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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur simultanen Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsobjekts aus wenigstens zwei unterschiedlichen Schichten mittels einer Magnetresonanzsequenz, wobei ein wenigstens einen auf nur eine der Schichten wirkenden Teilabschnitt umfassender, wenigstens einen Hochfrequenzpuls enthaltender Anregungszeitraum der Magnetresonanzsequenz verwendet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Die Magnetresonanzbildgebung (im Folgenden steht die Abkürzung MR für Magnetresonanz) ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können, insbesondere eines Patienten in der medizinischen Bildgebung. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einer Magnetresonanzeinrichtung 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 hochfrequente Anregungspulse (Hochfrequenzpulse, auch: RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die ausgelösten Kernspinresonanzen werden als sogenannte k-Raumdaten gemessen. Auf deren Basis werden MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Magnetresonanzdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Magnetresonanzdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix kann beispielsweise mittels einer mehrdimensionalen FourierTransformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruiert werden.
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Der Wunsch nach immer schnelleren Magnetresonanzaufnahmen im klinischen Umfeld führt momentan zu einer Renaissance von Verfahren, bei denen Magnetresonanzdaten aus unterschiedlichen Volumenbereichen des Untersuchungsobjekts, insbesondere also unterschiedlichen Schichten eines Schichtstapels, simultan aufgenommen werden. Allgemein lassen sich diese Verfahren dadurch charakterisieren, dass zumindest während eines Teils der Messung gezielt Transversalmagnetisierung von zumindest zwei Schichten gleichzeitig für den Bildgebungsprozess genutzt wird („Schicht-Multiplexing“; im Englischen meist als SMS-Bildgebung bezeichnet - Simultaneous Multi Slice). Im Gegensatz dazu wird bei der etablierten „Mehrschicht-Bildgebung“ das Signal von zumindest zwei Schichten nacheinander bzw. alternierend, d. h. vollständig unabhängig voneinander mit entsprechender längerer Messzeit, aufgenommen.
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Bekannte Verfahren hierzu sind beispielsweise die sogenannte Hadamard-Kodierung, Verfahren mit simultaner Echo-Refokussierung, Verfahren mit Breitband-Datenaufnahme oder auch Verfahren, die eine parallele Bildgebung in Schicht-Richtung einsetzten. Zu den letztgenannten Verfahren gehört beispielsweise auch die blipped CAIPI-Technik, wie sie von Setsompop et al. in „Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty", Magnetic Resonance in Medicine 67, 2012, S. 1210-1224, beschrieben wird.
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Aus der
US 2016/0313433 A1 und der
US 2015/0115958 A1 sind Methoden zur simultanen Mehrschichtmessung bekannt.
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Bei derartigen Schichtmultiplexing-Verfahren wird ein sogenannter Multiband-Hochfrequenzpuls verwendet, um zwei oder mehr Schichten gleichzeitig anzuregen oder anderweitig zu manipulieren, beispielsweise zu refokussieren oder zu sättigen. Ein solcher Multiband-Hochfrequenzpuls ist dabei z.B. ein Multiplex von individuellen Einzelschicht-Hochfrequenzpulsen, die zur Manipulation der einzelnen gleichzeitig zu manipulierenden Schichten verwendet werden würden. Um die resultierenden Magnetresonanzsignale der verschiedenen Schichten trennen zu können, wird beispielsweise den individuellen Hochfrequenzpulsen vor dem Multiplexing, beispielsweise durch Addieren eines linearen Phasenanstiegs, je eine unterschiedliche Phase aufgeprägt, wodurch die Schichten im Ortsraum gegeneinander verschoben werden. Durch das Multiplexing erhält man beispielsweise einen Grundband-modulierten Multiband-Hochfrequenzpuls durch Summieren der Pulsformen der individuellen Einzelschicht-Hochfrequenzpulse.
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Wie beispielsweise im oben bereits genannten Artikel von Setsompop et al. beschrieben, können g-Faktor-Nachteile durch Verschiebungen zwischen den Schichten reduziert werden, indem etwa Gradienten-Blips verwendet werden oder die Phasen der individuellen Hochfrequenzpulse entsprechend moduliert werden. Wie ebenfalls in dem genannten Artikel von Setsompop et al. beschrieben, können die Signale der gleichzeitig angeregten oder anderweitig manipulierten Schichten zunächst wie Signale von nur einer Schicht zusammengefasst werden, um dann in der Nachverarbeitung durch ein Schicht-GRAPPA-Verfahren (GRAPPA: „GeneRalized Autocalibrating Partial Parallel Acquisition“) getrennt zu werden.
