-Mitte erhöhen. Dies ermöglicht, dass die Erfassung an die Daten-Knappheit angepasst wird, die sich bei hohen Ortsfrequenzen erhöhen kann, die großen Versätzen in der ersten Richtung von der k-Raum-Mitte entsprechen.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Verhältnis der Segmente, für welche MR-Daten in dem jeweiligen k-Raum nicht erfasst werden, zu den Segmenten, für welche MR-Daten in dem jeweiligen k-Raum erfasst werden, mit der Zeit erhöht. Somit kann beispielsweise komprimiertes Erfassen bei Mehrfach-Echo-Erfassungen verwendet werden, die mehrfache k-Räume zu verschiedenen jeweiligen Echozeiten erzeugen, wobei diese Optimierung die Tatsache ausnutzen kann, dass aufgrund von T2*-Abklingen Bilder zu späten Echozeiten eine erhöhte Knappheit und ein reduziertes Signal-Rausch-Verhältnis (SRV) zeigen. Diese erhöhte Knappheit ermöglicht es, den Unterabtastungsfaktor für die späteren Echos zu erhöhen.
Darüber hinaus ist in einer Ausführungsform die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Bereich, in dem MR-Daten erfasst werden, in der zweiten Richtung mit erhöhter Zeit vergrößert, während dasselbe Sichtfeld erhalten bleibt, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten zu erhöhen. Somit kann beispielsweise für spätere Echos mit höherer Datenknappheit dieselbe Anzahl von Phasencodierungsschritten verwendet werden, um einen größeren Bereich in der zweiten Richtung des k-Raums abzutasten. Die erhöhte Knappheit kann daher ausgenutzt werden, um eine erhöhte räumliche Auflösung für spätere Echos zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei ein Sichtfeld in einer Bilddomäne mit erhöhter Zeit vergrößert wird, während dieselbe räumliche Auflösung erhalten bleibt, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten zu erhöhen. Somit kann beispielsweise für spätere Echos mit höherer Datenknappheit dieselbe Anzahl von Phasencodierungsschritten mit einem vergrößerten Bilddomänen-Sichtfeld und derselben räumlichen Auflösung verwendet werden, was einem Überabtasten der MR-Daten in der zweiten Richtung des k-Raums in der nativen Erfassung entspricht, d.h. vor der Anwendung der Unterabtastungsmaske zum komprimierten Erfassen. Dies kann zu einer erhöhten Abtastungs-Zufälligkeit bei späteren Echos führen, was die Leistungsfähigkeit der Rekonstruktion des komprimierten Erfassens verbessern kann, um die Datenabtastung auf spätere Zeitpunkte mit geeignetem SRV auszudehnen, was eine höhere spektrale Auflösung ergibt.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Durchführen von EPSI vorgestellt, wobei das Verfahren umfasst:

– ein Erfassen von Magnetresonanzdaten, wobei die Erfassungseinrichtung geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten in einer Phasencodierungsrichtung durch eine Erfassungseinrichtung zu verwenden, wobei der erste Codierungsgradient und der zweite Codierungsgradient schrittweise sind,
– ein Rekonstruieren eines Magnetresonanzbilds auf Grundlage der erfassten Magnetresonanzdaten durch eine Rekonstruktionseinrichtung.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm zum Durchführen von EPSI vorgestellt, wobei das Computerprogramm Programmcodeeinrichtungen umfasst, um das System, wie es durch Anspruch 1 definiert ist, zu veranlassen, das durch Anspruch 14 definierte Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem System läuft.
Es versteht sich, dass das System nach Anspruch 1, das Verfahren nach Anspruch 14 und das Computerprogramm nach Anspruch 15 ähnliche und/oder identische bevorzugte Ausführungsformen aufweisen, wie sie insbesondere in den abhängigen Ansprüchen definiert sind.
Es versteht sich, dass eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung auch eine beliebige Kombination der abhängigen Ansprüche mit dem jeweiligen unabhängigen Anspruch sein kann.
Diese und andere Aspekte der Erfindung sind offenbar und erläutert mit Bezugnahme auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen:
1 schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform eines Systems zum Durchführen von EPSI,
2 schematisch und beispielhaft ein Pulssequenzdiagramm, das ein Auslesemodul definiert,
3 schematisch und beispielhaft einen k-Raum mit abgetasteten und nicht abgetasteten Segmenten,
4 schematisch und beispielhaft einen weiteren k-Raum mit abgetasteten und nicht abgetasteten Segmenten,
5 schematisch und beispielhaft Segmente eines k-Raums für verschiedene Punkte in der Zeit,
6 schematisch und beispielhaft ein weiteres Pulssequenzdiagramm, das ein Auslesemodul definiert,
7 ein Flussdiagramm, das beispielhaft eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Durchführen von EPSI darstellt,
8 bis 11 schematisch und beispielhaft einzelne Voxel-Spektren für verschiedene anatomische Bereiche eine Knies,
12 beispielhaft und schematisch ein rekonstruiertes Wasserbild des Knies und
13 beispielhaft und schematisch ein Fettbild des Knies.
Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Ausführungsform eines Systems 1 zum Durchführen von EPSI. Das System 1 umfasst eine Erfassungseinrichtung 4 zum Erfassen von MR-Daten einer auf einer Trägereinrichtung 2, wie etwa einem Patiententisch, angeordneten Person 3, wobei die Erfassungseinrichtung 4 geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten G_R in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten G_P in einer Phasencodierungsrichtung zu benutzen, wobei der erste Codierungsgradient G_R und der zweite Codierungsgradient G_P schrittweise sind. Die Erfassungseinrichtung 4 umfasst wohl bekannte Bestandteile, wie etwa zugeordnete Spulen zum Erzeugen von Hochfrequenzpulsen (HF-Pulsen), Magnetfeld-Gradientenpulsen, insbesondere Pulsen zum Erzeugen des ersten Codierungsgradienten G_R und des zweiten Codierungsgradienten G_P und zum Erfassen der MR-Daten, d.h. zum Durchführen der eigentlichen Datenerfassung. Das System 1 umfasst weiter eine Verarbeitungs- und Steuerungseinrichtung 5, enthaltend eine Rekonstruktionseinrichtung 6 zum Rekonstruieren eines MR-Bildes auf Grundlage der erfassten MR-Daten und eine Steuerungseinrichtung 7 zum Steuern des Systems 1, insbesondere der Erfassungseinrichtung 4 und der Rekonstruktionseinrichtung 6. In einer Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung 4 auch eine getrennte Steuerungseinrichtung zum Steuern der Erfassungseinrichtung umfassen.
Das System 1 umfasst weiter eine Eingabeeinrichtung 8, wie etwa eine Tastatur, eine Computermaus, ein Touchpad und so weiter, und eine Ausgabeeinrichtung 9, wie etwa einen Bildschirm zum Zeigen des rekonstruierten MR-Bilds.
Die Erfassungseinrichtung 4 ist geeignet, die MR-Daten durch ein mehrfaches Anwenden eines Auslesemoduls für verschiedene Kombinationen von a) Schritten des ersten Codierungsgradienten und b) Schritten des zweiten Codierungsgradienten zu erfassen, wobei ein Auslesemodul als eine Pulssequenz und ein MR-Datenerfassungszeitraum definiert ist, wobei die Pulssequenz mindestens einen Anregungspuls, einen Puls des ersten Codierungsgradienten und einen Puls des zweiten Codierungsgradienten enthält.
Im Folgenden ist die durch die Erfassungseinrichtung 4 durchgeführte Erfassung der MR-Daten mit Bezugnahme auf 2 beispielhaft beschrieben.
2 zeigt ein Pulssequenzdiagramm, das darstellt, wie HF-Pulse, Magnetfeld-Gradientenpulse und Datenabtastung synchronisiert sind, um die MR-Daten vorzusehen. Insbesondere stellt das Pulssequenzdiagramm ein durch die Erfassungseinrichtung 4 ausgeführtes auslesesegmentiertes EPSI dar, indem Pulse von HF, vom Schichtselektionsgradienten G_S, Auslesegradienten G_R, d.h. ersten Codierungsgradienten, und Phasencodierungsgradienten G_P, d.h. zweiten Codierungsgradienten, sowie Datenabtastung gezeigt sind. Der schwingende Auslesegradient entlang G_R erzeugt einen Echozug, der benutzt wird, um ein getrenntes Bild für jeden positiven und jeden negativen Gradientenbauch zu erfassen. Die vollständige 2 stellt ein Auslesemodul dar, das für vielfache Werte der schrittweisen Codierungsgradienten wiederholt wird, die in der Figur als gestrichelte Linien gezeigt sind.
Somit wird ein Zug von Gradientenechos unter Verwendung eines schwingenden Auslesegradienten abgetastet, dem schrittweise Codierungsgradienten sowohl in der Ausleseals auch der Phasencodierungsrichtung vorangehen. Die schrittweisen Codierungsgradienten sehen bestimmte Positionen im k-Raum vor, von denen aus das Abtasten von k-Raum-Rohdatenpunkten bei jeder Wiederholung startet. Das in 2 gezeigte Auslesemodul wird für verschiedene Permutationen dieser Codierungsgradienten wiederholt, bis genügend k-Raum-Rohdatenpunkte erfasst wurden, um eine gewünschte räumliche Auflösung zu erreichen. 2 stellt eine zweidimensionale Version der Sequenz dar, in der eine räumliche Selektion in der Schichtrichtung durch eine unter Verwendung eines frequenzselektiven HF-Anregungspulses in Kombination mit einem Schichtselektionsgradienten G_S erreicht wird. Alternativ kann die Technik als eine dreidimensionale Sequenz unter Verwendung des bekannten Verfahrens des Hinzufügens eines zusätzlichen schrittweisen Phasencodierungsgradienten in der Schichtrichtung umgesetzt werden.
