DE102016218713B4

DE102016218713B4 - Diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Messung

Info

Publication number: DE102016218713B4
Application number: DE102016218713.9A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2019-02-07
Anticipated expiration: 2036-09-29
Also published as: US10459054B2; DE102016218713A1; US20180088198A1

Abstract

Verfahren zur Akquisition von diffusionsgewichteten Messdaten (MD) eines Untersuchungsobjekts (U) umfassend die Schritte:a) Schalten eines Diffusionsmoduls (DWM), welches mindestens einen Diffusionsgradienten (DG) umfasst,b) Schalten eines Akquisitionsmoduls (AQM), welches durch Wiederholungen (WI, WII) von RF-Anregungspulsen (RF-A), die in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt werden, und von zur Ortskodierung zu schaltenden Phasenkodiergradienten (PG) Messdaten (MD) ausliest, wobei bei mindestens einer Wiederholung (WI) der einzustrahlende RF-Anregungspuls (RF-A) in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls (RF-A) generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten (PG) bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben,c) Wiederholen der Schritte a) und b) bis alle gewünschten Messdaten (MD) akquiriert sind,d) Speichern der akquirierten Messdaten (MD), wobei ein Akquisitionsmodul (AQM) Wiederholungen (WI) einer ersten Art umfasst, bei denen zur Ortskodierung der nach einem RF-Anregungspuls (RF-A) der Wiederholung (WI) der ersten Art zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten (PG) bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wenn der RF-Anregungspuls (RF-A) in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt wird, und in denen Messdaten (MD) aus einem ersten Bereich (B1), der das k-Raum-Zentrum (0) nicht umfasst, ausgelesen werden, und wobei ein Akquisitionsmodul (AQM) Wiederholungen (WII) einer zweiten Art umfasst, in denen Messdaten (MD) aus einem zweiten Bereich (B2), der das k-Raum-Zentrum (0) umfasst, ausgelesen werden, und wobei eine Anzahl an Wiederholungen (WI) der ersten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWMund DWM) größer ist als eine Anzahl an Wiederholungen (WII) der zweiten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWMund DWM) .

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Messungen, insbesondere für vergleichsweise leise diffusionsgewichtete Magnetresonanz-Messungen, sowie eine Magnetresonanzanlage dafür.
Die Magnetresonanz-Technik (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden Hochfrequenz-Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt (auch B₁-Feld genannt), die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
In der DE 10 2009 061 198 B3 wird ein Verfahren zur getriggerten Durchführung einer Messung beschrieben, welches Präparationsmodule umfassen kann.
Diffusionsgewichtete Magnetresonanz (MR)- Bilder können in der klinischen Routine wichtige diagnostische Informationen, beispielsweise bei der Schlaganfall- und Tumordiagnostik liefern. Bei der diffusionsgewichteten Bildgebung (DWI) werden Diffusionsgradienten in bestimmten Richtungen geschaltet, wobei die Diffusion von Wassermolekülen entlang des angelegten Diffusionsgradienten das gemessene Magnetresonanzsignal abschwächt. In Gebieten mit geringerer Diffusion erfolgt somit eine geringere Signalabschwächung, sodass diese Gebiete bei einer bildgebenden Magnetresonanztomographie (MRT)- Messung mit höherer Bildintensität abgebildet werden. Die Stärke der Diffusionswichtung ist dabei mit der Stärke der angelegten Diffusionsgradienten korreliert. Die Diffusionswichtung kann mit dem sogenannten b-Wert charakterisiert werden, der eine Funktion von Gradientenparametern ist, wie beispielsweise der Gradientenstärke, Dauer oder des Abstandes zwischen den angelegten Diffusionsgradienten. Die Aufnahme der resultierenden Magnetresonanzsignale erfolgt mit einer Akquisitionssequenz, wie beispielsweise einer echoplanaren Bildgebungssequenz (EPI) .
Bei der Diffusionsbildgebung werden in der Regel mehrere Bilder mit unterschiedlichen Diffusionsrichtungen und -wichtungen (gekennzeichnet durch den b-Wert) aufgenommen und miteinander kombiniert, um beispielsweise Parameterkarten (Apparent Diffusion Coefficient ADC, Fractional Anisotropy FA) zu berechnen. In dem Review-Artikel von Dietrich et al., „Technical aspects of MR diffusion imaging of the body", European Journal of Radiology (2010), Vol. 76, S. 314-322, wird ein Überblick über bekannte DWI-Verfahren gegeben.
In dem Artikel von Carl et al., „Diffusion Weighted 3D UTE imaging Using stimulated Echoes: Technical Considerations" Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. (2016), Vol. 24, S. 3021, wird ein UTE-DWI-Verfahren beschrieben, mit dem auch Gewebe mit kurzen T2-Werten (T2: Zerfallsrate der transversalten Magnetisierung) untersucht werden können.