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Im Stand der Technik wurde auch bereits vorgeschlagen, im Rahmen des Schicht-Multiplexing unterschiedliche Schichten, die gleichzeitig vermessen werden sollen, unterschiedlich anzuregen bzw. zu manipulieren, so dass unterschiedliche Kontraste entstehen.
US 2017/0108567 A1 schlägt in diesem Zusammenhang ein Verfahren zur simultanen Multikontrast-Aufnahme bei SMS-Bildgebung vor, bei dem „inversion recovery“ (IR)-Bilder gleichzeitig mit nicht-IR-Bildern aufgenommen werden können, indem ein Einzelband-Inversionspuls nur auf eine der Schichten angewandt wird.
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Auch im Hinblick auf eine Sättigung bestimmter Spinarten, deren Larmorfrequenzen sich durch eine chemische Verschiebung unterscheiden, existieren bereits entsprechende Vorschläge.
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Dabei werden als Spinarten üblicherweise Spins von in Fett gebundenen Protonen („Fettspins“) und Spins von in Wasser gebundenen Protonen („Wasserspins“) betrachtet. Eine klassische Maßnahme in diesem Kontext ist die sogenannte „Fettsättigung“. Die nachveröffentlichte
US-Patentanmeldung 15/218,388 schlägt in diesem Zusammenhang vor, einen Binomialpuls zur Wasseranregung für eine Schicht mit einem herkömmlichen Anregungspuls für die andere Schicht zu kombinieren, um eine Schicht mit, die andere ohne Fettsättigung aufzunehmen. Die nachveröffentlichte
US-Patentanmeldung 15/262,464 schlägt ein Verfahren räumlichen Fettunterdrückung in der Multikontrast-SMS-Bildgebung vor, eine nur auf eine Schicht wirkende Pulsfolge mit einem Binomialpuls zur Fettanregung und einem Dephasierungsgradienten den weiteren Hochfrequenzpulsen vorzuschalten, um in dieser Schicht eine Fettsättigung zu erreichen. Problematisch hierbei ist, dass die Fettsättigung in Gebieten starker B0-Verzerrungen unzureichend sein kann. Denn dort verspüren die Spins ein stärkeres oder schwächeres Dephasieren, denn das effektiv auf die Spins wirkende Gradientenmoment entsteht durch Kombination der bipolaren Gradienten und der Grundmagnetfeldabweichungen.
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Im Allgemeinen benötigen Verfahren auf Grundlage der Magnetresonanz, hierbei insbesondere sowohl die tomographische Bildgebung (MRT, Magnetresonanztomographie) als auch die Spektroskopie (MRS, Magnetresonanzspektroskopie) grundsätzlich „gutartige“ physikalische Umgebungsbedingungen, um eine möglichst optimale Qualität der aufgenommenen Daten zu gewährleisten. Beispielsweise betrifft dies mindestens eines der Kriterien umfassend die räumliche Homogenität, die zeitliche Stabilität und die absolute Genauigkeit der für MR-Verfahren relevanten magnetischen Felder (B0, das stationäre Grundmagnetfeld, und B1, das magnetische Hochfrequenzfeld).
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Zu bereits bekannten Maßnahmen, mit denen Abweichungen von idealen Umgebungsbedingungen zumindest teilweise kompensiert werden können, zählen sowohl systemspezifische Einstellungen, die die Gegebenheiten der verwendeten Magnetresonanzeinrichtung zu korrigieren suchen, wie beispielsweise wirbelstrominduzierte dynamische Feldstörungen oder auch Gradientensensitivitäten, als auch untersuchungsobjektspezifische Einstellungen, die die durch das in das Messvolumen der Magnetresonanzeinrichtung eingebrachte Untersuchungsobjekt, insbesondere einen Patienten, verursachten Veränderungen, beispielsweise suszeptibilitätsbedingte statische Feldstörungen oder räumliche Variationen des Hochfrequenzfeldes, auszugleichen versuchen. Zum Ausgleich von nicht-idealen Umgebungsbedingungen können betroffene Parameter der Magnetresonanzsequenzen angepasst werden. Insbesondere können hierbei als Parameter die jeweilige Zentral-Anregungsfrequenz (beispielsweise für eine verbesserte Fettunterdrückung und/oder eine reduzierte EPI-Bild-Verschiebung), ein Shimming des B0-Feldes in erster Ordnung (beispielsweise für eine homogenere Fettunterdrückung und/oder ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)), eine jeweils anliegende elektrische Spannung der Hochfrequenz-Sendeeinheiten (beispielsweise für ein verbessertes SNR) und/oder ein Bl-Shimming (beispielsweise für ein homogeneres SNR) in Betracht kommen. Derartige untersuchungsobjektspezifische Parameter können beispielsweise von, beispielsweise vorab erstellten bzw. gemessenen, B0-Feld-Karten bzw. B1-Feld-Karten abgeleitet werden.