Die allgemeine Technik des Erfassens räumlich codierter MR-Signale unter Verwendung eines schrittweisen Phasencodierungsgradienten ist ein gängiges grundlegendes Verfahren bei der Bildgebung, genannt Spin-Warp-NMR-Imaging. Diese Technik ist beispielsweise offenbart in dem Artikel „Spin warp NMR imaging and application to human wholebody imaging“ von W. A. Edelstein et al., Physics in Medicine and Biology, 25: 751–756 (1980), die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. In diesem verbreitet angewendeten Standardfall werden feste (nicht schrittweise) Auslesegradientenpulse verwendet, um bei jeder Wiederholung alle erforderlichen Datenpunkte in der Ausleserichtung (k_x-Richtung) abzutasten. Eine bekannte Modifikation dieses Standardfalles ist es, einen schrittweisen Auslesecodierungsgradienten (auch Auslesevorphasengradient genannt) mit einer anderen Amplitude bei jeder Wiederholung zu verwenden, wie beispielsweise offenbart in den Artikeln „Diffusion-weighted multiple shot echo planar imaging of humans without navigation“ von M. Robson et al., Magnetic Resonance in Medicine 38(1): 82–8 (1997), „vGRASE: separating phase and T2 modulations in 2D“ von K. Oshio, Magnetic Resonance in Medicine, 44(3): 383–6 (2000) und „High resolution diffusion-weighted imaging using readout-segmented echo-planar imaging, parallel imaging and a twodimensional navigator based reacquisition“ von D. A. Porter et al., Magnetic Resonance in Medicine,62(2): 468–75 (2009), die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind. Diese Modifikation ist im Allgemeinen als Mosaik-k-Raum-Abtastung oder Auslesesegmentierung bezeichnet, weil jede Wiederholung eine Untermenge an zusammenhängenden k_x-Punkten oder ein ‚Segment‘ des k-Raums in der Ausleserichtung abtastet. Sowohl mit dem Standard-Spin-Warp-Imaging und der modifizierten auslesesegmentierten Technik kann ein räumliches Codieren in der dritten (der z-)Richtung durch eine frequenzselektive Schichtanregung oder durch ein Hinzufügen eines zusätzlichen Codierungsgradienten in der dritten Dimension erreicht werden, was zusätzliche Wiederholungen des Auslesemoduls erfordert, wie offenbart ist im Artikel „MRI: Basic Principles and Applications“ von B. M. Dale et al., ISBN: 978-1-119-01305-1, Oktober 2015, Wiley-Blackwell, der hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Wenn die Schichtselektion verwendet wird, wird das endgültige Bild durch ein Durchführen einer 2D-Fouriertransforation auf die k-Raumdaten erzeugt, die an jeder einzelnen Schichtposition erfasst sind. Wenn eine schrittweise Codierung in der dritten (z-)Richtung verwendet wird, werden Bilder durch ein Durchführen einer 3D-Fouriertransforation auf die k-Raumdaten erzeugt. Wenn das bekannte Standardverfahren der spektroskopischen Bildgebung durchgeführt wird, wie beispielsweise in dem oben genannten Artikel von S. Posse et al. beschrieben, der hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist, werden Daten für jeden Punkt im k-Raum (entweder 2D oder 3D) zu mehreren Zeitpunkten nach dem HF-Anregungspuls abgetastet. Eine zusätzliche Fouriertransformation bezüglich dieser Zeitachse sieht dann Spektralinformationen an jedem Voxel-Ort in der räumlich codierten Datenmenge vor.
In dem bekannten EPSI-Verfahren, wie beispielsweise in dem oben genannten Artikel von P. Mansfield et al. offenbart, der hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist, wird ein standardmäßiger schrittweiser Codierungsgradient in der Phasencodierungsrichtung verwendet, um bei jeder Iteration MR-Daten für einen einzelnen k_y-Wert zu erfassen, aber es wird keine schrittweise Codierung in der Ausleserichtung durchgeführt; folglich muss in der Standardtechnik das Moment jedes Auslesegradienten im Echozug groß genug sein, um den vollen Bereich von Rohdaten-k_x-Punkten abzudecken, wodurch ein unterer Grenzwert für den Echoabstand und ein entsprechender oberer Grenzwert für die spektrale Bandbreite gesetzt sind. Da sich das erforderliche Gradientenmoment mit der räumlichen Auflösung erhöht, wird auch diese Einschränkung der spektralen Bandbreite mit steigender räumlicher Auflösung stärker. Jedoch ist durch das Verwenden des durch die Erfassungseinrichtung 4 angewendeten Erfassungsschemas der Echoabstand von der räumlichen Auflösung entkoppelt, weil der minimale Echoabstand nun durch die Anzahl von k_x-Punkten in jedem Auslesesegment definiert ist und dieser Wert frei gewählt werden kann, um die gewünschte spektrale Bandbreite zu erreichen.
Jede Kombination eines Schritts des ersten Codierungsgradienten G_R in der Ausleserichtung und eines Schritts des zweiten Codierungsgradienten G_P in der Phasencodierungsrichtung definiert ein jeweiliges Segment in einem k-Raum, wobei eine erste Richtung k_x im k-Raum der Ausleserichtung entspricht und eine zweite Richtung k_y im k-Raum der Phasencodierungsrichtung entspricht, wobei die Erfassungseinrichtung 4 geeignet ist, die MR-Daten so zu erfassen, dass nicht für alle Segmente im k-Raum MR-Daten erfasst werden. Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass Segmente, für welche MR-Daten erfasst werden, und Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind.