Weitere Beispiele für diffusionsgewichtete MR-Verfahren sind beispielsweise in dem Artikel von Maier „Slab Scan Diffusion Imaging", Mag. Reson. Med. (2001), Vol. 46, S. 1136-1143, und in der US 2013 / 0 158 384 A1 oder der US 2014/ 0 145 718 A1 beschrieben. Neben der UTE-Sequenz sind zTE- („zero echo time“) und PETRA-(„pointwise encoding time reduction with radial acquisition“) -Sequenzen weitere bekannte Sequenzen, mit denen auch Gewebe mit kurzen T2-Werten gemessen werden können, und welche z.B. in dem Artikel von Weiger et al., „MRI with Zero Echo Time: Hard versus Sweep Pulse Excitation" Magnetic Resonance in Medicine (2011), Vol. 66, S. 379-389, und in der US 8 878 533 B2 beschrieben sind.
Wegen der für die Diffusionskodierung zu schaltenden (Diffusions-)Gradienten gehören DWI-Verfahren zu den Messverfahren mit den höchsten Anforderungen an das Gradientensystem einer verwendeten Magnetresonanzanlage. Dies drückt sich auch in einer sehr hohen Lautstärkebelastung während DWI-Messungen aus. Dies wird von vielen Patienten als unangenehm empfunden und kann sogar zu einer Verweigerung der DWI-Messung durch den Patienten führen.
In der US 2015 / 0 253 408 A1 wird ein Verfahren beschrieben, mit dem eine Geräuschbelastung durch EPI-Sequenzen reduziert werden kann, das auch in Verbindung mit EPI-DWI-Messungen eingesetzt werden kann, um eine deutliche Verringerung der Lautstärke der EPI-DWI-Messung zu erzielen. Die verbleibende Geräuschbelastung kann jedoch von Patienten immer noch als unangenehm empfunden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, leise DWI-Messungen mit einer für möglichst alle Patienten akzeptablen Geräuschbelastung zu erlauben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Akquisition von diffusionsgewichteten Messdaten eines Untersuchungsobjekts gemäß Anspruch 1, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 11, ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 12 sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 13.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Akquisition von diffusionsgewichteten Messdaten eines Untersuchungsobjekts, umfasst die Schritte:

a) Schalten eines Diffusionsmoduls, welches mindestens einen Diffusionsgradienten umfasst,
b) Schalten eines Akquisitionsmoduls, welches durch Wiederholungen von RF-Anregungspulsen, die in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt werden, und von zur Ortskodierung zu schaltenden Phasenkodiergradienten Messdaten ausliest, wobei bei mindestens einer Wiederholung der einzustrahlende RF-Anregungspuls in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben,
c) Wiederholen der Schritte a) und b) bis alle gewünschten Messdaten akquiriert sind,
d) Speichern der akquirierten Messdaten, wobei ein Akquisitionsmodul (AQM_i ) Wiederholungen (WI) einer ersten Art umfasst, bei denen zur Ortskodierung der nach einem RF-Anregungspuls (RF-A) der Wiederholung (WI) der ersten Art zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten (PG) bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wenn der RF-Anregungspuls (RF-A) in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt wird, und in denen Messdaten (MD) aus einem ersten Bereich (B1), der das k-Raum-Zentrum (0) nicht umfasst, ausgelesen werden, und wobei ein Akquisitionsmodul (AQM_i ) Wiederholungen (WII) einer zweiten Art umfasst, in denen Messdaten (MD) aus einem zweiten Bereich (B2), der das k-Raum-Zentrum (0) umfasst, ausgelesen werden, und wobei eine Anzahl an Wiederholungen (WI) der ersten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM_i ) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWM_i und DWM_i+1) größer ist als eine Anzahl an Wiederholungen (WII) der zweiten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM_i ) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWM_i und DWM_i+1) .

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von Wiederholungen zur Akquisition der Messdaten, bei denen der RF-Anregungspuls erst eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wird der durch die Messung verursachte Geräuschpegel deutlich reduziert, sodass leise DWI-Messungen ermöglicht werden. Aus den gespeicherten Messdaten können Diffusionsdaten, wie z.B. Parameterkarten des Apparent Diffusion Coefficient ADC oder der Fractional Anisotropy FA, über das Untersuchungsobjekt gewonnen werden.