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Eine Anpassung dieser Aufnahmeparameter wurde zunächst nur für zusammenhängende Volumen beschrieben und nicht z.B. für disjunkte Schichten, wie sie beim Schicht-Multiplexing gleichzeitig angeregt oder manipuliert werden. Da bei Schichtmultiplexing-Verfahren die gleichzeitig zu manipulierenden Schichten normalerweise so weit wie möglich voneinander entfernt angeordnet sind, um eine spätere Trennung der Signale zu erleichtern, umfasst daher ein Optimierungsvolumen, in dem Abweichungen der Umgebungsbedingungen korrigiert werden können, mit diesen Methoden entweder den gesamten zu messenden Schichtstapel oder zumindest die Einhüllende der gleichzeitig zu manipulierenden Schichten. Die hierbei erhaltenen Parameter sind daher nur im Mittel für das Optimierungsvolumen angepasst und können für die tatsächlich betroffenen Schichten auch beliebig ungeeignet sein. Insbesondere bei Messungen an Regionen des Untersuchungsobjekts mit räumlich schnell variierenden Umgebungsbedingungen, wie etwa im Kopfbereich von Patienten, können derartige, über größere Volumina gemittelte Anpassungen von Aufnahmeparametern sogar zu einer Verschlechterung des Ergebnisses führen.
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Die nachveröffentlichte
DE 10 2016 214 088.4 , die hiermit in ihrer Gesamtheit in den Offenbarungsgehalt dieser Beschreibung aufgenommen wird, schlägt in diesem Kontext ein Verfahren zur schichtspezifischen Anpassung von RF-Pulsen bei Aufnahmen von Magnetresonanzdaten eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe von einem Schichtmultiplexing-Verfahren vor, bei dem für jede gleichzeitig zu vermessende Schicht Einzelschicht-RF-Puls-Parameter auf Basis der Schichtposition bestimmt werden, die Einzelschicht-RF-Puls-Parameter auf Basis von zumindest einer untersuchungsobjektspezifischen Parameterkarte (B0-Karte und/oder B1-Karte), die jeweils die räumliche Verteilung eines Systemparameters in dem Untersuchungsobjekt abbildet, und der Schichtposition korrigiert werden und ein Multi-Band-RF-Puls zur Manipulation der gleichzeitig zu vermessenden Schichten auf Basis der korrigierten Einzelschicht-RF-Puls-Parameter erstellt wird. Anzupassende Parameter betreffen dabei die Zentral-Anregungsfrequenz, einen Amplituden-Skalierungsfaktor (Transmitterspannung) und/oder B1-Shimparameter. Eine Korrektur im Hinblick auf Terme erster Ordnung des Grundmagnetfeldes ist mittels der Hochfrequenzpulse nicht möglich, so dass dort nur die oben bereits beschriebene gemittelte Korrektur, die alle gemeinsam gemessenen Schichten betrachtet, vorgeschlagen wird.
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Dies ist besonders im Hinblick auf unterschiedliche Kontraste und die oben beschriebenen Ansätze zur Fettsättigung problematisch, da sich gezeigt hat, dass B0-Feldabweichungen erster Ordnung der Hauptgrund für eine inhomogene Fettsättigung und andere inhomogene Kontraste sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Verbesserung der Qualität der Magnetresonanzdaten bei der Multikontrast-Schichtmultiplexing-Bildgebung anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Magnetresonanzeinrichtung gemäß Anspruch 8, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 9 und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß Anspruch 10 vorgesehen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist mithin vorgesehen, dass zur Korrektur von Grundmagnetfeldinhomogenitäten erster Ordnung für jede von einem Teilabschnitt betroffene Schicht ein die auszugebenden Gradientenpulse modifizierender Korrekturparameter unter Berücksichtigung wenigstens einer die räumliche Verteilung des Grundmagnetfeldes beschreibenden Grundmagnetfeldkarte und einer Schichtposition der betroffenen Schicht ermittelt und bei der Ausgabe von Gradientenpulsen für die jeweilige Schicht in dem Teilabschnitt angewandt wird.