Das Schrittverfahren des ersten Codierungsgradienten in der ersten Richtung k_x des k-Raums teilt den k-Raum in mehrere Spalten auf, die jeweils mehrere der Segmente umfassen, wobei die Erfassungseinrichtung 4 geeignet ist, die MR-Daten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist. In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, und von Segmenten, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, in verschiedenen Spalten unterschiedlich ist, die verschiedene absolute Positionen in der ersten Richtung k_x des k-Raums aufweisen.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass in jeder Spalte die Segmente, für welche MR-Daten erfasst werden, und die Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind. Insbesondere kann für jede Spalte eine andere Menge zufälliger Abtastpunkte in der zweiten Richtung k_y des k-Raums, die der Phasencodierungsrichtung entspricht, verwendet werden.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass das Verhältnis der Segmente, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, zu den Segmenten, für welche MR-Daten erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist. Insbesondere ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass das Verhältnis von der Position der jeweiligen Spalte in der ersten Richtung des k-Raums abhängt. Zum Beispiel ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten so zu erfassen, dass das Verhältnis von der Position in der ersten Richtung des k-Raums der jeweiligen Spalte abhängt. Somit kann in einer Ausführungsform jede Spalte ein Verhältnis verwenden, das auch als ein Unterabtastungsfaktor oder ein Beschleunigungsfaktor betrachtet werden kann, der sich mit ihrem Versatz in der ersten Richtung k_x von der k-Raum-Mitte erhöht. Dies ermöglicht, dass die Erfassung an die Daten-Knappheit angepasst wird, die sich bei hohen Ortsfrequenzen erhöhen kann, die großen Versätzen in der ersten Richtung von der k-Raum-Mitte entsprechen.
3 stellt beispielhaft eine entsprechende Verteilung der Segmente im k-Raum dar, wobei die k-Raum-Mitte in der Mitte der Figur liegt, und wobei die weißen Linien Segmente darstellen, für welche MR-Daten erfasst sind, und die schwarzen Linien Segmente darstellen, für welche MR-Daten nicht erfasst sind. Sie zeigt ein optimiertes Unterabtastungsschema für den Fall von fünf Spalten, wobei die erste Richtung k_x, die der Ausleserichtung entspricht, und die zweite Richtung k_y, die der Phasencodierungsrichtung entspricht, horizontal bzw. vertikal liegen. Das Verhältnis beträgt ungefähr 0,5 für die mittlere Spalte und 1,0 und 2,0 für die ersten bzw. zweiten Seitenspalten.
In einer Ausführungsform kann die Erfassungseinrichtung 4 geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass zumindest einige Spalten erste Bereiche von Segmenten, die zufällig verteilte Segment enthalten, für welche MR-Daten erfasst werden, und zweite Bereiche von Segmenten, für welche keine MR-Daten erfasst werden, umfassen, wobei die Größe dieser Bereiche für mindestens zwei verschiedene Spalten unterschiedlich ist. Somit braucht die zufällige Verteilung der Segmente nur in den ersten Bereichen in den jeweiligen Spalten angewendet zu werden. Insbesondere kann die Erfassungseinrichtung 4 geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass sich die ersten Bereiche verringern und die zweiten Bereiche vergrößern mit sich vergrößerndem Versatz von der Mitte des k-Raums in der ersten Richtung des k-Raums für die jeweilige Spalte. Dies ermöglicht, dass die Anzahl von Abtastpunkten für Spalten mit großen absoluten Versätzen in der ersten Richtung weiter reduziert wird, indem unnötige Datenpunkte, beispielsweise an den Ecken des k-Raums, übersprungen werden. Die Erfassungseinrichtung 4 kann geeignet sein, die MR-Daten so zu erfassen, dass sich die zweiten Bereiche an den oberen und/oder unteren Enden der jeweiligen Spalte bezüglich der zweiten Richtung des k-Raums befinden. 4 stellt ein entsprechendes Beispiel des Erfassungsschemas dar, das als ein elliptisches Abtastungsschema betrachtet werden könnte, für den Fall von 19 Spalten und ein Gesamtverhältnis von Segmenten (schwarz), für welche MR-Daten nicht erfasst sind, zu Segmenten (weiß), für welche MR-Daten erfasst sind, von ungefähr 2 in diesem Beispiel; sowohl die Abtastdichte als auch der erste und der zweite Bereich entlang der zweiten Richtung k_y sind als eine Funktion des Spaltenversatzes von der k-Raum-Mitte variiert.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Verhältnis der Segmente, für welche MR-Daten in dem jeweiligen k-Raum nicht erfasst werden, zu den Segmenten, für welche MR-Daten in dem jeweiligen k-Raum erfasst werden, mit der Zeit erhöht. Somit kann beispielsweise komprimiertes Erfassen bei Mehrfach-Echo-Erfassungen verwendet werden, die mehrfache k-Räume zu verschiedenen jeweiligen Echozeiten erzeugen, wobei diese Optimierung die Tatsache ausnutzen kann, dass aufgrund von T2*-Abklingen Bilder zu späten Echozeiten eine erhöhte Knappheit und ein reduziertes SRV zeigen. Diese erhöhte Knappheit ermöglicht es, den Unterabtastungsfaktor für die späteren Echos zu erhöhen.