Insbesondere können in den Akquisitionsmodulen Wiederholungen gemäß einer zTE-Sequenz oder gemäß einer PETRA-Sequenz eingesetzt werden.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage umfasst eine Magneteinheit, eine Gradienteneinheit, eine Hochfrequenzeinheit und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung mit einer Modulbestimmungseinheit.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Das Computerprogramm kann hierbei auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmcode-Mitteln, um ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogrammprodukt in der Recheneinheit des Rechensystems ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:

1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein schematisches Beispiel für eine Abtastung des k-Raums, nach welcher Messdaten mit einem erfindungsgemäßen Verfahren akquiriert werden können,
3 ein grob schematisches erfindungsgemäßes Sequenzdiagramm,
4 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen Diffusionsmoduls,
5 eine schematisch dargestellte erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.

1 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Akquisition von diffusionsgewichteten Messdaten eines Untersuchungsobjekts.
Dabei wird ein Diffusionsmodul DWM_i geschaltet, welches mindestens einen Diffusionsgradienten umfasst (Block 101). Im Anschluss an das Diffusionsmodul DWM_i wird ein Akquisitionsmodul AQM_i geschaltet (Block 103), welches durch Wiederholungen WI, WII von RF-Anregungspulsen, die in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt werden und von zur Ortskodierung zu schaltenden Phasenkodiergradienten Messdaten MD ausliest, wobei bei mindestens einer Wiederholung der einzustrahlende RF-Anregungspuls in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben. Beispielhaft sind zwei Wiederholungen eines Akquisitionsmoduls AQM_i nach einem Diffusionsmodul DWM_i grob schematisch in 3 dargestellt. In einer Wiederholung wird zunächst mit einem RF-Anregungspuls RF-A eine Magnetisierung der Spins in dem Untersuchungsobjekt beeinflusst und das resultierende Signal in einem Auslesevorgang R als Messdaten akquiriert. Dabei hat ein zur Ortskodierung zu schaltender Phasenkodiergradient PG bereits seine gewünschte Stärke erreicht, wenn der RF-Anregungspuls RF-A eingestrahlt wird. Nach einer Wiederholzeit TR wird mindestens eine weitere Wiederholung, ggf. mit anderen Phasenkodiergradienten PG, durchgeführt. Ein beispielhaftes, in einem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbares Diffusionsmodul DWM_i ist weiter unten mit Bezug auf 4 beschrieben.
Die ausgelesenen Messdaten MD werden z.B. in einem Speicher einer Magnetresonanzanlage gespeichert (Block 107).
Nach einem Schalten eines Diffusionsmoduls DWM_i (Block 101) und dem nachfolgenden Schalten eines Akquisitionsmoduls AQM_i (Block 103) wird geprüft, ob bereits alle gewünschten Messdaten MD akquiriert sind (Abfrage 105). Wurden bereits alle gewünschten Messdaten MD akquiriert („y“, Abfrage 102), wird die Messung beendet („end“). Wurden noch nicht alle gewünschten Messdaten MD akquiriert („n“, Abfrage 105), wird der Zähler i der Module um eins erhöht („i=i+1“) und es werden ein nächstes Diffusionsmodul DWM_i (Block 101) und ein nächstes Akquisitionsmodul AQM_i (Block 103) geschaltet. So wird das Schalten der Diffusionsmodule DWM_i (Block 101) und der Akquisitionsmodule AQM_i solange wiederholt, bis alle gewünschten Messdaten MD akquiriert sind.
Dabei können die Diffusionsmodule DWM_i , insbesondere die von einem Diffusionsmodul DWM_i umfassten Diffusionsgradienten, bei jeder erneuten Schaltung eines Diffusionsmoduls DWM_i unterschiedlich sein.
Die genaue Abfolge der zu schaltenden Diffusionsmodule DWM_i und Akquisitionsmodule AQM_i kann insbesondere vor dem Start der Messung geplant und ggf. optimiert werden (Block 100). Die überhaupt zu schaltenden Akquisitionsmodule AQM_i und Diffusionsmodule DWM_i sind grundsätzlich durch Parameter wie eine gewünschte Auflösung und einen gewünschten Bildausschnitt festgelegt und ergeben sich aus der dementsprechenden Festlegung, welche Messdaten und welche b-Werte b aufgenommen werden sollen.
Mindestens eines der zu schaltenden Akquisitionsmodule AQM_i umfasst hierbei Wiederholungen einer ersten Art WI, bei denen zur Ortskodierung der nach einem RF-Anregungspuls der Wiederholung der ersten Art zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wenn der RF-Anregungspuls in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt wird, und in denen Messdaten aus einem ersten Bereich, der das k-Raum-Zentrum nicht umfasst, ausgelesen werden. Derartige Wiederholungen der ersten Art WI akquirieren Messdaten insbesondere entlang von radialen k-Raum-Trajektorien im k-Raum. In 2 sind schematisch derartige radiale k-Raum-Trajektorien in einem ersten Bereich B1 des k-Raums dargestellt, der das k-Raum-Zentrum 0 nicht umfasst. 2 zeigt hier nur einen Quadranten des k-Raums, der symmetrisch ergänzt werden kann. Insbesondere können die Wiederholungen der ersten Art WI Messdaten MD gemäß dem radialen Teil einer PETRA-Sequenz oder gemäß einer zTE-Sequenz akquirieren.