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Erfindungsgemäß wird mithin ausgenutzt, dass sich Teilabschnitte des im Anregungszeitraum ausgespielten Anregungsmoduls der Magnetresonanzsequenz lediglich auf bestimmte Schichten beziehen und mithin zumindest für diese Teilabschnitte schichtspezifische Korrekturen hinsichtlich der Abweichungen erster Ordnung des Grundmagnetfelds vorgenommen werden können, die bei einer gleichzeitigen Beeinflussung aller simultan zu akquirierenden Schichten nicht möglich wäre und daher bislang im Stand der Technik auch nicht in Betracht gezogen wurde. Auf diese Weise schlägt die vorliegende Erfindung mithin ein B0-Gradientenshimverfahren erster Ordnung für eine verbesserte Bilddatenqualität im Allgemeinen und eine verbesserte Kontrasthomogenität, insbesondere Fettsättigungshomogenität, im Speziellen vor, das auf die Multikontrast-SMS-Bildgebung angewendet werden kann. In Bezug auf die selektive Anregung und/oder Unterdrückung bestimmter Spinarten in nur einer der simultan zu vermessenden Schichten wird dabei mit anderen Worten ausgenutzt, dass die Unterdrückungsbeziehungsweise Anregungsmodule (Pulsfolgen) zumindest teilweise nur eine einzige, spezifische Schicht anzielen. Insgesamt sei angemerkt, dass sich der Begriff des „Anregungszeitraums“ breit verstehen lässt und auch die Ausgabe von Hochfrequenzpulsen umfassen soll, die eine allgemein manipulierende Wirkung auf wenigstens eine Schicht haben, beispielsweise Refokussierungspulse und dergleichen. Der Teilabschnitt kann insbesondere auch Relaxationszeiträume in nur einer Schicht abdecken.
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Es hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße verfahren eine deutliche Steigerung der Qualität der so aufgenommenen Magnetresonanzdaten gegeben ist, da die Korrektur direkt in sensitiven Anteilen der Magnetresonanzsequenz erfolgt, die bislang eine negative Auswirkung hatten, wenn sie beispielsweise einer Gesamtkorrektur unterworfen waren. Gerade im Hinblick auf selektive Anregung oder selektive Unterdrückung von Spinarten, beispielsweise von Fettspins und/oder Wasserspins, kann die Homogenität der selektiven Anregung/Unterdrückung deutlich verbessert werden, die ausschlaggebend für die Gesamtqualität der Multikontrast-Magnetresonanzdaten ist.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass als Korrekturparameter ein auf einen Schichtselektionsgradienten anzuwendender Gradientenoffset ermittelt wird. Grundsätzliche Möglichkeiten zum B0-Shimmen erster Ordnung durch Anpassung von Gradientenpulsen wurden im Stand der Technik bereits beschrieben und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend angewendet werden. Besonders einfach umzusetzen ist die Anwendung von Gradienten-Offsets wenigstens in der wenigstens einen Schichtselektionsrichtung.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass üblicherweise während eines insgesamten Multikontrast-SMS-Bildgebungsvorgangs mehrere Schichtkombinationen aufeinanderfolgend aufgenommen werden. Hierbei sieht das Verfahren eine dynamische Anpassung der Korrekturparameter je nach den aktuell aufzunehmenden/betroffenen Schichten vor, um eine optimale dynamische Nachjustierung/Korrektur zu erlauben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für auf mehrere Schichten wirkende Hochfrequenzpulse und/oder Teilpulse umfassende Restabschnitte des Anregungszeitraums jeweils für alle betroffenen Schichten gemeinsam ebenso ein Korrekturparameter bestimmt und angewendet wird. Während es also möglich ist, in den Restabschnitten keinerlei Korrektur hinsichtlich der Abweichungen erster Ordnung des Grundmagnetfelds vorzunehmen, kann es in zumindest einem Teil der möglichen Fälle zweckmäßig sein, mehrere gleichzeitig betroffene, mithin manipulierte, Schichten gemeinsam zu betrachten und eine Korrekturlösung auch in diesem Fall zu finden, die sich beispielsweise auf den gesamten Schichtstapel beziehen kann, aber auch auf ein die von dem jeweiligen Restabschnitt betroffenen Schichten einhüllendes Volumen. Die Restabschnitte können als Mehrband-Anregungsmodule bzw. -Manipulationsmodule verstanden werden, die zwar nicht schichtspezifisch optimiert werden können, für die aber gemittelte Korrekturparameter, wie es im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist, eingesetzt werden können. Es sei nicht nichtsdestotrotz darauf hingewiesen, dass hier eine geringere Verbesserung erwartet wird, insbesondere auch im Hinblick auf ein Shimmen eines Auslesemoduls, nachdem der hauptsächliche Vorteil die homogeneren Kontraste sind, die durch die Korrektur in den Teilabschnitten jedoch bereits gegeben sind.