Darüber hinaus ist in einer Ausführungsform die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Bereich, in dem MR-Daten erfasst werden, in der zweiten Richtung k_y mit erhöhter Zeit vergrößert, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten zu erhöhen. Somit kann beispielsweise für spätere Echos mit höherer Datenknappheit dieselbe Anzahl von Phasencodierungsschritten verwendet werden, um einen größeren Bereich in der zweiten Richtung k_y des k-Raums abzutasten. Die erhöhte Knappheit kann daher ausgenutzt werden, um eine erhöhte räumliche Auflösung für spätere Echos zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung 4 geeignet, die MR-Daten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass MR-Daten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei die räumliche Auflösung konstant gehalten wird und ein Sichtfeld in einer Bilddomäne mit erhöhter Zeit vergrößert wird, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten G_P zu erhöhen. Somit kann beispielsweise für spätere Echos mit höherer Datenknappheit dieselbe Anzahl von Phasencodierungsschritten mit einem vergrößerten Bilddomänen-Sichtfeld verwendet werden, was einem Überabtasten der MR-Daten in der zweiten Richtung k_y des k-Raums in der nativen Erfassung entspricht, d.h. vor der Anwendung der Unterabtastungsmaske zum komprimierten Erfassen. Dies kann zu einer erhöhten Abtastungs-Zufälligkeit bei späteren Echos führen, was die Leistungsfähigkeiten der Rekonstruktion des komprimierten Erfassens verbessern kann, um die Datenabtastung auf spätere Zeitpunkte mit geeignetem SRV auszudehnen, was eine höhere spektrale Auflösung ergibt.
Wenn das Sichtfeld entlang einer Richtung in der Bilddomäne vergrößert ist, während die ursprüngliche räumliche Auflösung beibehalten ist, weist der entsprechende k-Raum dieselbe Ausdehnung entlang dieser Richtung auf, wird aber in einem feineren Raster abgetastet, d.h. die Anzahl von Schritten im k-Raum entlang dieser Richtung ist größer, und die Schritte sind kleiner, proportional zur Vergrößerung des Sichtfeldes. Diese Modifikation wird als ein Überabtasten betrachtet. Somit sind in diesem Fall „Unterabtasten“ und „Überabtasten“ gleichzeitig vorhanden; „Unterabtasten“, weil nicht alle vorgeschriebenen k-Raum-Datenpunkte abgetastet werden, und „Überabtasten“, weil das Raster vorgeschriebener k-Raum-Datenpunkte einen engeren Abstand aufweist als für das festgelegte Sichtfeld erforderlich.
Ein Beispiel dafür, wie das Unterabtastungsschema auf diese Weise eingesetzt werden kann, ist in 5 für das erläuternde Beispiel dreier aufeinanderfolgender Echos mit steigenden Unterabtastungsfaktoren (Verhältnis von nicht erfassten zu erfassten Datenpunkten) von 0,5, 2,0 bzw. 3,5 vorgesehen. Die entsprechenden Sichtfelder entlang der Phasencodierungsrichtung sind um dieselben Faktoren vergrößert, während der Gesamtbereich von k_y-Punkten gleich gehalten ist (d.h. feste räumliche Auflösung). Somit sind sowohl der Unterabtastungsfaktor als auch das Sichtfeld allmählich mit steigender Echoanzahl im Echozug vergrößert.
Das echospezifische Unterabtastungsschema kann erreicht werden, indem phasencodierende Echopunkt-Gradienten entlang der G_P-Achse (phasencodierenden Achse) hinzugefügt werden, wie im Sequenzdiagramm von 6 gezeigt. Zu beachten ist, dass alle Aspekte der Erfindung auf eine 3D-Sequenz ausgedehnt werden können, in der sowohl schrittweise als auch punktweise (engl. „blibbed“) Phasencodierungsgradienten auch entlang der G_S-Richtung (Schichtselektionsrichtung) ausgeführt werden.
6 zeigt ein Pulssequenzdiagramm für beschleunigtes, auslesesegmentiertes EPSI unter Verwendung von komprimiertem Erfassen. Die Figur zeigt Pulse von HF, Schichtselektionsgradient G_S, Auslesegradient G_R und Phasencodierungsgradient G_P sowie Datenabtastung. Der schwingende Auslesegradient entlang G_R erzeugt einen Echozug, der benutzt wird, um MR-Daten für getrennte k-Räume für jeden positiven und jeden negativen Gradientenbauch zu erfassen. Die vollständige Figur stellt ein Auslesemodul dar, das für vielfache Werte der schrittweisen Codierungsgradienten wiederholt wird, die in der Figur als gestrichelte Linien gezeigt sind. Verglichen mit der in 2 gezeigten, nicht beschleunigten Sequenz, weist die Sequenz einen modifizierten Gradienten entlang der G_P-Achse wie folgt auf: (1) der gestrichelte Codierungsgradient wird mit ungleichförmigen Schritten zwischen jeder Ausführung des Auslesemoduls ausgeführt, um ein Unterabtasten in der k_y-Richtung (Phasencodierungsrichtung) vorzusehen, das spezifisch für das gemessene Auslesesegment ist, definiert durch den schrittweisen Codierungsgradienten entlang G_R; (2) ein punktweiser Phasencodierungsgradient G_P wird benutzt, um das Unterabtastungsschema an jeden einzelnen k-Raum und daher jedes einzelne Bild im Echozug anzupassen. Zu weiteren Einzelheiten bezüglich der Sequenzgestaltung für Unterabtastungsschemata, die sich Echo für Echo entlang einem Echozug ändern, ist verwiesen auf „3D compressed sensing for highly accelerated hyperpolarized 13C MRSI with in vivo applications to transgenic mouse models of cancer“ von S. Hu et al., Magnetic Resonance in Medicine, 63(2): 312–321 (2010).