Zusätzlich umfassen zu schaltende Akquisitionsmodule AQMi auch Wiederholungen einer zweiten Art WII, in denen Messdaten aus einem zweiten Bereich B2, der das k-Raum-Zentrum 0 umfasst, ausgelesen werden. Insbesondere können Wiederholungen der zweiten Art WII Messdaten MD kartesisch, z.B. auch punktweise, im k-Raum akquirieren wie es schematisch im zweiten Bereich B2 in 2 gezeigt ist. Dabei können die Messdaten insbesondere gemäß dem kartesischen Teil einer PETRA-Sequenz akquiriert werden.
In einem Akquisitionsmodul AQM_i zwischen zwei Diffusionsmodulen DWM_i und DWM_i+1 können hierbei beispielsweise nur gleichartige Wiederholungen durchgeführt werden, wobei unter Gleichartigkeit hier verstanden wird, dass die Messdaten auf eine gleiche Art und Weise akquiriert werden, z.B. kartesisch oder radial. So kann in einem Akquisitionsmodul AQM_i beispielsweise ein Steady State leichter aufrechterhalten werden. Insbesondere können die Akquisitionsmodule AQM_i so geplant werden, dass sie entweder nur Wiederholungen WI der ersten Art oder nur Wiederholungen WII der zweiten Art umfassen.
Dabei wird eine Anzahl an Wiederholungen WI der ersten Art in einem Akquisitionsmodul AQMi zwischen zwei Diffusionsmodulen DWMi, und DWMi+1 größer gewählt als eine Anzahl an Wiederholungen WII der zweiten Art in einem Akquisitionsmodul AQM_i zwischen zwei Diffusionsmodulen DWM_i und DWM_i+1. So kann insbesondere ein besonders vorteilhaftes Kontrastverhalten, dass von den im zweiten, das k-Raum-Zentrum 0 umfassenden Bereich akquirierten Messdaten dominiert wird, erreicht werden.
Es ist weiterhin denkbar, dass ein b-Wert eines Diffusionsmoduls DWM_i in Abhängigkeit von dem Abstand der mit dem auf das Diffusionsmodul DWM_i folgenden Akquisitionsmodul AQM_i akquirierten Messdaten MD vom k-Raum-Zentrum 0 abnimmt. Wenn auf diese Weise für Messdaten MD, die näher am k-Raum-Zentrum akquiriert werden, beispielsweise für in dem zweiten Bereich B2 akquirierte Messdaten MD, ein höherer b-Wert, insbesondere der tatsächlich angestrebte b-Wert, realisiert wird als für Messdaten MD, die weiter von k-Raum-Zentrum entfernt akquiriert werden, beispielsweise in dem ersten Bereich B1, kann eine durch die zu schaltenden Diffusionsgradieten auf eine Gradienteneinheit wirkende Last reduziert werden, da z.B. geringere Gradientenstärken für die Diffusionsgradienten gewählt werden können. Weiterhin kann auf diese Weise erreicht werden, dass Diffusionsmodule DWMi, die vor Akquisitionsmodulen AQMi geschaltet werden, die Messdaten in einem nicht das k-Raum-Zentrum umfassenden Bereich des k-Raums, z.B. im ersten Bereich B1, schneller ausgespielt werden können, da niedrigere b-Werte kürzere zeitliche Abstände aufeinanderfolgend zu schaltenden Diffusionsgradienten erlauben.
Es wird erwartet, dass eine solche Reduzierung der mit den Diffusionsmodulen DWM_i erzielten b-Werte für in vom k-Raum-Zentrum beabstandeten Bereichen des k-Raums akquirierte Messdaten ohne größeren Einfluss auf die Bildqualität geschehen kann, da die wichtige Kontrastinformation im k-Raum-Zentrum kodiert wird.
Eine solche Staffelung der verwendeten b-Werte kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass ein Diffusionsmodul DWM_i , auf welches ein Akquisitionsmodul AQM_i folgt, welches Wiederholungen WII der zweiten Art umfasst, einen größeren b-Wert aufweist als ein Diffusionsmodul DWM_i , auf welches ein Akquisitionsmodul AQM_i folgt, welches nur Wiederholungen WI der ersten Art umfasst.