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Um eine weitere Verbesserung zu erreichen, kann vorgesehen sein, dass für jede Schicht diese betreffende Einzelschichtpulse des Anregungszeitraums beschreibende Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter auf Basis der Schichtposition ermittelt und unter Berücksichtigung der Grundmagnetfeldkarte und/oder einer die räumliche Verteilung des Hochfrequenzfeldes beschreibenden Hochfrequenzfeldkarte und der jeweiligen Schichtposition korrigiert werden, wobei die im Anregungszeitraum auszugebenden Hochfrequenzpulse auf Grundlage der korrigierten Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter bestimmt werden. Mithin kann zusätzlich zum erfindungsgemäß vorgesehenen, schichtspezifischen B0-Shimming mittels Gradientenkorrektur in den Teilabschnitten vorteilhaft auch die über den gesamten Anregungszeitraum hin anwendbare schichtspezifische Korrektur, wie sie durch die nachveröffentlichte
DE 10 2016 214 088.4 beschrieben wird, angewendet werden. Das dort Beschriebene gilt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung selbstverständlich entsprechend fort. Insbesondere können mithin als Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter eine Zentral-Anregungsfrequenz und/oder ein Amplituden-Skalierungsfaktor und/oder ein B1-Shimparameter verwendet werden. Durch diese Korrektur der Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter auf Basis zumindest einer untersuchungsobjektspezifischen Grundmagnetfeldkarte (B0-Karte) und/oder untersuchungsobjektspezifischen Hochfrequenzfeldkarte (B1-Karte) können die Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter an aktuell vorliegende Umgebungsbedingungen angepasst werden. Durch die erfindungsgemäße Erstellung von Multiband-Hochfrequenzpulsen auf Basis der bereits korrigierten Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter sind resultierende Multiband-Hochfrequenzpulse selbst schichtspezifisch an die aktuellen Umgebungsbedingungen angepasst, so dass bereits schichtspezifisch angepasste Einzelschicht-Hochfrequenzpulse durch Multiplexing zu dann ebenfalls schichtspezifisch angepassten Multiband-Hochfrequenzpulsen kombiniert werden können, wodurch jeweils schichtgenau eine weitere Qualitätsverbesserung der Magnetresonanzdaten erreicht wird, insbesondere hinsichtlich des Signal-zu-Rauschverhältnisses, der Homogenität des Signal-zu-Rauschverhältnisses und auch der Kontrasthomogenität, insbesondere einer Fettunterdrückung. Zum Erstellen des Multiband-Hochfrequenzpulses können entsprechende Einzelschicht-Hochfrequenzpulse summiert werden, es ist auch denkbar, ein gradientenmomentbasiertes Maxwell-Term-Korrektur-Verfahren einzusetzen.
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Es sei ferner an dieser Stelle noch angemerkt, dass auf die Wahl der Schichtpositionen der simultan zu vermessenden Schichten vorliegend nicht näher eingegangen werden soll, da auch hierzu im Stand der Technik bereits verschiedenste Möglichkeiten diskutiert wurden, die sich selbstverständlich auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend anwenden lassen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Teilabschnitt eine der Sättigung oder Anregung von Spins einer bestimmten Spinart in der betroffenen Schicht dienende Pulsfolge, insbesondere umfassend einen frequenzselektiven Binomialpuls und/oder einen folgenden dephasierenden Gradientenpuls, ausgegeben wird. Das hier beschriebene Vorgehen lässt sich also besonders vorteilhaft auf spezielle, schichtspezifische Anregungs- und/oder Unterdrückungsmodule anwenden, welche üblicherweise vor weiteren, auf mehrere Schichten wirkenden Hochfrequenzpulsen ausgegeben werden. Ein Unterdrückungsmodul für eine Spinart, beispielsweise Fettspins, kann beispielsweise eine Pulsfolge umfassen, in der zunächst Fettspins der betroffenen Schicht selektiv angeregt werden, um danach gezielt durch einen Dephasierungsgradienten dephasiert zu werden. Für Näheres sei hier auf die bereits erwähnte, nachveröffentlichte
US-Patentanmeldung 15/262,464 verwiesen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein solches Unterdrückungsmodul im Hinblick auf die betroffene, angezielte Schicht unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen optimiert und somit eine besonders homogene Unterdrückung erreicht; selbiges kann selbstverständlich bezüglich eines selektiven Anregungsmoduls als Pulsfolge gelten.
