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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten unter Verwendung einer bSSFP-Sequenz mit einer Magnetresonanzeinrichtung sowie eine Magnetresonanzeinrichtung.
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bSSFP-Sequenzen (balanced Steady-State Free Precession-Sequenzen) sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt, beispielsweise auch unter den Namen “True FISP”, „FIESTA“ und „T2-FFE. Bei einer bSSFP-Sequenz handelt es sich um eine kohärente Gleichgewichts-Sequenz, in der balancierte Gradienten genutzt werden, und zwar bezogen auf alle drei Achsen. Der Begriff „balanciert“ bedeutet dabei, dass über eine komplette Repetition, also ein komplettes TR-Intervall, sich die gradienteninduzierte Dephasierung aufhebt. In unbalancierten FFSP-Sequenzen sind die Gradienten unbalanciert, das bedeutet, dass separate FID-(Free Induction Decay-) und Echokomponenten des freien Präzessionssignals im Gleichgewicht aufgenommen werden können. Bei der bSSFP-Sequenz jedoch refokussieren die balancierten Gradienten beide Komponenten in der exakten Mitte des Repetitionszeitintervalls (TR-Intervalls) als ein einziges Echo. Grundlegende Informationen zur bSSFP-Sequenz findet man beispielsweise in einem Artikel von Klaus Scheffler und Stefan Lehnhardt, „Principles and applications of balanced SSFP techniques", Eur Radiol (2003) 13:2409-2418. bSSFP-Sequenzen finden in der Magnetresonanzbildgebung breite Anwendung, wenn es um kurze Gesamtaufnahmezeiten geht („fast imaging“). Anwendungsgebiete umfassen die Herzbildgebung und die Körperbildgebung. Die bSSFP-Sequenz zieht ihre Vorteile aus einer hohen Ausleseeffizienz aufgrund der kurzen Echozeiten (TE) und Repetitionszeiten (TR), die in der Ordnung von Millisekunden liegen. Ein weiterer Vorteil der bSSFP ist das große Signal-zu-Rausch-Verhältnis.
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Ein bei der bSSFP-Bildgebung auftretendes Problem ist jedoch, dass die Aufnahmetechnik sehr empfindlich auf Feldinhomogenitäten reagiert, die sogenannte Banding-Artefakte zur Folge haben können. Treten diese Banding-Artefakte im interessierenden Bereich auf, kann eine korrekte Diagnose erschwert werden. Dabei wurden bereits Ansätze vorgeschlagen, die Banding-Artefakte zu reduzieren. Viele dieser Ansätze haben den Nachteil, dass die Gesamtaufnahmezeit (Scanzeit) deutlich anwächst.
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US 2014/0292325 A1 beschreibt ein Magnetresonanz-Bildgebungsverfahren zur Quantifizierung von T1- und/oder T2-Repetitionszeiten in einer Probe, bei der unter anderem die Aufnahmezeit kurz gehalten werden soll. Es wird die Verwendung einer unbalancierten bSSFP-Sequenz mit sogenannten Crusher-Gradienten vorgeschlagen, um die verbleibende transversale Magnetisierung zu dephasieren. Dabei werden drei Signale aufgenommen, nämlich ein SSFP-FID-Signal erster Ordnung, ein SSFP-FID-Signal niedrigster Ordnung und ein SSFP-Echosignal niedrigster Ordnung, aus denen T1 und T2 bestimmt werden können. Hierbei können äußerst kurze Repetitionszeiten TR verwendet werden, beispielsweise kürzer als 20 ms.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur von Inhomogenitäten weniger beeinflussten und somit hochqualitativeren Aufnahme von Magnetresonanzdaten mit einer bSSFP-Sequenz anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten unter Verwendung einer bSSFP-Sequenz mit einer Magnetresonanzeinrichtung vorgesehen, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine im k-Raum auszulesende k-Raumlinie in wenigstens zwei Linienabschnitte aufgeteilt wird, wobei wenigstens zwei der wenigstens zwei Linienabschnitte in unterschiedlichen Repetitionen getrennt ausgelesen werden.