Im Folgenden ist eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Durchführen von EPSI beispielhaft mit Bezug auf ein in 7 gezeigtes Flussdiagramm beschrieben.
In Schritt 101 werden MR-Daten erfasst, wobei die Erfassungseinrichtung 4 den ersten Codierungsgradienten G_R in der Ausleserichtung und den zweiten Codierungsgradienten G_P in der Phasencodierungsrichtung verwendet, wobei der erste Codierungsgradient G_R und der zweite Codierungsgradient G_P schrittweise sind. In Schritt 102 wird ein MR-Bild auf Grundlage der erfassten MR-Daten durch die Rekonstruktionseinrichtung 6 rekonstruiert, und in Schritt 103 wird das rekonstruierte MR-Bild durch die Ausgabeeinrichtung 9 gezeigt.
Das durch die Rekonstruktionseinrichtung 6 rekonstruierte MR-Bild ist ein spektrales Bild, wobei für jedes Voxel des Bildes ein Spektrum rekonstruiert ist. 8 bis 11 zeigen beispielhaft einzelne Voxel-Spektren für vier verschiedene Voxel in vier verschiedenen anatomischen Bereichen eines Knies, 8 und 9 zeigen spektrale Peaks von ¹H-Kernen in Fettmolekülen in femoralem Knochenmark bzw. im Hoffa-Fettkörper. 10 und 11 zeigen spektrale Peaks von ¹H-Kernen in Wassermolekülen in Muskel bzw. Knorpel. In diesem Beispiel wurde spektroskopische ¹H-Bildgebung hoher Bandbreite in vivo gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt, aber ohne Unterabtasten, wobei sagittale Bilder des Knies unter Verwendung einer Voxelgröße von 0,8 × 0,8 × 2,0 mm rekonstruiert sind und Spektren mit einer Bandbreite von 2,8 kHz erhalten wurden, was um einen Faktor 8 höher ist als für eine typische vergleichbare Erfassung unter Verwendung von Standard-EPSI. Die für diese Rekonstruktion verwendeten MR-Daten wurden bei 3 T erfasst. Die Einzelvoxelspektren zeigen einen herausragenden Fett- oder Wasserpeak, je nach Gewebetyp. 12 und 13 zeigen, wie diese Spektralinformationen verwendet werden können, um die Signalbeiträge aus Wasser (12) und Fett (13) robust in getrennte Bilder zu trennen. Die Bilder wurden durch ein Integrieren der Spektren für jedes Voxel über zwei festgelegte ppm-Bereiche, entsprechend Fett- bzw. Wassersignalen, erzeugt; diese Integralwerte wurden dann verwendet, um die Voxelintensitäten in den jeweiligen Fett- und Wasserbilder zu definieren.
Die Standard-EPSI ist durch eine niedrige spektrale Bandbreite stark eingeschränkt, was für viele Anwendungen unzureichend ist, insbesondere bei hoher Feldstärke, bei hoher räumlicher Auflösung oder für Metaboliten mit einem großen Bereich chemischer Verschiebungen. Im Artikel „High-speed spatially resolved NMR spectroscopy using phasemodulated spin-echo trains. Expansion of the spectral bandwidth by combined use of delayed spin-echo trains.“ von S. Matsui et al., Journal of Magnetic Resonance, 64: 167–171 (1985) ist daher vorgeschlagen, die spektrale Bandbreite beim EPSI durch ein Erfassen mehrerer Erfassungen mit verschiedenen Zeitverschiebungen zu vergrößern. Jedoch führt dies zu einer zeitlichen Überlappung zwischen Signalen zu verschiedenen Zeitpunkten, was die natürliche Phasenentwicklung von Signalen mit höheren Ortsfrequenzen zerreißt. Ein weiterer Nachteil für in vivo durchgeführte Erfassungen besteht darin, dass Bewegungs- oder Strömungseffekte zwischen getrennten zeitverschobenen Erfassungen eine komplexe Modulation des resultierenden Spektrums verursachen können. Das System und das Verfahren, die oben mit Bezug auf 1 bis 13 beschrieben sind, schaffen einen alternativen Ansatz zum Vergrößern der spektralen Bandbreite beim EPSI, der die zeitliche Überlappung vermeidet und weniger schwere Fehler bei Vorhandensein von Bewegung erzeugt. Sie schaffen eine modifizierte Version des EPSI, die die Bandbreitenbeschränkung der Standardtechnik vermeidet und das MRSI auf einen breiten Bereich neuer klinischer Anwendungen ausweitet, indem EPSI unter Verwendung von Auslesesegmentierung mit Standard-Bildrekonstruktionstechniken durchführt. Sie schaffen auch eine beschleunigte Version der neuen auslesesegmentierten EPSI-Sequenz unter Verwendung eines eigenen Ansatzes für komprimiertes Erfassen, indem MR-Daten nicht für jedes Segment des k-Raums erfasst werden.