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Zusätzlich oder alternativ ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar, dass wenigstens ein Teilpulse, die nur auf eine Schicht wirken, umfassender Binomialpuls als Hochfrequenzpuls verwendet wird, wobei die nur auf eine Schicht wirkenden Teilpulse den Teilabschnitt definieren. Auch bei einem beispielsweise in der nachveröffentlichten, bereits genannten
US-Anmeldung 15/218,388 beschriebenen Vorgehen lässt sich mithin die Erfindung zweckmäßig zur Verbesserung der Qualität der Magnetresonanzdaten einsetzen. Beispielsweise kann ein solcher kombinierter Binomialpuls zur simultanen Wasseranregung für eine erste Schicht und zur Anregung von sowohl Fett als auch Wasser für eine zweite Schicht eingesetzt werden. Bestimmte Teilpulse des Binomialpulses richten sich hierbei nur an die erste Schicht, wo die Anregung von Fettspins unterdrückt werden soll, so dass für diese Teilpulse schichtspezifische Korrekturparameter für die entsprechenden Gradientenpulse eingesetzt werden können. Für Teilpulse, die beide beziehungsweise alle Schichten betreffen, kann die Korrektur unterlassen werden, oder wie oben beschrieben, ein mittlerer Korrekturparameter, insbesondere Gradientenoffset, angesetzt werden. Der größte Teil des Zeitabschnitts, in dem die Phasenevolution für Fettspins und Wasserspins in der ersten Schicht stattfindet, wird jedoch durch die schichtspezifische Korrektur von Grundmagnetfeldinhomogenitäten erster Ordnung abgedeckt, so dass die deutliche Verbesserung der Qualität der Fettsättigung eintritt.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, die eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung aufweist. Insbesondere kann die Steuereinrichtung neben zur Umsetzung einer Magnetresonanzsequenz üblicherweise vorgesehenen Sequenzsteuereinheiten auch eine Korrektureinheit umfassen, in der der Korrekturparameter, wie beschrieben, bestimmt werden kann, und eine entsprechende dynamische Justierung beziehungsweise Anpassung der Magnetresonanzsequenz erfolgen kann. Eine weitere Korrektureinheit kann, wie beschrieben, zur Umsetzung des auf die Einzelschicht-Hochfrequenzpulse abstellenden Korrekturverfahrens der
DE 10 2016 214 088.4 eingesetzt werden. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich entsprechend auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung, beispielsweise durch einen Prozessor, ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einen erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche zumindest ein genanntes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzeinrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Bei dem erfindungsgemäßen Datenträger handelt es sich bevorzugt um einen nicht-transienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM.
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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:
- 1 eine prinzipielle Ablaufskizze zur Erläuterung der SMS-Bildgebung,
- 2 ein grundsätzliches Sequenzdiagramm zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung,
- 3 einen Teilabschnitt des Anregungszeitraums gemäß 2,
- 4 einen Ausschnitt aus einem weiteren Sequenzdiagramm zur Erläuterung eines weiteren Anwendungsbeispiels, und
- 5 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt zur Erläuterung des Hintergrunds der vorliegenden Erfindung den grundsätzlichen Ablauf eines Schicht-Multiplexing-Bildgebungsvorgangs (SMS-Bildgebungsvorgang) mit einer Magnetresonanzeinrichtung. Dabei werden zunächst wenigstens zwei Schichten 1, 2, 3 in einem Untersuchungsobjekt 4, hier dem Kopf eines Patienten, gleichzeitig angeregt und die resultierenden Magnetresonanzsignale werden als Magnetresonanzdaten simultan von jeder Schicht 1 bis 3 akquiriert. Ergebnis dieses ersten Schrittes ist ein Datensatz im k-Raum, der aus Magnetresonanzdaten der mehreren Schichten 1, 2, 3 aufeinander kollabiert besteht. Dabei wird zur Akquirierung in einem Schritt 5 die „Blipped CAIPIRINHA“ (Blipped Controlled Aliasing in Parallel Imaging Results in Higher Acceleration)-Technik eingesetzt, wie beispielsweise im oben zitierten Artikel von Setsompop et al. erläutert.