Bei der Planung und/oder Optimierung der Messung (Block 100) kann weiterhin eine erzielte Ausnutzung der Gradienteneinheit, insbesondere eine auf die Gradienteneinheit durch die geplante Messung wirkende Last, berücksichtigt werden.
Dafür kann die für eine momentan geplante Messung, d.h. die für eine momentan geplante Abfolge von Diffusionsmodulen DWM_i und Akquisitionsmodulen AQM_i (welche vorläufig festgelegte Wiederholungen WI, WII umfassen) erreichte Ausnutzung der Gradienteneinheit bzw. die durch die geplante Messung erzeugte Last bestimmt werden (Block 102). Die bestimmte Ausnutzung bzw. Last kann beispielsweise verwendet werden, um durch Variation der geplanten Abfolge von Diffusionsmodulen DWM_i und Akquisitionsmodulen AQM_i iterativ eine optimal gute Ausnutzung bzw. eine optimal geringe Last zu erhalten. Es ist jedoch auch möglich, lediglich ein Einhalten gewünschter Schwellwerte für die Ausnutzung bzw. Last zu prüfen und nur, wenn diese nicht eingehalten werden, die geplante Abfolge von Diffusionsmodulen DWM_i und Akquisitionsmodulen AQM_i zu variieren. Somit kann eine Abfolge von Diffusionsmodulen DWM_i und Akquisitionsmodulen AQM_i derart gewählt werden, dass die durch die Folge der nacheinander zu schaltenden Gradienten auf eine verwendete Gradienteneinheit erzeugte Last möglichst gering ist.
Hierbei kann eine auf eine verwendete Gradienteneinheit ausgeübte Last z.B. reduziert werden, indem darauf geachtet wird, dass sich Diffusionsmodule DWM_i mit höheren b-Werten, z.B. höheren Gradientenstärken und/oder längeren Gradientendauern, d.h. längeren Zeiten, über die ein Diffusionsgradient DG aufrecht erhalten werden muss, mit Diffusionsmodulen DWM_i mit niederigeren b-Werten abwechseln.
Dazu kann bei der Planung 100 insbesondere darauf geachtet werden, dass eine für die Gesamtmessung geplante Abfolge von Diffusionsmodulen DWM_i und Akquisitionsmodulen AQM_i derart gewählt wird, dass Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 umfassenden Bereich (z.B. im zweiten Bereich B2) und Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 nicht umfassenden Bereich (z.B. dem ersten Bereich B1) nicht in je nur einem Block innerhalb der Gesamtmessung akquiriert werden. Insbesondere kann, je nach Anzahl M an geplanten Akquisitionsmodulen AQM_i , die Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 umfassenden Bereich akquirieren, und nach Anzahl N an geplanten Akquisitionsmodulen AQM_i , die Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 nicht umfassenden Bereich akquirieren, eine Vermischung der Akquisitionen der genannten verschiedenen k-Raum-Bereiche untereinander erfolgen, z.B. derart, dass nach einer Anzahl n an Diffusionsmodulen DWM_i , nach welchen Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 nicht umfassenden Bereich akquiriert wurden, eine Anzahl m an Diffusionsmodulen DWM_i folgt, nach welchen Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 umfassenden Bereich akquiriert wurden, wobei für die natürlichen Zahlen n, m, N und M gilt: n<N und m<M. Auf diese Weise kann einfach erreicht werden, dass sich Diffusionsmodule DWM_i mit höheren b-Werten mit Diffusionsmodulen DWM_i mit niedrigeren b-Werten abwechseln, was die Last auf eine verwendete Gradienteneinheit reduziert.
Durch die erfindungsgemäß von den Akquisitionsmodulen AQM_i umfassten Wiederholungen, bei denen der RF-Anregungspuls erst eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wird ein durch die Messung verursachter Geräuschpegel bereits deutlich reduziert.
Eine weitere Reduktion des Geräuschpegels, zumindest aber eine Verbesserung der Tolerierbarkeit der erzeugten Geräusche kann erreicht werden, indem bei der Planung/Optimierung der Messung 100 dafür gesorgt wird, dass aufeinanderfolgende Diffusionsmodule DWM_i und DWM_i+1 wechselnde zeitliche Abstände haben. Zumindest durch die Diffusionsmodule DWM_i wird weiterhin eine gewisse Geräuschbelastung erzeugt. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Diffusionsmodulen DWM_i wird jedoch ein Akquisitionsmodul AQM_i geschaltet, sodass der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Diffusionsmodule DWM_i zumindest der Dauer des dazwischenliegenden Akquisitionsmoduls AQM_i entspricht. Weil ein Akquisitionsmodul AQM_i hierbei in der Regel eine Dauer von einigen hundert Millisekunden, z.B. 200-500ms, hat, ist die von den Diffusionsmodulen DWM_i erzeugte Frequenz bereits eher gering, z.B. im Bereich von 2-5 Hz. Wird nun dafür gesorgt, dass aufeinanderfolgende Diffusionsmodule DWM_i in unterschiedlichen zeitlichen Abständen nacheinander geschaltet werden, wird diese bereits tiefe Frequenz mit einer noch tieferen Frequenz überlagert.