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Der Erfindung liegt mithin die Idee zugrunde, durch eine Segmentierung der Auslesevorgänge die Repetitionszeit TR noch weiter zu reduzieren, als dies bei bSSFP-Sequenzen ohnehin möglich ist. Während konventionelle Bildgebung mit bSSFP-Sequenzen eine komplette Linie bzw. Zeile im auszulesenden k-Raum abtastet, weisen die zugehörigen Gradientenpulsfolgen eine bestimmte Länge auf, um das Gradientenmoment anzuwenden, wobei zudem ein Analog-Digital-Konverter für eine bestimmte Zeit zum Auslesen geöffnet sein muss, um alle Magnetresonanzsignale der k-Raumlinie auslesen zu können. Bei der kartesischen Abtastung des k-Raums muss, um eine komplette k-Raumlinie auslesen zu können, zunächst ein Gradientenpuls verwendet werden, um in Ausleserichtung den Beginn der auszulesenden k-Raumzeile zu erreichen, welche sich üblicherweise symmetrisch um das k-Raumzentrum in Ausleserichtung erstreckt. Danach wird ein weiterer Gradientenpuls umgekehrten Vorzeichens ausgegeben, der sogenannte Auslesegradient, während dessen Anliegen üblicherweise auch das Auslesen der Magnetresonanzsignale über den Analog-Digital-Konverter erfolgt. Der Auslesegradientenpuls wird aufrechterhalten und Magnetresonanzsignale werden ausgelesen, bis das Ende der auszulesenden k-Raumlinie erreicht ist, welche dem Beginn bezüglich des k-Raumzentrums üblicherweise gegenüberliegt. Dann ist ein weiterer Gradientenpuls umgekehrten Vorzeichens erforderlich, um wieder zum k-Raumzentrum in Ausleserichtung zurückzukehren und so Dephasierungen zu vermeiden. Nachdem Gradienten bezüglich der Amplitude und der Anstiegsrate beschränkt sind, ist ein bestimmter Zeitraum zwangsläufig für den Auslesevorgang erforderlich, der insgesamt von der Auflösung und den Systemeigenschaften abhängt. Die Summe aller Gradientendauern definiert die Repetitionszeit TR der Akquisition mit der bSSFP-Sequenz.
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Die Erfindung schlägt nun vor, eine Auslesesegmentierung vorzunehmen, wobei jede auszulesende k-Raumlinie in mehrere Anteile, die Linienabschnitte, aufgeteilt wird, wobei alle Teile in unterschiedlichen Repetitionen ausgelesen werden sollen. Auf diese Weise kann ein kürzeres Auslesemodul in der Repetition erreicht werden, da weniger Gradientenmomente, mithin Bewegungen im k-Raum in Ausleserichtung, erforderlich sind und somit die Dauer der Gradientenpulsfolge und des Auslesefensters deutlich reduziert werden kann. Die verschiedenen Linienabschnitte werden in getrennten Repetitionen, also getrennten Echos, der bSSFP-Sequenz aufgenommen und später bei der Bildrekonstruktion entsprechend zusammengefasst.
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Nachdem mithin die Repetitionszeit TR für den segmentierten Auslesevorgang deutlich kürzer gewählt werden kann, können weniger Banding-Artefakte aufgrund der Inhomogenitäten auftreten und die Bildqualität wird erhöht. Die Wahrscheinlichkeit für eine Diagnose unbrauchbare Magnetresonanzdaten wird deutlich reduziert.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die hier vorgeschlagene Aufnahmetechnik besonders vorteilhaft auch für weniger leistungsfähige Magnetresonanzeinrichtungen mit langsamen bzw. weniger leistungsfähigen Gradientensystemen und/oder eingeschränkten Shimsystemen einsetzbar ist, nachdem dort ein besonders hohes Risiko für Banding-Artefakte besteht, das durch das erfindungsgemäße Aufteilen des Ausleseprozesses für k-Raumlinien reduziert werden kann.