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Die so aufgenommenen Magnetresonanzdaten werden in Schritten 6 durch einen Schicht-GRAPPA-Algorithmus nach den verschiedenen Schichten aufgeteilt, wobei an die Schritte 6 für jede Schicht 1, 2, 3 noch Schritte 7 zur Anwendung eines Inplane-GRAPPA-Algorithmus, wenn auch eine Inplane-Beschleunigung vorliegt, anschließen können. Ergebnisse sind Magnetresonanzbilder für die einzelnen Schichten 1, 2, 3.
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2 zeigt ein Sequenzdiagramm einer Magnetresonanzsequenz zur Multikontrast-SMS-Bildgebung, bei welchem das im Folgenden erläuterte erfindungsgemäße Vorgehen angewendet werden kann. Ersichtlich umfasst das Sequenzdiagramm 2 aufeinanderfolgende zeitliche Abschnitte, nämlich ein auf eine erste Schicht wirkendes Fettsättigungsmodul 8 (Fettsättigungs-Pulsfolge) und ein herkömmliches TSE-Modul 9 (Turbo Spin Echo-Modul), welches sich auf alle gleichzeitig zu vermessenden Schichten 1, 2, 3 bezieht, dessen Hochfrequenzpulse 10, 11 also auf alle gleichzeitig zu vermessenden Schichten 1, 2, 3 wirken. Bei dem Hochfrequenzpuls 10 handelt es sich dabei um einen Multiband-Anregungspuls, bei den Hochfrequenzpulsen 11 handelt es sich um Multiband-Refokussierungspulse.
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3 zeigt Anteile des Sättigungsmoduls 8 genauer, nämlich den Hochfrequenzpulsanteil (RS) und den Schichtdetektionsgradientenanteil (Gz). Ersichtlich wird vorliegend ein 1-2-1-Binomialpuls 12 verwendet, der aus drei Teilpulsen 13 besteht. Der Abstand der Teilpulse 13 ist in Abhängigkeit der chemischen Verschiebung zwischen Fettspins und Wasserspins als Spinarten so gewählt, dass durch den Binomialpuls 12 als Hochfrequenzpuls lediglich Fettspins angeregt werden, nachdem die Transversalmagnetisierung der Wasserspins durch den zweiten Teilpuls 13 (2a) in die Gegenrichtung gedreht wird und somit durch den letzten Teilpuls wieder auf null zurückgelangt. Dabei wirkt der Binomialpuls 12 aufgrund der Schichtselektions-Gradientenpulse 14 lediglich auf eine der mehreren Schichten 1, 2, 3.
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Vorbereitend zur Ausgabe der Gradientenpulse 14 ist im Rahmen des hier eingesetzten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits eine Bestimmung von Korrekturparametern zur Korrektur von Grundfeldinhomogenitäten erster Ordnung für die Schicht durchgeführt worden, und zwar auf Grundlage der bekannten Lage der betroffenen Schicht, also der Schichtposition, und einer Grundmagnetfeldkarte (B0-Karte), die wie grundsätzlich bekannt untersuchungsobjektspezifisch ermittelt wurde und somit die konkreten untersuchungsobjektspezifischen Umgebungsbedingungen beschreibt. Als Korrekturparameter sind vorliegend auf den Schichtselektionsgradienten Gz anzuwendende Gradientenoffsets 15 ermittelt worden. Diese werden, wie in 3 dargestellt, auch entsprechend angewendet, so dass die Grundmagnetfeldinhomogenitäten erster Ordnung für die betroffene Schicht entsprechend korrigiert werden. Der in 3 dargestellte Anteil des Anregungszeitraums kann mithin als Teilabschnitt 16 aufgefasst werden, in dem die Hochfrequenzpulse (hier der Binomialpuls 12) lediglich auf eine einzige der insgesamt gleichzeitig zu vermessenen Schichten 1, 2, 3 wirkt.