Das System und das Verfahren, die oben mit Bezug auf 1 bis 13 beschrieben sind, können eine bedeutende Ergänzung zur Palette klinischer und vorklinischer Bildgebungstechniken darstellen, die mit der MR verfügbar sind. Protokolle der klinischen MRI mit hoher spektraler und räumlicher Auflösung (HiSS) können von 1,5 T bis 3 T übertragen werden, und eine robuste Datenanalyse kann aufgrund des Fehlens verwirrender Aliasing-Artefakte ermöglicht sein, die auftreten, wenn die spektrale Bandbreite niedrig ist. HiSS ist beispielsweise offenbart in dem Artikel „Breast MR Imaging with High Spectral and Spatial Resolutions: Preliminary Experience 1” von Du W. et al., Radiology, 224(2): 577–585 (2002), der hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Sie kann auch eine Metaboliten-Kartierung mit hoher Bandbreite bei ultrahohen Feldstärken von 7 T und darüber ermöglichen, wobei ein erhöhtes SRV ermöglicht, dass die vorgeschlagene Technik Metaboliten in vivo mit einem nie dagewesenen Ausmaß an räumlicher Auflösung kartiert. Am anderen Extrem kann die Technik für weniger aufwendige Systeme mit niedriger Feldstärke von Interesse sein, wo es wenig leistungsfähige Gradientensysteme und schlechte Homogenität des statischen Feldes schwierig machen, spektral selektive Fett- und Wasserbildgebung mit Standardtechniken durchzuführen. Außerdem kann der vorgeschlagene auslesesegmentierte EPSI-Ansatz Vorteile für vorklinische Bildgebungsstudien bieten, die eine hohe räumliche Auflösung erfordern und bei hohen Feldstärken durchgeführt werden.
Obwohl in oben beschriebenen Ausführungsformen die Abtastzeit durch ein komprimiertes Erfassen reduziert ist, kann in anderen Ausführungsformen die Abtastzeit auf andere Weise reduziert sein. Zum Beispiel können bekannte Verfahren paralleler Bildgebung, wie etwa SENSE oder GRAPPA, eine partielle Fouriererfassung in der Ausleserichtung oder bekannte Techniken für gleichzeitige Mehrschicht-Bildgebung wie CAIPIRINHA, verwendet werden. SENSE ist beispielsweise offenbart im Artikel „SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI“ von Preussmann K. P. et al., Magnetic Resonance in Medicine, 42(5): 952–62 (1999), GRAPPA ist beispielsweise offenbart im Artikel „Generalized Autocalibrating Partially Parallel Acquisitions (GRAPPA)“ von Griswold M. A. et al., Magnetic Resonance in Medicine, 47(6): 1202–10 (2002), die partielle Fouriererfassung ist beispielsweise offenbart in „Implementation and assessment of diffusion-weighted partial Fourier readout segmented echo-planar imaging“ von R. Frost et al., Magnetic Resonance in Medicine, 68(2): 441–51 (2012), und CAIPIRINHA ist beispielsweise offenbart im Artikel „Controlled aliasing in parallel imaging results in higher acceleration (CAIPIRINHA) for multi-slice imaging“ von Breuer et al., Magnetic Resonance in Medicine, 53(3): 684–91 (2005), die hiermit durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen MR-Daten einer Person erfasst werden, können in anderen Ausführungsformen MR-Daten anderer Objekte erfasst werden, wie etwa MR-Daten von Tieren, von Lebensmittelproben, von ölhaltigen Gesteinsproben und so weiter.
Andere Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten verstanden und ausgeführt werden durch ein Praktizieren der beanspruchten Erfindung nach einem Studium der Zeichnung, der Beschreibung und der angefügten Ansprüche.
In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt eine Mehrzahl nicht aus.
Eine einzelne Einrichtung oder Vorrichtung kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen angeführter Objekte erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen angeführt sind, gibt nicht an, dass nicht eine Kombination dieser Maßnahmen zum Vorteil verwendet werden kann.
Die Steuerung des Systems zum Durchführen von EPSI gemäß dem Verfahren zum Durchführen von EPSI kann als Programmcodeeinrichtungen eines Computerprogramms und/oder als zugeordnete Hardware ausgeführt sein.
Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium gespeichert/geliefert sein, wie etwa einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, geliefert zusammen mit oder als Teil anderer Hardware, kann aber auch in anderen Formen geliefert sein, wie etwa über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme.
Alle Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs ausgelegt werden.