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Zweckmäßigerweise kann dabei eine kartesische Abtastung des k-Raums erfolgen und/oder die k-Raumlinie kann den gesamten auszulesenden k-Raum durchqueren. Eine kartesische Abtastung des k-Raums wird für bSSFP-Sequenzen häufiger eingesetzt, wobei dann beispielsweise in Phasenkodierrichtungen aufeinanderfolgende, sich in Ausleserichtung erstreckende k-Raumlinien, sogenannte k-Raumzeilen, abgetastet werden können, die in ihrer Länge auch den auszulesenden k-Raum definieren. Nichtsdestotrotz lässt sich das Verfahren auch bei beispielsweise wenigstens teilweise radialer Abtastung des k-Raums anwenden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die k-Raumlinie in eine ungerade Zahl von Linienabschnitten aufgeteilt wird. Während grundsätzlich also die Aufteilung der k-Raumlinie in beliebig viele Linienabschnitte vorgenommen werden kann, werden ungerade Zahlen bevorzugt, nachdem das k-Raumzentrum dann in der Mitte des einem Echo zugeordneten Auslesevorgangs und somit unbeeinflusst von Randeffekten ausgelesen wird. Die k-Raumlinie kann dabei beispielsweise in drei, fünf, sieben oder mehr Linienabschnitte aufgeteilt werden, je nachdem, wie viel Zeitgewinn bei der Repetitionszeit gewünscht ist.
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Bei der bSSFP-Sequenz erfolgt zur Vermeidung von Dephasierungen das Auslesen üblicherweise so, dass immer wieder das k-Raumzentrum in Ausleserichtung erreicht wird. Mithin ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung zweckmäßig vorgesehen, dass die zum Auslesen der Linienabschnitte genutzten Auslesegradientenpulse jeweils am k-Raumzentrum in Ausleserichtung enden. Modifikationen bei einem bezüglich des k-Raumzentrums in Ausleserichtung asymmetrischen Linienabschnitt werden dabei idealerweise so vorgenommen, dass eine zu große Zahl von Umschaltvorgängen bzw. einzelnen Gradientenpulsen des Auslesegradienten vermieden wird. Eine zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass bei einem vor Erreichen des k-Raumzentrums in der Ausleserichtung endenden Linienabschnitt die Dauer des Gradientenpulses, zu dem das Auslesen der Magnetresonanzsignale erfolgt, bis zum Erreichen des k-Raumzentrums verlängert wird und/oder bei einem nach dem k-Raumzentrum in der Ausleserichtung beginnenden Linienabschnitt der Gradientenpuls, zu dem das Auslesen der Magnetresonanzsignale erfolgt, am k-Raumzentrum begonnen wird. Insgesamt kann also gesagt werden, dass die Auslesemodule je nach Lage der Linienabschnitte variieren können, wobei für vor dem k-Raumzentrum endende bzw. nach dem k-Raumzentrum beginnende Linienabschnitte ein Gradientenpuls umgekehrten Vorzeichens entfallen kann, was zu einer weiteren Verkürzung der Zeitdauer des Auslesemoduls führen kann.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die k-Raumlinie bevorzugt in gleich lange Linienabschnitte und/oder zumindest symmetrisch unterteilt wird, um so möglichst vergleichbare mögliche Repetitionszeiten für alle Repetitionen zu ermöglichen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass nicht alle Linienabschnitte, in die eine k-Raumlinie unterteilt wurde, vermessen werden, wobei jedoch wenigstens eine Seite des k-Raumzentrums in Ausleserichtung vollständig abgetastet wird. Fehlende Anteile der k-Raumlinie können unter Ausnutzung der idealerweise gegebenen hermiteschen Symmetrie der Magnetresonanzdaten ermittelt werden. Während bei einer sich symmetrisch um das k-Raumzentrum erstreckenden k-Raumlinie somit theoretisch nur eine Hälfte dieser k-Raumlinie tatsächlich vollständig abgetastet werden muss, werden in der Praxis jedoch mehr als die theoretisch notwendigen k-Raumdaten erfasst, um Nichtidealitäten, beispielsweise Phasenfehler, kompensieren zu können. Eine Unterabtastung entlang einer k-Raumlinie in Ausleserichtung wird häufig auch als „partial fourier“ oder asymmerisches Echo bezeichnet. Eine Unterabtastung in der Ausleserichtung ermöglicht es, die Gesamtaufnahmezeit für die Magnetresonanzdaten weiter zu reduzieren.