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Für die Restabschnitte des Anregungszeitraums, mithin die Ausgabe der Hochfrequenzpulse 10, 11 (vgl. 2), wird entweder keine solche Korrektur bei den Gradientenpulsen angewandt oder aber eine mittlere Korrektur, die sich auf ein einhüllendes Volumen für alle gleichzeitig angeregten beziehungsweise manipulierten Schichten 1, 2, 3 bezieht.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass eine durchlaufende weitere schichtspezifische Korrektur existiert, die sich auf die Hochfrequenzpulse 10, 11 und auf den Binomialpuls 12 bezieht. Denn für jede Schicht wurden im vorliegenden Ausführungsbeispiel diese betreffende Einzelschichtpulse des Anregungszeitraums beschreibende Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter auf Basis der Schichtpositionen ermittelt, welche sodann unter Berücksichtigung der bereits erwähnten Grundmagnetfeldkarte und einer die räumliche Verteilung des Hochfrequenzfeldes beschreibenden Hochfrequenzfeldkarte (B1-Karte) sowie der jeweiligen Schichtposition korrigiert wurden. Die im Anregungszeitraum tatsächlich auszugebenden Hochfrequenzpulse 10, 11, 12 wurden dann auf Grundlage der korrigierten Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter bestimmt. Dabei wurden als Einzelschicht-Hochfrequenzpulsparameter vorliegend eine Zentral-Anregungsfrequenz, ein Amplituden-Skalierungsfaktor und B1-Shimparameter verwendet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in dem das erfindungsgemäße Vorgehen angewandt werden kann. Dort setzt sich ein auf eine erste Schicht 1, 2, 3 anzuwendender Binomialpuls 12 wiederum aus drei Teilpulsen 13 zusammen. Der letzte Teilpuls 13 soll dabei überlagert mit einem Einzelschicht-Hochfrequenzpuls 17 ausgegeben werden, so dass sich insgesamt ein Multiband-Hochfrequenzpuls 18 ergibt. Die Teilpulse 13 und der Einzelschicht-Hochfrequenzpuls 17 für beide Schichten werden phasenmoduliert und aufsummiert, um den Multiband-Hochfrequenzpuls 18 zu erhalten. Ersichtlich wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Korrektur der Schichtselektions-Gradientenpulse 14, also der Gradientenoffset 15, nur solange angewandt, wie nur eine Schicht, hier die erste Schicht, betroffen ist (Teilabschnitt 16). Sobald allerdings beide Schichten betroffen sind, Gradientenpuls 14', wird vorliegend keine Korrektur angewandt; alternativ kann auch eine mittlere Korrektur, die für beide Schichten gilt, eingesetzt werden.
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Es sei noch angemerkt, dass im zweiten Ausführungsbeispiel der 4 der Binomialpuls 12 dafür sorgt, dass nur Wasser für die erste Schicht angeregt wird, jedoch Fett und Wasser gleichartig für die zweite Schicht angeregt werden.
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Auf diese Weise ist die für die erste Schicht, die von den ersten beiden Teilpulsen 13 betroffen ist, spezifische Korrektur der Gradientenpulse 14 während dem größten Teil der Wasseranregungsphase aktiv, so dass die Fettunterdrückungs-Homogenität deutlich verbessert ist. Der Teilabschnitt 16 endet erst, wenn ein beide Schichten betreffender Gesamtpuls ausgegeben wird.
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5 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 19. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 20 auf, in der eine Patientenaufnahme 21 ausgebildet ist, in die ein Patient als Untersuchungsobjekt 4 zur Bildgebung eingefahren werden kann. Grundsätzliche, bekannte Komponenten der Magnetresonanzeinrichtung 19, wie beispielsweise eine Gradientenspulenanordnung, eine Hochfrequenzspulenanordnung, eine Patientenliege und dergleichen, sind aus Übersichtlichkeitsgründen nicht näher dargestellt.
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Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 19 wird von einer Steuereinrichtung 22 gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 22 neben wenigstens einer Sequenzsteuereinheit auch wenigstens eine Korrektureinheit zur Ermittlung und Anwendung der Korrekturparameter aufweisen.
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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 2016/0313433 A1 [0005]
- US 2015/0115958 A1 [0005]
- US 2017/0108567 A1 [0008]
- US 15218388 [0010, 0027]
- US 15262464 [0010, 0026]
- DE 102016214088 [0014, 0024, 0028]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Setsompop et al. in „Blipped-Controlled Aliasing in Parallel Imaging for Simultaneous Multislice Echo Planar Imaging With Reduced g-Factor Penalty“, Magnetic Resonance in Medicine 67, 2012, S. 1210-1224 [0004]