Um möglichst keine Messzeit ungenutzt zu lassen, kann hierfür die Anzahl der pro Diffusionsmodul DWM_i ausgespielten Wiederholungen variiert werden. Z.B. kann die Anzahl der Wiederholungen WI, WII in einem Akquisitionsmodul AQM_i derart gewählt werden, dass aufeinanderfolgende Akquisitionsmodule AQMi unterschiedliche Dauern und somit aufeinanderfolgende Diffusionsmodule DWM_i wechselnde zeitliche Abstände haben.
Erfindungsgemäß sind in einem Akquisitionsmodul AQMi, mit welchem Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 umfassenden Bereich akquiriert werden, deutlich weniger Wiederholungen WI der ersten Art umfasst als Wiederholungen WII der zweiten Art in einem Akquisitionsmodul AQM_i umfasst sind, mit welchem Messdaten MD aus einem das k-Raum-Zentrum 0 nicht umfassenden Bereich akquiriert werden. Durch die relative Verringerung der in Akquisitionsmodulen DWM_i umfassten Wiederholungen zur Akquisition von Messdaten im zentralen k-Raum-Bereich kann ein besonders vorteilhaftes Kontrastverhalten erreicht werden.
In 4 ist in einer schematischen Skizze ein Beispiel eines erfindungsgemäß einsetzbaren Diffusionsmoduls DWM_i gezeigt. In der oberen Zeile sind beispielhafte einzustrahlende RF-Pulse D-RF1, D-RF2, D-RF3 und D-RF4 in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt. In der unteren Zeile sind beispielhafte zu schaltende Gradienten DG, CG dargestellt.
Das Diffusionsmodul DWM_i kann insbesondere mindestens drei RF-Pulse D-RF1, D-RF2, D-RF3 umfassen, mit denen auf bekannte Art und Weise ein stimuliertes Echo erzeugt wird, indem nach einem ersten RF-Puls D-RF1 nach einem zeitlichen Abstand δ ein zweiter RF-Puls D-RF2 und nach einem zeitlichen Abstand Δ nach dem ersten RF-Puls D-RF1 ein dritter RF-Puls D-RF3 eingestrahlt wird. Die Verwendung von stimulierten Echos im Diffusionsmodul DWM_i hat, insbesondere bei einer nachfolgenden Akquisition von Messdaten von Gewebe mit kurzer transversaler Zerfallsrate T2, den Vorteil, dass eine Diffusion der Spins stattfinden kann, während die Magnetisierung in der longitudinalen Richtung gespeichert ist. Dadurch steht mehr Zeit für das Diffusionsmodul DWM_i zur Verfügung, wodurch höhere b-Werte erreicht werden können.
Es können auch weitere RF-Pulse von dem Diffusionsmodul DWM_i umfasst sein. Beispielsweise kann ein RF-Puls D-RF4 geschaltet werden, der vorteilhaft gleichzeitig mit dem durch die RF-Pulse D-RF1, D-RF2 und D-RF3 erzeugten stimulierten Echo eingestrahlt wird, um z.B. ein Einschwingen in einen Steady State für ein nachfolgendes Akquisitionsmodul zu erleichtern.
Je nach gewünschtem b-Wert sind zwischen dem ersten und dem zweiten RF-Puls D-RF1 und D-RF2 und nach dem dritten RF-Puls D-RF3 Diffusionsgradienten DG mit einer gewünschten Gradientenstärke (Amplitude) und Gradientendauer zu schalten.
Um unerwünschte, z.B. durch teilweise noch (etwa nach dem letzten Akquisitionsmodul) kohärente Spins erzeugte ungewünschte stimulierte Echos zu unterdrücken, können weiterhin sogenannte Crusher-Gradienten CG geschaltet werden.
5 stellt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 dar. Diese umfasst eine Magneteinheit 3 zur Erzeugung des Grundmagnetfeldes, eine Gradienteneinheit 5 zur Erzeugung der Gradientenfelder, eine Hochfrequenzeinheit 7 zur Einstrahlung und zum Empfang von Hochfrequenzsignalen und eine zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung 9. In der 5 sind diese Teileinheiten der Magnetresonanzanlage 1 nur grob schematisch dargestellt. Insbesondere kann die Hochfrequenzeinheit 7 aus mehreren Untereinheiten, beispielsweise aus mehreren Spulen wie den schematisch gezeigten Spulen 7.1 und 7.2 oder mehr Spulen bestehen, die entweder nur zum Senden von Hochfrequenzsignalen oder nur zum Empfangen der ausgelösten Hochfrequenzsignale oder für beides ausgestaltet sein können.