Claims

System zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (EPSI), wobei das System (1) umfasst: – eine Erfassungseinrichtung (4) zum Erfassen von Magnetresonanzdaten, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten (G_R) in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten (G_P) in einer Phasencodierungsrichtung zu verwenden, wobei der erste Codierungsgradient und der zweite Codierungsgradient schrittweise sind, – eine Rekonstruktionseinrichtung (6) zum Rekonstruieren eines Magnetresonanzbildes auf Grundlage der erfassten Magnetresonanzdaten.
System nach Anspruch 1, wobei jede Kombination aus einem Schritt des ersten Codierungsgradienten in der Ausleserichtung und einem Schritt des zweiten Codierungsgradienten in der Phasencodierungsrichtung ein jeweiliges Segment in einem k-Raum definiert, wobei eine erste Richtung (k_x) im k-Raum der Ausleserichtung entspricht und eine zweite Richtung (k_y) im k-Raum der Phasencodierungsrichtung entspricht, wobei die Erfassungseinrichtung geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass im k-Raum Magnetresonanzdaten nicht für alle Segmente erfasst werden.
System nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass Segmente, für welche Magnetresonanzdaten erfasst werden, und Segmente, für welche Magnetresonanzdaten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind.
System nach Anspruch 2, wobei das Schrittverfahren des ersten Codierungsgradienten in der ersten Richtung (k_x) des k-Raums den k-Raum in mehrere Spalten aufteilt, die jeweils mehrere der Segmente umfassen, wobei die Erfassungseinrichtung geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche Magnetresonanzdaten erfasst werden, und von Segmenten, für welche Magnetresonanzdaten nicht erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist.
System nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass die Verteilung von Segmenten, für welche Magnetresonanzdaten erfasst werden, und von Segmenten, für welche Magnetresonanzdaten nicht erfasst werden, in verschiedenen Spalten unterschiedlich ist, die unterschiedliche absolute Positionen in der ersten Richtung (k_x) des k-Raums aufweisen.
System nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass in jeder Spalte die Segmente, für welche Magnetresonanzdaten erfasst werden, und die Segmente, für welche Magnetresonanzdaten nicht erfasst werden, zufällig verteilt sind.
System nach Anspruch 6, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass zumindest einige Spalten erste Bereiche von Segmenten, die zufällig verteilte Segmente enthalten, für welche MR-Daten erfasst werden, und zweite Bereiche von Segmenten umfassen, für welche MR-Daten nicht erfasst werden, wobei die Größe dieser Bereiche für mindestens zwei verschiedene Spalten unterschiedlich ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass sich mit sich vergrößerndem Abstand von der Mitte des k-Raums in der ersten Richtung (k_x) des k-Raums für die jeweilige Spalte die ersten Bereiche verringern und die zweiten Bereiche vergrößern.
System nach Anspruch 4, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass ein Verhältnis der Segmente, für welche Magnetresonanzdaten nicht erfasst werden, und der Segmente, für welche Magnetresonanzdaten erfasst werden, in mindestens zwei verschiedenen Spalten unterschiedlich ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten so zu erfassen, dass das Verhältnis von der Position der jeweiligen Spalte in der ersten Richtung (k_x) des k-Raums abhängt.
System nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass Magnetresonanzdaten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Verhältnis der Segmente, für welche Magnetresonanzdaten in dem jeweiligen k-Raum nicht erfasst werden, zu den Segmenten, für welche Magnetresonanzdaten in dem jeweiligen k-Raum erfasst werden, mit der Zeit erhöht.
System nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass Magnetresonanzdaten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei sich ein Bereich, in dem Magnetresonanzdaten erfasst werden, in der zweiten Richtung (k_y) mit erhöhter Zeit vergrößert, während dasselbe Sichtfeld erhalten bleibt, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten (G_P) zu erhöhen.
System nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, die Magnetresonanzdaten für verschiedene Punkte in der Zeit so zu erfassen, dass Magnetresonanzdaten für mehrere k-Räume erfasst werden, die den verschiedenen Punkten in der Zeit entsprechen, wobei ein Sichtfeld in einer Bilddomäne mit erhöhter Zeit vergrößert wird, während dieselbe räumliche Auflösung erhalten bleibt, ohne die Anzahl von Schritten des zweiten Codierungsgradienten (G_P) zu erhöhen.
Verfahren zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (EPSI), wobei das Verfahren umfasst: – ein Erfassen von Magnetresonanzdaten, wobei die Erfassungseinrichtung (4) geeignet ist, einen ersten Codierungsgradienten (G_R) in einer Ausleserichtung und einen zweiten Codierungsgradienten (G_P) in einer Phasencodierungsrichtung durch eine Erfassungseinrichtung (4) zu verwenden, wobei der erste Codierungsgradient und der zweite Codierungsgradient schrittweise sind, – ein Rekonstruieren eines Magnetresonanzbildes auf Grundlage der erfassten Magnetresonanzdaten durch eine Rekonstruktionseinrichtung (6).
Computerprogramm zum Durchführen spektroskopischer Echo-Planar-Bildgebung (EPSI), wobei das Computerprogramm umfasst: Programmcodeeinrichtungen, um das System, wie es durch Anspruch 1 definiert ist, zu veranlassen, das durch Anspruch 14 definierte Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem System läuft.