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, aufweisend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Die Erfindung betrifft ferner auch ein Computerprogramm, das beispielsweise direkt in den Speicher einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ladbar ist und Programm-Mittel umfasst, um die Schritte eines hierin beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger abgespeichert sein, der mithin darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche das erfindungsgemäße Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass die bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ein hierin beschriebenes Verfahren ausführen. Der Datenträger kann als ein nichttransienter Datenträger, insbesondere eine CD-ROM, ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 das Auslesen einer k-Raumlinie gemäß dem Stand der Technik
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2 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein Auslesemodul für einen ersten Linienabschnitt,
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4 ein Auslesemodul für einen zweiten Linienabschnitt, und
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5 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 illustriert das Auslesen von k-Raumlinien 1 eines auszulesenden k-Raums 2 bei einer bSSFP-Sequenz des Standes der Technik. Gezeigt sind drei im Auslesemodul verwendete Gradientenpulse 3, 4 und 5 des Auslesegradienten, wobei der Gradientenpuls 3 genutzt wird, um gemäß dem Pfeil 6 in der Ausleserichtung 7 zum Startpunkt 8 der aktuell auszulesenden k-Raumlinie 1 zu gelangen. Während der gesamten Dauer des Gradientenpulses 4 wird der k-Raum 2 in Ausleserichtung 7 gemäß dem Pfeil 9 durchlaufen und es werden mittels eines Analog-Digital-Konverters Magnetresonanzsignale ausgelesen, bis der Endpunkt 10 der aktuell auszulesenden k-Raumlinie 1 erreicht ist. Der Gradientenpuls 5 wird dann genutzt, um gemäß dem Pfeil 11 zum Abschluss des Auslesemoduls wieder in das k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung zu gelangen.
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Gerade in Magnetresonanzeinrichtungen mit weniger leistungsfähigen Gradientensystemen, bei denen also die Amplitude und die Anstiegsrate der Gradientenpulse 3, 4, 5 beschränkt ist, trägt die Dauer dieses Auslesemoduls beträchtlich zur Repetitionszeit bei, wobei bei längeren Repetitionszeiten eine größere Anzahl von Banding-Artefakten auftreten kann.
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Demgegenüber schlägt das im Folgenden dargestellte erfindungsgemäße Verfahren nun vor, die k-Raumlinien 1, die hier kartesisch abgetastet werden, nicht in einem einzigen Auslesevorgang, also einer einzigen Repetition, vollständig auszulesen, sondern sie in Linienabschnitte zu unterteilen, die in getrennten Repetitionen ausgelesen werden können, die Dauer des Auslesemoduls und mithin die Repetitionszeit somit zu verkürzen und Banding-Artefakte zu reduzieren.
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Ein Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 2 beispielhaft dargestellt.
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Dabei wird in einem Schritt S1 eine auszulesende k-Raumlinie 1 in eine ungerade Zahl von gleich großen Linienabschnitten aufgeteilt. Vorliegend werden zur Vereinfachung der Darstellung drei Linienabschnitte verwendet. Um die Repetitionszeit TR weiter reduzieren zu können, können jedoch auch höhere ungerade Zahlen in diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden.
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Im Schritt S2 wird dann in einer eigenen Repetition, also einem eigenen Echo, ein erster auszulesender Linienabschnitt der k-Raumlinie ausgelesen, woraufhin im Schritt S3 überprüft wird, ob weitere Linienabschnitte auszulesen sind, welche dann in weiteren Repetitionen, Schritt S2, entsprechend abgetastet werden können. Dies sei anhand der 3 und 4 nebst der vorzunehmenden Anpassung der Gradientenpulse in den Auslesemodulen näher dargestellt.
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Gemäß der Darstellung der 3 wurde eine k-Raumlinie 1, die auszulesen ist, in drei gleich große Linienabschnitte 13, 14 und 15 aufgeteilt. Der mittlere Linienabschnitt 14 enthält dabei zentral das k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung 7, was vorteilhaft ist. Mit der Gradientenpulsfolge der 3 soll nun der erste Linienabschnitt 13 ausgelesen werden. Dazu wird zunächst der Gradientenpuls 3 der 1 hier unverändert eingesetzt, um wiederum vom k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung 7 zum Startpunkt 8 der k-Raumlinie 1 und auch des Linienabschnitts 13 zu gelangen. Dem Gradientenpuls 3 folgt ein Gradientenpuls 16 umgekehrten Vorzeichens, der die Abtastung in Ausleserichtung ermöglicht. Allerdings umfasst der Auslesezeitraum 17 nicht die gesamte Dauer des Gradientenpulses 16, sondern dauert lediglich an, bis der Endpunkt 18 des Linienabschnitts 13 erreicht ist. Danach wird der Gradientenpuls 16 jedoch aufrechterhalten, um in dieser Repetition das k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung 7 dennoch zu erreichen.
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4 zeigt in entsprechender Darstellung das Auslesemodul für den mittleren Linienabschnitt 14, dessen Startpunkt dem Endpunkt 18 des Linienabschnitts 13 entspricht. Daher wird zunächst ein im Vergleich zu dem Gradientenpuls 3 kürzerer Gradientenpuls 19 verwendet, um den Startpunkt 18 in Ausleserichtung 7 zu erreichen. Sodann erfolgt während der gesamten Dauer des Gradientenpulses 20 umgekehrten Vorzeichens der Auslesevorgang entlang des Linienabschnitts 14, umfassend in dessen Mitte auch das k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung 7. Über einen weiteren Gradientenpuls 21 wird nach Erreichen des Endpunkts 22 des Linienabschnitts 14 zum k-Raumzentrum 12 in Ausleserichtung zurückgekehrt.
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Soll auch der Linienabschnitt 15 ausgelesen werden, würden die Gradientenpulse 16 und 3 der 3 letztlich in umgekehrter Reihenfolge verwendet werden, wobei der Auslesezeitraum selbstverständlich erst dann beginnt, wenn der Startpunkt des Linienabschnitts 15, der dem Endpunkt 22 des Linienabschnitts 14 entspricht, erreicht ist. Allerdings ist es zur Reduzierung der Gesamtaufnahmezeit zweckmäßig, eine Unterabtastung entlang der k-Raumlinie 1 vorzunehmen und die Abtastung des Linienabschnitts 15 gänzlich wegzulassen, nachdem die so nicht ermittelten Daten aufgrund der hermiteschen Symmetrie in Ausleserichtung 7 im k-Raum aus den abgetasteten Magnetresonanzdaten ermittelt werden können.
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In einem Schritt S4 (vgl. 2) werden die Magnetresonanzdaten der einzelnen Linienabschnitte 13, 14 und 15 dann zusammengeführt und es findet wie üblich die Rekonstruktion eines Magnetresonanzbilddatensatzes statt.
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5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 23, die wie grundsätzlich bekannt eine Hauptmagneteinheit 24 aufweist, in die ein Patient mittels einer zylindrischen Patientenaufnahme 25 einfahrbar ist. Die hierfür verwendete Patientenliege ist der Übersichtlichkeit halber nicht gezeigt. Die Patientenaufnahme 25 umgebend sind üblicherweise eine Hochfrequenzspulenanordnung und eine Gradientenspulenanordnung der Magnetresonanzeinrichtung 23 vorgesehen, welche ebenso der Übersichtlichkeit halber nicht näher dargestellt sind. Durch Ansteuerung der Gradientenspulenanordnung können auch die zuvor gezeigten Auslesegradientenpulse erzeugt werden.
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Gesteuert wird der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 23 von einer Steuereinrichtung 26, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 26 beispielsweise eine Aufteilungseinheit zur Aufteilung von k-Raumlinien in Linienabschnitte und eine Sequenzsteuereinheit umfassen, die dann das entsprechende Auslesen der Linienabschnitte in unterschiedlichen Repetitionen durch Ansteuerung der Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung 23 realisiert, wie dies zuvor dargestellt wurde.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2014/0292325 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Artikel von Klaus Scheffler und Stefan Lehnhardt, „Principles and applications of balanced SSFP techniques“, Eur Radiol (2003) 13:2409-2418 [0002]