Zur Untersuchung eines Untersuchungsobjektes U, beispielsweise eines Patienten oder auch eines Phantoms, kann dieses auf einer Liege L in die Magnetresonanzanlage 1 in deren Messvolumen eingebracht werden. Die Schicht S stellt ein exemplarisches Zielvolumen des Untersuchungsobjekts dar, aus dem Messdaten aufgenommen werden können.
Die Steuereinrichtung 9 dient der Steuerung der Magnetresonanzanlage und kann insbesondere die Gradienteneinheit 5 mittels einer Gradientensteuerung 5' und die Hochfrequenzeinheit 7 mittels einer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' steuern. Die Gradientensteuerung 5' umfasst Gradientenverstärker (GPA) und Transformatoren zur Erzeugung der für die gewünschten Gradientenfelder benötigten Spannungen (nicht dargestellt). Die Hochfrequenzeinheit 7 kann hierbei mehrere Kanäle umfassen, auf denen Signale gesendet oder empfangen werden können.
Die Hochfrequenzeinheit 7 ist zusammen mit ihrer Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung 7' für die Erzeugung und das Einstrahlen (Senden) eines Hochfrequenz-Wechselfeldes zur Manipulation der Spins in einem zu manipulierenden Bereich (beispielsweise in zu messenden Schichten S) des Untersuchungsobjekts U zuständig und ist insbesondere auch für den Betrieb von Lokalspulen, z.B. auch einer Endorektalspule, und einem Spulenarray 7.1, 7.2 ausgebildet. Dabei muss die Mittenfrequenz des, auch als B1-Feld bezeichneten, Hochfrequenz-Wechselfeldes nahe der Resonanzfrequenz der zu manipulierenden Spins liegen. Zur Erzeugung des B1-Feldes werden in der Hochfrequenzeinheit 7 mittels der Hochfrequenz-Sende/Empfangs-Steuerung 7' gesteuerte Ströme an den HF-Spulen angelegt.
Weiterhin umfasst die Steuereinrichtung 9 eine Modulbestimmungseinheit 15, mit welcher auszuspielende Diffusionsmodule und Akquisitionsmodule bestimmt werden, wobei insbesondere eine Reihenfolge nacheinander auszuspielender Diffusionsmodule und Akquisitionsmodule derart gesteuert wird, dass eine möglichst vorteilhafte Verteilung von Lasten auf GPAs und Transformatoren der Gradientensteuerung 5' erreicht wird und/oder Diffusionsmodule mit verschiedenen Frequenzen ausgespielt werden. Die Steuereinrichtung 9 ist insgesamt dazu ausgebildet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermeidung von Artefakten bei der Akquisition von MR-Daten eines Untersuchungsobjekts durchzuführen.
Eine von der Steuereinrichtung 9 umfasste Recheneinheit 13 ist dazu ausgebildet alle für die nötigen Messungen und Bestimmungen nötigen Rechenoperationen auszuführen. Hierzu benötigte oder hierbei ermittelte Zwischenergebnisse und Ergebnisse können in einer Speichereinheit S der Steuereinrichtung 9 gespeichert werden. Die dargestellten Einheiten sind hierbei nicht unbedingt als physikalisch getrennte Einheiten zu verstehen, sondern stellen lediglich eine Untergliederung in Sinneinheiten dar, die aber auch z.B. in weniger oder auch in nur einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein können.
Über eine Ein-/Ausgabeeinrichtung E/A der Magnetresonanzanlage 1 können, z.B. durch einen Nutzer, Steuerbefehle an die Magnetresonanzanlage geleitet werden und/oder Ergebnisse der Steuereinrichtung 9 wie z.B. Bilddaten angezeigt werden.
Ein hierin beschriebenes Verfahren kann auch in Form eines Computerprogrammprodukts vorliegen, welches ein Programm umfasst und das beschriebene Verfahren auf einer Steuereinrichtung 9 implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung 9 ausgeführt wird. Ebenso kann ein elektronisch lesbarer Datenträger 26 mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen vorliegen, welche zumindest ein solches eben beschriebenes Computerprogrammprodukt umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers 26 in einer Steuereinrichtung 9 einer Magnetresonanzanlage 1 das beschriebene Verfahren durchführen.

Claims

Verfahren zur Akquisition von diffusionsgewichteten Messdaten (MD) eines Untersuchungsobjekts (U) umfassend die Schritte: a) Schalten eines Diffusionsmoduls (DWM_i), welches mindestens einen Diffusionsgradienten (DG) umfasst, b) Schalten eines Akquisitionsmoduls (AQM_i), welches durch Wiederholungen (WI, WII) von RF-Anregungspulsen (RF-A), die in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt werden, und von zur Ortskodierung zu schaltenden Phasenkodiergradienten (PG) Messdaten (MD) ausliest, wobei bei mindestens einer Wiederholung (WI) der einzustrahlende RF-Anregungspuls (RF-A) in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt wird, wenn zur Ortskodierung der nach dem RF-Anregungspuls (RF-A) generierten zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten (PG) bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, c) Wiederholen der Schritte a) und b) bis alle gewünschten Messdaten (MD) akquiriert sind, d) Speichern der akquirierten Messdaten (MD), wobei ein Akquisitionsmodul (AQM_i) Wiederholungen (WI) einer ersten Art umfasst, bei denen zur Ortskodierung der nach einem RF-Anregungspuls (RF-A) der Wiederholung (WI) der ersten Art zu messenden Signale zu schaltende Phasenkodiergradienten (PG) bereits ihre gewünschte Stärke erreicht haben, wenn der RF-Anregungspuls (RF-A) in das Untersuchungsobjekt (U) eingestrahlt wird, und in denen Messdaten (MD) aus einem ersten Bereich (B1), der das k-Raum-Zentrum (0) nicht umfasst, ausgelesen werden, und wobei ein Akquisitionsmodul (AQM_i) Wiederholungen (WII) einer zweiten Art umfasst, in denen Messdaten (MD) aus einem zweiten Bereich (B2), der das k-Raum-Zentrum (0) umfasst, ausgelesen werden, und wobei eine Anzahl an Wiederholungen (WI) der ersten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM_i) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWM_i und DWM_i+1) größer ist als eine Anzahl an Wiederholungen (WII) der zweiten Art in einem Akquisitionsmodul (AQM_i) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWM_i und DWM_i+1) .
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Diffusionsmodul (DWM_i) mindestens drei RF-Pulse (D-RF1, D-RF2, D-RF3, D-RF4) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Wiederholungen (WI) der ersten Art Messdaten (MD) entlang von radialen k-Raum-Trajektorien akquirieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Wiederholungen (WII) der zweiten Art Messdaten (MD) kartesisch im k-Raum akquirieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Akquisitionsmodul (AQM_i) zwischen zwei Diffusionsmodulen (DWM_i und DWM_i+1) nur gleichartige Wiederholungen (WI oder WII) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein b-Wert eines Diffusionsmoduls (DWM_i) in Abhängigkeit von dem Abstand der mit dem auf das Diffusionsmodul (DWM_i) folgenden Akquisitionsmodul (AQM_i) akquirierten Messdaten (MD) vom k-Raum-Zentrum (0) abnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, wobei ein Diffusionsmodul (DWM_i), auf welches ein Akquisitionsmodul (AQM_i) folgt, welches Wiederholungen (WII) der zweiten Art umfasst, einen größeren b-Wert aufweist als ein Diffusionsmodul (DWM_i), auf welches ein Akquisitionsmodul (AQM_i) folgt, welches nur Wiederholungen (WI) der ersten Art umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abfolge von Diffusionsmodulen (DWM_i) und Akquisitionsmodulen (AQM_i) derart gewählt wird, dass Messdaten (MD) aus einem das k-Raum-Zentrum (0) umfassenden Bereich und Messdaten (MD) aus einem das k-Raum-Zentrum (0) nicht umfassenden Bereich nicht in je nur einem Block innerhalb der Gesamtmessung akquiriert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Abfolge von Diffusionsmodulen (DWM_i) und Akquisitionsmodulen (AQM_i) derart gewählt wird, dass die durch die Folge der nacheinander zu schaltenden Gradienten (DG, PG, CG) auf eine verwendete Gradienteneinheit (5) erzeugte Last möglichst gering ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aufeinanderfolgende Diffusionsmodule (DWM_i und DWM_i+1) wechselnde zeitliche Abstände haben.
Magnetresonanzanlage (1) umfassend, eine Magneteinheit (3), eine Gradienteneinheit (5), eine Hochfrequenzeinheit (7) und eine Steuereinrichtung (9) mit einer Gradientensteuerung (5') Hochfrequenz-Sende-/Empfangs-Steuerung (7') und einer Modulbestimmungseinheit (15), wobei die Steuereinrichtung (9) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auf der Magnetresonanzanlage (1) auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (9) der Magnetresonanzanlage (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 12 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung (9) einer Magnetresonanzanlage (1) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführen.