DE10246406B4

DE10246406B4 - MRI mit sich bewegendem Tisch und einer Frequenzkodierung in der z-Richtung

Info

Publication number: DE10246406B4
Application number: DE10246406A
Authority: DE
Inventors: Jean Helen Brittain
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2022-10-05
Also published as: DE10246406A1; US20020140423A1; JP2003135429A; NL1021584C2; JP4166068B2; US6794869B2; US20040155654A1; US6891374B2; NL1021584A1

Abstract

MRI-Vorrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von Sätzen von MR-Daten (306) mit einem sich bewegenden Tisch (302) und zum Rekonstruieren von MR-Bildern ohne Schichtgrenzenartefakte, mit einem Magnetresonanzabbildungs-(MRI-)System (10) mit einer Vielzahl von Gradientenspulen (50), die um eine Bohrung eines Magneten (54) positioniert sind, um ein Polarisierungsmagnetfeld einzuprägen, und einem RF-SenSignalen zu einer RF-Spulenanordnung (56) zur Erfassung von MR-Bildern gesteuert wird, und einem Patiententisch (302), der in dem MRI-System (10) in der Magnetbohrung vor- und zurückbewegt werden kann (304), und einem Computer (20), der dazu programmiert ist, eine Eingabe zu empfangen, die ein gewünschtes FOV (310) definiert, das größer als ein optimales Abbildungsvolumen (308) des MRI-Systems (10) ist, eine feste Schicht (312) bezüglich des Magneten (54) zur Erfassung von MR-Daten (306) zu definieren, ein Auslesen in einer Richtung der Tischbewegung zu definieren,...

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine verbesserte Vorrichtung zur medizinischen Abbildung über große Bereiche, und insbesondere eine Vorrichtung zur Erfassung von Magnetresonanz-(MR-)Bildern über eine Fläche, die größer als die optimale Abbildungsfläche einer MR-Abtasteinrichtung ist, wobei eine kontinuierliche Tischbewegung durch die MR-Abtasteinrichtung angewendet wird, ohne dass Schichtgrenzenartefakte erlitten werden.
Wird eine Substanz, wie menschliches Gewebe, einem gleichförmigen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀) ausgesetzt, versuchen sich die individuellen magnetischen Momente der Spins im Gewebe mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch in zufälliger Ordnung mit ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz. Wird die Substanz bzw. das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld B₀) ausgesetzt, das in der x-y-Ebene liegt und nahe der Larmor-Frequenz ist, kann das netto ausgerichtet Moment oder die ”Längsmagnetisierung” M_z in die x-Y-Ebene gedreht oder ”gekippt” werden, um ein nettotransversales magnetisches Moment M_t zu erzeugen. Nach dem Beenden des Anregungssignals B₁ wird ein Signal durch die angeregten Spins emittiert, und dieses Signal kann zur Bildung eines Bildes empfangen und verarbeitet werden.
Bei der Verwendung dieser Signale zur Erzeugung von Bildern werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) verwendet. Typischerweise wird die abzubildende Region durch eine Sequenz von Messzyklen abgetastet, in denen sich diese Gradienten entsprechend dem verwendeten speziellen Lokalisierungsverfahren verändern. Der resultierende Satz empfangener MR-Signale wird zur Rekonstruktion des Bildes unter Verwendung eines von vielen bekannten Rekonstruktionsverfahren digitalisiert und verarbeitet.
Bei derartigen MR-Systemen ist das Volumen zur Erfassung von MR-Daten mit einer optimalen Gradientenlinearität, das ein gleichmäßiges Magnetfeld B₀ und eine gleichförmige Hochfrequenz-(RF-)Homogenität hat, von begrenztem Ausmaß. Gewünschte Ansichtfelder (FOV), die dieses begrenzte Volumen überschreiten, werden herkömmlicherweise in Sektionen erfasst mit einer Tischbewegung zwischen Abtastungen. Die resultierenden verknüpften Bilder zeigen oft Diskontinuitäten an den Schichtgrenzen. Diese Schichtgrenzenartefakte resultieren in nicht idealen Bildern. Sind diese Artefakte entweder schwerwiegend oder treten in einer kritischen interessierenden Region auf, kann eine vollständige Neuerfassung der Daten für eine gründliche Analyse erforderlich sein. Außerdem dehnt die Zeit für die Tischbewegung die Abtastzeit über die Zeit aus, die für eine Datenerfassung erforderlich ist.
Bekannte Verfahren, die zur Beseitigung der Schichtgrenzenartefakte in Angiogrammen und dreidimensionalen Fast-Spin-Echoerfassungen entwickelt wurden, enthalten eine gleitende verschachtelte k_y-Erfassung („Sliding Interleaved k_y Acquisition”, SLINKY) und eine verschobene verschachtelte Multivolumenerfassung („Shifted Interleaved Multi-Volume Acquisition”, SIMVA). Diese Verfahren bewegen aber die Schicht-selektive Anregung, während der Tisch stationär gehalten wird, anstelle den Tisch zu bewegen und die Schichtposition stationär zu halten. Infolgedessen sind diese Verfahren durch das inhärente optimale Abbildungsvolumen der MR-Abtasteinrichtung beschränkt. Diese Verfahren verwenden eine Phasenkodierung in der z-Richtung und berücksichtigten solche Situationen nicht, in denen die z-Matrix nicht gleich der Anzahl von k_x-k_y-Untergruppen ist. Gleichermaßen wird bei anderen Verfahren, die zur Beseitigung der Schichtgrenzenartefakte entwickelt wurden, die Abbildungsschicht anstelle des Patiententischs bewegt. Andere bekannte Verfahren implementieren einen sich kontinuierlich bewegenden Tisch sowohl in der Phasenkodier- als auch der Frequenzrichtung. Allerdings kodieren bekannte Verfahren, die den Patiententisch in der Frequenzkodierrichtung bewegen, die Daten, als ob sie ein Bild des gesamten FOV erfassen würden, und Daten werden vor einer Fouriertransformation kombiniert.
Andere bekannte Verfahren verwenden einen abgestuften Tisch und/oder einen sich bewegenden Tisch-Ansatz mit einem Array von Empfangsspulen, die sich mit dem abgebildeten Objekt bewegen. Daten werden von jeder Spule unabhängig erfasst, wenn sie sich durch das homogene Volumen der Abtasteinrichtung bewegt. Keines dieser bekannten Systeme erfasst jedoch Daten von einer Schichtdicke, die hinsichtlich des Magneten fest ist, platziert die Frequenzkodierachse in der Richtung der Tischbewegung und kombiniert die Daten nach einer Fouriertransformation in der Richtung der Tischbewegung.
Aus der US 6 023 635 A ist eine Magnetresonanzabbildung bekannt, bei der ein dreidimensionales Abbildungsverfahren zur Erzeugung von 1/N eines vollständigen Datensatzes aus einer ersten ausgewählten Schicht verwendet wird. Der Datensatz ist in einer Leserichtung und einer ersten Phasenkodierungsrichtung vollständig und in einer zweiten Phasenkodierungsrichtung zu 1/N vollständig. Die ausgewählte Schicht wird in ihrer Dimension um 1/N in der zweiten Phasenkodierungsrichtung verschoben, und ein weiterer zu 1/N vollständiger Datensatz wird erzeugt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis N Datensätze erzeugt sind. Die N Datensätze werden in ein Schichtbild rekonstruiert, wobei Schichtbilder in einem Speicher für ein endgültiges dreidimensionales Bild gestapelt und entlang einer ausgewählten Projektionsrichtung in ein Projektionsbild projiziert werden. Der Prozess wird durch Ersetzen des ältesten Datensatzes durch jeden neuen Datensatz zur Erzeugung eines Stapels von Schichtbildern wiederholt, die in das Projektionsbild projiziert werden. Die Projektionsrichtung kann zu jeder Zeit während des Vorgangs geändert werden, und die Schichtdaten können rückprojiziert werden.
Eine Vorrichtung ist deshalb erwünscht, die die Abdeckung eines großen FOV ohne Schichtgrenzenartefakte in den resultierenden verknüpften Bildern ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von MR-Bildern mit großem FOV unter Verwendung einer kontinuierlichen Tischbewegung für eine erhöhte Volumenabdeckung, die in rekonstruierten Bildern ohne Diskontinuitäten resultiert.
Schichtgrenzenartefakte werden eliminiert und die Abtastzeit wird in einer Erfassungssequenz durch kontinuierliche Bewegung eines Abbildungsobjekts bezüglich des optimalen Volumens der Abbildungsvorrichtung oder umgekehrt verringert. Die Dicke der Schicht, die kleiner als das gewünschte FOV ist, wird derart ausgewählt, dass sie im optimalen Volumen des MR-Systems bleibt. Die ausgewählte Schichtposition bleibt fest bezüglich des Magneten der MR-Abtasteinrichtung während der Abtastung, und der Tisch wird kontinuierlich während der Abtastung des gesamten FOV bewegt. MR-Daten werden durch Beaufschlagung einer Anregung, die Spins anregt, und durch die Beaufschlagung mit Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung des interessierenden Volumens erfasst. Das interessierende Volumen ist in der Richtung der Tischbewegung eingeschränkt. Die Magnetfeldgradienten überstreichen einen k-Raum und folgen einer Trajektorie, die in der k-Raumdimension gleichmäßig ist, also in der Richtung der Tischbewegung. Die Magnetfeldgradientensignalverläufe, die die k-Raumrichtungen senkrecht zur Tischbewegung kodieren, sind in Untergruppen unterteilt. Während jeder Erfassung werden alle k-Raumdaten in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe von zumindest einer anderen k-Raumdimension erfasst. Nach der Erfassung werden Daten in der Richtung der Tischbewegung transformiert, sortiert und zum Zusammenpassen mit anatomischen Orten in der Richtung der Tischbewegung ausgerichtet. Dieser Vorgang wird zum Füllen der gesamten Matrix wiederholt. Ein endgültiges Bild wird durch die Transformation der Daten in der/den verbleibenden Dimension(en) senkrecht zur Tischbewegung rekonstruiert. Dieser Ansatz liefert rekonstruierte Bilder ohne SchichtSchichtgrenzenartefakte über ein großes FOV und verringert die für eine Bilderfassung erforderliche Zeit.
Zur Abbildung großer Volumen ohne resultierende Schichtgrenzenartefakte wird ein gewünschtes FOV größer als ein optimales Abbildungsvolumen einer MR-Abtasteinrichtung definiert, und eine Schichtdicke in einer ersten Richtung gewählt, die geringer als das gewünschte FOV ist, aber innerhalb des optimalen Abbildungsvolumens der MR-Abtasteinrichtung liegt. MR-Daten werden dann durch die Erregung und Kodierung von Spins zur Erfassung von Daten erfasst, was auf die ausgewählte Schichtdicke beschränkt ist. Das Abbildungsobjekt wird dann kontinuierlich bezüglich des Abbildungsbereichs oder umgekehrt bewegt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das gewünschte FOV vollständig unter Verwendung einer Folge zyklisch wiederholter Magnetfeldgradientensignalverläufe kodiert ist. Die ausgewählte Trajektorie muss lediglich in der Bewegungsrichtung gleichförmig sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine MRI-Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 offenbart, zur Erfassung einer Vielzahl von Sätzen von MR-Daten mit einem sich bewegenden Tisch und zur Rekonstruktion von MR-Bildern ohne Schichtgrenzenartefakte, die ein Magnetresonanzabbildungssystem mit einem RF-Sende-/Empfangssystem und einer Vielzahl von Gradientenspulen enthält, die um eine Bohrung eines Magneten zum Beaufschlagen eines Polarisierungsmagnetfeldes positioniert sind. Ein RF-Schalter wird durch ein Impulsmodul zum Senden und Empfangen von RF-Signalen zu und von einer RF-Spulenanordnung zur Erfassung von MR-Daten gesteuert. Ein Patiententisch kann in dem MR-System durch die Magnetbohrung vor- und zurückbewegt werden, um den Patienten so zu verschieben, dass ein FOV größer als die optimale Abtastfläche des MRI-Systems abgetastet werden kann. Ein Computer ist zum Empfangen einer Eingabe programmiert, die ein gewünschtes FOV größer als das optimale Abbildungsvolumen des MR-Systems definiert. Der Computer kann auch eine feste Schicht hinsichtlich des Magneten zur Erfassung der MR-Daten darin definieren. Der Computer erfasst dann vollständige MR-Daten unter Verwendung einer Frequenzkodierung in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe der Daten in der/den Richtung(en) senkrecht zur Tischbewegung während einer Neupositionierung des Patiententisches und der Beibehaltung der Position der festen Schicht. Der Algorithmus wird wiederholt, wobei die erforderlichen MR-Daten über das definierte FOV gesammelt werden. Der Patiententisch kann unter Verwendung der erfassten MR-Daten geführt werden. Zur Rekonstruktion des Bildes werden die MR-Daten zuerst in die Richtung der Tischbewegung transformiert, und dann interpoliert und zum Übereinstimmen mit anatomischen Orten über Schichtgrenzen ausgerichtet. Danach werden die MR-Daten bezüglich der verbleibenden Dimension(en) zur Rekonstruktion eines MR-Bildes transformiert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Computerprogramm nach Patentanspruch 6 mit einem Befehlssatz, der durch einen Computer zur Steuerung einer medizinischen Abbildungsabtasteinrichtung und zur Erzeugung großer FOV-Bilder ohne signifikante Grenzartefakte ausgeführt wird. Der Computer wird zur Auswahl einer FOV-Abtastung in einer Fläche, die größer als eine vordefinierte optimale Bildfläche der medizinischen Abbildungsabtasteinrichtung ist, zum Anlegen eines RF-Impulses zur Anregung einer interessierenden Region und zum Anlegen von Magnetfeldgradienten zur Kodierung der interessierenden Region in einer ersten Richtung veranlasst. Das interessierende Volumen ist in der Richtung der Tischbewegung durch die Erfassung der Daten derart, dass ein Erfassungsfilter zum Begrenzen des Ortsausmaßes verwendet werden kann, beschränkt. Bilddaten können dann in der ersten Richtung als Untergruppe verbleibender Richtung(en) für jede Erfassung erfasst werden. Der Computer veranlasst die kontinuierliche Bewegung eines Patiententisches bezüglich der medizinischen Abbildungsabtasteinrichtung und Wiederholung der Bilddatenerfassung mit einer Kodierung in der ersten Richtung für die Kodierung in verbleibenden Richtung(en), bis ausreichend Daten über das gesamte FOV erfasst sind. Ein Bild kann ohne Schichtgrenzenartefakte nach der Ausrichtung anatomischer Daten in der ersten Richtung rekonstruiert werden.
Aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung werden weitere Merkmale, Aufgabe und Vorteile der Erfindung ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung erwogen werden. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines an sich bekannten MR-Abbildungssystems zur Verwendung mit der Erfindung,
2 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines Datenerfassungsverfahrens gemäß der Erfindung,
3 eine der in 2 ähnliche Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels für eine Datenerfassung gemäß der Erfindung,
4 ein Ablaufdiagramm eines Datenerfassungsalgorithmus zur Verwendung bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 und 3,
5 ein Ablaufdiagramm der Datenverarbeitungsschritte, die entweder während oder nach der Datenerfassung aus 4 angewendet werden,
6 eine Darstellung einer Anzahl von Erfassungen gegenüber einem gesamten z-FOV für vier Werte einer Schichtdicke,
7 eine Darstellung der Gesamtabtastzeit gegenüber dem gesamten z-FOV für die in 6 gezeigten vier Werte der Schichtdicke,
8 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Datenerfassungsverfahrens gemäß der Erfindung,
9 ein Ablaufdiagramm eines Datenerfassungsalgorithmus zur Verwendung bei dem Ausführungsbeispiel nach 8,
10 ein Ablaufdiagramm der Datenverarbeitungsschritte, die entweder während oder nach der Datenerfassung aus 9 angewendet werden, und
11 ein Ablaufdiagramm eines Datenerfassungsalgorithmus gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels:
1 zeigt die Hauptkomponenten eines bevorzugten Magnetresonanzabbildungs-(MRI-)Systems 10, das die Erfindung beinhaltet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 12 gesteuert, die eine Tastatur oder eine andere Eingabeeinrichtung 13, ein Steuerpult 14 und eine Anzeigeeinrichtung 16 umfasst. Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung 18 mit einem separaten Computersystem 20, das einem Bediener die Steuerung der Erzeugung und Anzeige von Bildern auf der Anzeigeeinrichtung bzw. dem Bildschirm 16 ermöglicht. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine 20a kommunizieren. Diese beinhalten ein Bildverarbeitungsmodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speichermodul 26, das im Stand der Technik als Rahmenpuffer zur Speicherung von Bilddatenarrays bekannt ist. Das Computersystem 20 ist mit einem Schichtspeicher 28 und einem Bandlaufwerk 30 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden, und kommuniziert über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34 mit einer separaten Systemsteuerung 32. Die Eingabeeinrichtung 13 kann eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Track Ball, einen Berührungsbildschirm, einen Lichtlesestift, eine Sprachsteuerung oder eine ähnliche oder äquivalente Eingabeeinrichtung umfassen, und kann für eine interaktive Geometriebeschreibung verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 umfasst einen Satz von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine 32a verbunden sind. Diese umfassen ein CPU-Modul 36 und ein Impulsgeneratormodul 38, das mit der Bedienerkonsule 12 über eine serielle Verbindung 40 verbunden ist. Über die Verbindung 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Befehle vom Bediener zum Anzeigen der durchzuführenden Abtastsequenz. Das Impulsgeneratormodul 38 handhabt die Systemkomponenten zur Ausführung der gewünschten Abtastsequenz und erzeugt Daten, die die Zeit, Stärke und die Form der erzeugten RF-Impulse, sowie die Zeit und Länge des Datenerfassungsfensters angeben. Das Impulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 zur Angabe der Zeit und Form der während der Abtastung erzeugten Gradientenimpulse verbunden. Das Impulsgeneratormodul 38 kann auch Patientendaten von einer physiologischen Erfassungssteuereinrichtung 44 empfangen, die Signale von einer Vielzahl verschiedener Sensoren empfängt, die mit dem Patienten verbunden sind, wie EKG-Signale von an dem Patienten angebrachten Elektroden. Schließlich ist das Impulsgeneratormodul 38 mit einer Abtastraumschnittstellenschaltung 46 verbunden, die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die mit dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems verknüpft sind. Über die Abtastraumschnittstellenschaltung 46 empfängt ferner ein Patientenpositionierungssystem 48 Befehle zur Bewegung des Patienten an die gewünschte Position für die Abtastung.
Die durch das Impulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientensignalverläufe werden an das Gradientenverstärkersystem 42 mit G_x-, G_y- und G_z-Verstärkern angelegt. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende physikalische Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung an, die allgemein mit 50 bezeichnet wird, um die Magnetfeldgradienten zu erzeugen, die für eine Ortskodierung erfasster Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, die einen Polarisierungsmagneten 54 und eine Ganzkörper-RF-Spule 56 enthält. Ein Sende-/Empfangsmodul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Impulse, die durch einen RF-Verstärker 60 verstärkt und mit der RF-Spule 56 über einen Sende-/Empfangsschalter 62 verknüpft werden. Die durch die angeregten Kerne im Patienten emittierten resultierenden Signale können durch die gleiche RF-Spule 56 erfasst und über den Sende-/Empfangsschalter 62 mit einem Vorverstärker 64 verbunden werden. Die verstärkten MR-Signale werden im Empfängerabschnitt der Sende-/Empfangseinrichtung 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 62 wird durch ein Signal vom Impulsgeneratormodul 38 zur elektrischen Verbindung des RF-Verstärkers 60 mit der Spule 58 während des Sendemodus und zur Verbindung des Vorverstärkers 64 mit der Spule 56 während des Empfangsmodus gesteuert. Der Sende-/Empfangsschalter 62 ermöglicht auch die Verwendung einer separaten RF-Spule (beispielsweise einer Oberflächenspule) im Sende- und Empfangsmodus.
Die durch die RF-Spule 56 aufgenommenen MR-Signale werden durch das Sende-/Empfangsmodul 58 digitalisiert und zu einem Speichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Eine Abtastung ist vollständig, wenn ein Array aus rohen k-Raum-Daten im Speichermodul 66 erfasst wurde. Diese rohen k-Raum-Daten werden nach Bedarf verarbeitet und in separaten k-Raum-Datenarrays für jedes zu rekonstruierende Bild neu angeordnet, und jedes dieser Arrays wird in einen Arrayprozessor 68 eingegeben, der zur Fouriertransformation der Daten in ein Array aus Bilddaten arbeitet. Diese Bilddaten werden dem Computersystem 20 über die serielle Verbindung 34 zugeführt, wo sie im Speicher gespeichert werden, wie im Schichtspeicher 28. Im Ansprechen auf von der Bedienerkonsole 12 empfangene Befehle können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, wie dem Bandlaufwerk 30 oder einer beliebigen Massenspeichereinrichtung, oder können weiter durch die Bildverarbeitungseinrichtung 22 verarbeitet und der Bedienerkonsole 12 zugeführt und auf der Anzeigeeinrichtung 16 dargestellt werden.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein Verfahren und ein System, die zur Verwendung mit dem vorstehend beschriebenen MRI-System oder einem ähnlichen oder äquivalenten System zum Erhalten von MR-Bildern geeignet sind. Bei der Anwendung mit einer Trajektorie, die in der Richtung der Tischbewegung, hier die z-Richtung, gleichförmig ist, können in Sektionen erfasste Daten zur Ausbildung großer FOV-Bilder ohne signifikante Schichtgrenzenartefakte rekonstruiert werden.
Es ist bekannt, dass es in jedem MRI-System ein begrenztes Ortsvolumen mit optimaler Gradientenlinearität, gleichförmigem Magnetpolarisationsfeld B₀ und gleichförmiger RF-Homogenität gibt. Größere Volumen werden herkömmlicherweise in Sektionen mit einer Tischbewegung zwischen Abtastungen abgebildet, was in verknüpften Bildern resultiert, die Diskontinuitäten an Schichtgrenzen zeigen.
Ein Ausführungsbeispiel zur Erzeugung großer FOV-Bilder ohne Schichtgrenzenartefakte umfasst ein dreidimensionales Abbildungsverfahren, das die Tischposition in Inkrementen während des Abtastvorgangs durchschreitet. Im Allgemeinen wird nach der Definition des gewünschten FOV eine Schichtdicke ausgewählt, die im optimalen Abbildungsvolumen des MRI-Systems bleibt. Infolgedessen ist die Schichtdicke auch kleiner als die gewünschte Ortsabdeckung. MR-Daten werden durch wiederholte Beaufschlagung einer Anregung, die Spins naregt, und Beaufschlagung von Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung des interessierenden Volumens erfasst. Vorzugsweise wird ein z-schichtselektiver RF-Impuls zur Anregung des interessierenden Volumens in der z-Richtung verwendet, und eine dreidimensionale k-Raum-Trajektorie kodiert das ausgewählte Volumen. Einige Beispiele dreidimensionaler k-Raum-Trajektorien umfassen eine 3D-EPI-k-Raum-Trajektorie, eine Zylinder-Stapel-EPI-k-Raum-Trajektorie, eine Spiral-Stapel-k-Raum-Trajektorie, eine TWIRL-Stapel-k-Raum-Trajektorie, eine Projektion-Rekonstruktion-Stapel-k-Raum-Trajektorie und eine 3DFT-k-Raum-Trajektorie. Allgemeiner gesagt wird das Ortsausmaß der erfassten Daten in der Bewegungsrichtung unter Verwendung eines Verfahrens wie der Verwendung eines schichtselektiven RF-Impulses oder durch die Verwendung einer Erfassungsstrategie beschränkt, die dem Erfassungsfilter die Beschränkung des interessierenden Volumens ermöglicht. Daher liegt die Tischbewegungsrichtung bei den dargestellten Beispielen und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in der z-Richtung. Der Fachmann erkennt aber, dass die x-y-z-Orientierung willkürlich ist, und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Außerdem bewegt sich der Tisch bei dem gezeigten Beispiel und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel relativ zum System. Der Fachmann erkennt aber auch, dass dies äquivalent zu einer Bewegung des Systems relativ zum Subjekt ist, und die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Der Tisch wird zur Abdeckung des gewünschten FOV bewegt, während die Schichtposition bezüglich des Magneten im MRI-System festbleibt. An jeder Tischposition werden vollständige k-Raumdaten in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe der Daten in den anderen zwei Dimensionen unter Verwendung eines oder einer Folge von Magnetfeldgradientensignalverläufen erfasst. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden an jeder Tischposition vollständige k_z-Daten für eine Untergruppe von k_x-k_y durch die Verwendung eines oder einer Folge von Magnetfeldgradientensignalverläufen erfasst. Vorzugsweise werden die RF-Anregungen und Magnetfeldgradientensignalverläufe während einer Tischbewegung zum Beibehalten eines eingeschwungenen Zustands fortgesetzt.
In 2 ist ein Datenerfassungs- und Verarbeitungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Tisch schrittweise fünfzehn Mal mit Datenerfassungen 106 an 16 Tischpositionen entlang des gewünschten FOV inkrementiert. Jedes Tischinkrement ist gleich der Entfernung Δ_z. Ein Patient 100 ist auf einem beweglichen Tisch 102 positioniert, der sich in der MRI-Abtasteinrichtung 10 bezüglich des Magneten und der optimalen Abbildungsfläche 108 der MRI-Abtasteinrichtung vor- und zurückbewegt. Das gewünschte FOV 110 ist wesentlich größer als die optimale Abbildungsfläche 108, die im Allgemeinen größer als eine ausgewählte Schichtdicke 112 ist. Wie vorstehend beschrieben, findet die Tischbewegung bei diesem vereinfachten Beispiel in der z-Richtung statt. Magnetfeldgradientensignalverläufe sind zur Kodierung von vier k_x-k_y-Untergruppen (N_wf = 4) mit insgesamt 16 Tischpositionen und Datenerfassungssätzen 106 entwickelt. An jeder Tischposition 1–16 gibt es vier Datenerfassungen, die vier k_z-Pegel kodieren, woraus sich vier z-Bildelemente in der angeregten Schicht nach einer Fouriertransformation in der z-Richtung ergeben (N_z = 4). N_z und die beibehaltene Schichtdicke können nach der Erfassung ein wenig verringert werden, wenn Kantenschnitte aus jedem z-k_x-k_y-Datensatz ausgelassen werden, um die Auswirkung von Unvollkommenheiten im Schichtprofil zu minimieren. Es ist verständlich, dass die optimale Abbildungsfläche 108 durch die physikalischen Eigenschaften des MRI-Systems 10 definiert ist. Es wird bevorzugt, ein interessierendes Volumen oder eine Schicht 112 derart zu definieren, dass sie in der optimalen Abbildungsfläche 108 liegt.
Es wird angemerkt, dass im Fall N_z = N_wf jedes Tischinkrement über das gewünschte FOV 110 die gleiche Entfernung hat. Demnach kann jeder vorstehend angeführte Parameter nach Wunsch eingestellt werden. Das heißt, die Schichtdicke 114 kann größer oder kleiner gemacht werden, oder die Anzahl an Tischpositionen und Datenerfassungssätzen 106 kann von den gezeigten 16 abweichen. Die minimale Anzahl an Tischpositionen, die für die Rekonstruktion eines Bildes erwünscht ist, ist gleich der Anzahl an Signalverlaufsuntergruppen N_wf. Außerdem kann die Anzahl der z-Bildelemente N_z, die in jeder angeregten Schicht enthalten ist, sowie die Anzahl der k_x-k_y-Untergruppen nach Wunsch modifiziert werden. Allerdings wird N_z vorzugsweise größer oder gleich N_wf gehalten. Eine derartige Modifikation ist bezüglich 3 beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 2 ist anzumerken, dass jede Tischposition 1–16 eine vollständige Abtastung in der Richtung der Tischbewegung, in diesem Fall der z-Richtung, für eine Untergruppe der k_x-k_y-Daten oder allgemein in den Richtungen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung umfasst. Dementsprechend werden entweder nach der Erfassung aller Daten an jeder Tischposition oder nach der Erfassung aller Daten für ein vollständiges Bild die Daten in der Richtung der Tischbewegung, in diesem Fall in der z-Richtung, fouriertransformiert FFT(z), um ein Array aus z-k_x-k_y-Daten 120 zu bilden. Der Patiententisch 102 wird in Schritten bewegt, bis das gesamte FOV 110 abgedeckt ist. Wie es dargestellt ist, werden an jeder Tischposition vollständige z-Kodierdaten oder Kodierdaten in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe der k_x-k_y-Daten erfasst, wobei es sich um die zwei Richtungen senkrecht zur Tischbewegung handelt. Obwohl keine Daten erfasst werden, während der Tisch sich bewegt, ist es wünschenswert, die RF-Anregungen und die Magnetfeldgradientensignalverläufe fortzusetzen, um den eingeschwungenen Zustand zu bewahren.
Nach der Fouriertransformation bezüglich z bzw. bezüglich der Richtung der Tischbewegung werden an verschiedenen Tischpositionen erfasste Daten sortiert, nach Bedarf interpoliert und zum Übereinstimmen mit anatomischen z-Orten ausgerichtet, wodurch der z-k_x-k_y-Raum gefüllt wird. Im Allgemeinen sind die Tischschrittentfernungen Vielfache der z-Auflösung und werden zum Sicherstellen einer vollständigen Abtastung der z-k_x-k_y-Matrix ausgewählt. Wie vorstehend angeführt, können die Daten nach der Fouriertransformation bezüglich z an den Schichtkanten fallengelassen werden, wie es Unvollkommenheiten im Kantenauswahlprofil erfordern. Ein endgültiges rekonstruiertes Bild 130 wird durch eine Gitterbildung, wenn dies erforderlich ist, und eine Fouriertransformation des vollständig abgetasteten Datenarrays 120 bezüglich x und y gebildet.
Für eine vollständige Abtastung bzw. für vollständige Abtastwerte muss die Anzahl an beibehaltenen z-Bildelementen N_z zumindest gleich der Anzahl an k_x-k_y-Signalverlaufsuntergruppen N_wf sein. Allerdings resultiert gemäß 3, die auch ein einfaches Beispiel unter der Annahme einer Tischbewegung in der z-Richtung zeigt, die Erhöhung der Schichtdicke 132 unter Beibehaltung der z-Auflösung in einer Erhöhung der Anzahl an z-Bildelementen N_z, die an jeder Tischposition kodiert werden. Bei diesem Beispiel ist N_z = 8 für 4 k_x-k_y-Untergruppen (N_wf = 4). Da N_z größer als N_wf ist, sind die Tischinkremente nicht gleich, wie es in 2 gezeigt ist. Das heißt, die Entfernung zwischen den Tischpositionen 1, 2, 3 und 4 ist geringer als zwischen den Tischpositionen 4 und der Tischposition 5. Daher sind bei der Verwendung einer dickeren Schicht weniger Bewegungen des Tischs für die gleiche Ortsabdeckung erforderlich. Dies resultiert in einer insgesamt schnelleren Erfassung für ein FOV gleicher Größe, verglichen mit der in 2, wenn die Zeit zum Initiieren einer Tischbewegung verglichen mit der Zeit für eine einzelne Erfassung lang ist. Obwohl die Erhöhung der Schichtdicke die individuelle Erfassungszeit für jede Schicht inkremental erhöht, verringert sich die Gesamtabtastzeit, da die Zeit zum Initiieren einer Tischbewegung dominiert. Im Fall, dass die Zeit zum Initiieren der Tischbewegung hinsichtlich der Zeit für eine einzelne Erfassung lang ist, wird die Abtastzeit somit durch Minimierung der Anzahl an Tischbewegungen minimiert. Bei einer herkömmlichen Einrichtung dauert es typischerweise ungefähr eine Sekunde zum Initiieren einer Tischbewegung. Obwohl die Verringerung dieser Zeit die gewünschte Lösung auf lange Sicht ist, ist sie auf kurze Sicht nicht praktikabel, da sie erhebliche Änderungen der Systemarchitektur erfordert.
Nach der schrittweisen Bewegung des Patiententisches durch das gesamte FOV 110 und der Erfassung des Datensatzes 134 gemäß 3 werden die Daten hinsichtlich z zum Erhalten eines z-k_x-k_y-Datensatzes 136 fouriertransformiert. Die an verschiedenen Tischpositionen erfassten Daten können dann sortiert und zum Übereinstimmen mit anatomischen z-Orten ausgerichtet werden. Ein endgültiges Bild 138 wird wiederum zuerst durch eine Gitterbildung bei Bedarf und dann eine Fouriertransformation der vollständig abgetasteten Daten bezüglich x und y, FFT(xy), rekonstruiert.
Allgemein sind die Tischschrittentfernungen Vielfache der Bildelementgröße in der Richtung der Tischbewegung und werden zum Sicherstellen einer vollständigen Abtastung der 3D-Matrix ausgewählt. Die Anzahl der erforderlichen Tischschritte hängt von der relativen Anzahl der in der angeregten Schicht aufbewahrten Bildelemente N_z für den Fall der Bewegung in der z-Richtung und der Anzahl der Magnetfeldgradientensignalverlaufsuntergruppen ab, die zur vollständigen Kodierung der Dimensionen senkrecht zur Tischbewegung erforderlich sind, N_wf. Wie vorstehend angeführt, sollte für eine vollständige Abtastung N_z zumindest gleich N_wf sein. Ist allerdings N_z größer als N_wf, ist eine schnellere Gesamtabtastzeit erreichbar. Es wird angemerkt, dass die Untergruppen der Magnetfeldgradientensignalverläufe (g_x, g_y) durch einen oder eine Folge solcher Signalverläufe definiert sind, die sich zwischen den Untergruppen unterscheiden. Dieser Satz bzw. diese Folge der Magnetfeldgradientensignalverläufe, die die k_x-k_y-Untergruppen kodiert, wird dann auf zyklische Weise zum Erhalten der Datensätze 106 in 2 und 134 in 3 wiederholt.
Dieses Verfahren kann mit einer beliebigen dreidimensionalen k-Raum-Trajektorie angewendet werden, die in der Richtung der Tischbewegung gleichförmig ist. Bei einem in einem System mit einer Tischbewegung in der z-Richtung implementierten Ausführungsbeispiel wurde eine Trajektorien-Sequenz mit einem zylindrischen EPI-Stapel (CSEPI-Sequenz) verwendet, die zwischen Ebenen verschachtelter EPI-Signalverläufe in k_z Phasenkodiert, die auf einen Kreis in k_x-k_y, zugeschnitten sind. Vor einer Fouriertransformation in x und y werden die Daten in ein Gitter geformt. Die Signalverläufe wurden mit G_max = 22 mT/m und einer Anstiegsrate von 120 mT/m/ms entworfen. Da k-Raum-Daten für einen einzelnen anatomischen Ort aus Daten kompiliert werden, die an verschiedenen Tischpositionen erfasst werden, resultiert jede Schwankung in der Phase oder Amplitude in der Richtung der Tischbewegung in Bildartefakten. Zur Minimierung solcher Artefakte verwendet ein Ausführungsbeispiel einen linearen Phasen-Schichtauswahl-RF-Impuls mit scharfen Übergängen und geringer In-Schnitt-Welligkeit, beispielsweise 0,5%, und lässt einen Schnitt an jeder Schichtkante aus. Frequenzschwankungen in der Richtung der Tischbewegung, die sich aus einer Magnetfeldinhomogenität ergeben, werden während der Rekonstruktion demoduliert. Des Weiteren verringert die Verringerung der Schichtdicke auch die Empfindlichkeit hinsichtlich derartiger Schwankungen.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Datenerfassungssequenz gemäß den Verfahren aus 2 und 3. Nach der Initialisierung 140 der Datenerfassungssequenz wird der Tisch am ersten Ort positioniert und eine Variable i wird initialisiert 142. MR-Daten werden durch wiederholte Anregung von Spins unter Verwendung eines RF-Impulses und das Anlegen von Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung des interessierenden Volumens 144 erfasst. Unter der Annahme einer Tischbewegung in der z-Richtung werden alle k_z-Daten für die ausgewählte k_x-k_y-Untergruppe erfasst, die in der Dimension bzw. den Dimensionen senkrecht zur Tischbewegung 146 liegen. Das örtliche Ausmaß in der Richtung der Tischbewegung wird unter Verwendung eines Einschränkungsverfahrens eingeschränkt, wie entweder einer schichtselektiven RF-Anregung oder durch die Erfassung der Daten derart, dass das Erfassungsfilter zum Einschränken der Schichtdicke verwendet werden kann. Es wird angemerkt, dass für eine Phasenkodierung in der Richtung der Tischbewegung der RF-Impuls wiederholt vor jeder Erfassung 147 angelegt wird, bis alle k_z-Daten erfasst sind (Schritt 146). Zum Auslesen in der Richtung der Tischbewegung wird jeder RF-Impuls an 144 angelegt, gefolgt von der Erfassung vollständiger k_z-Daten für die ausgewählte k_x-k_y-Untergruppe (146). Solange das Ende des FOV nicht erreicht ist (Schritte 148, 150), wird die Variable i inkrementiert 152 und das System überprüft, ob ein vollständiger Satz von Magnetfeldgradientensignalverlaufsuntergruppen erfasst wurde (154). Das heißt, solange die Variable i nicht ein Vielfaches von N_wf ist (Schritte 154, 156), wird der Tisch um eine Entfernung gleich der Auflösung in der Richtung der Tischbewegung bewegt 158, und die nächste Schicht wird die aktuelle Schicht in 144 und Daten werden in 146 wieder erfasst. Nachdem eine vollständige Folge von Untergruppen erfasst wurde 154, 160, bestimmt das System, ob das nächste Tischinkrement entsprechend dem bezüglich 2 oder 3 Beschriebenen ausgeführt wird. Das heißt, ist die Anzahl an Magnetfeldgradientensignalverläufen gleich der Anzahl an Bildelementen, die in der Schicht in der Richtung der Tischbewegung enthalten sind (N_wf = N_z), wird der Tisch um eine Entfernung gleich der z-Auflösung bewegt bzw. in der Richtung der Tischbewegung 162 gemäß 2, und die Datenerfassungssequenz wird fortgesetzt 144, 146, ansonsten, wenn N_z größer ist als N_wf (Schritt 162), wie gemäß 3, wird der Tisch um folgende Entfernung bewegt: (N_z – N_wf + 1) × (z-Auflösung), Gleichung 1 und Daten werden wiederum für die neue Schicht erfasst 144, 146, bis alle Schicht über das FOV abgetastet wurden 148, 168, was die Abtastung in 170 abschließt. Wiederum ist die Richtung der Tischbewegung willkürlich gewählt und stellt die z-Richtung dar. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Es ist leicht ersichtlich, dass die Zuordnung eines beliebigen Zeichensatzes zur Darstellung einer dreidimensionalen Achse verwendet werden kann.
Es wird angemerkt, dass an jeder Tischposition, wie der Erfassung an der Tischposition 1 in den 2 und 3, eindeutige Magnetfeldgradientensignalverläufe oder ein Satz von Verläufen bei den Gradientenachsen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung (transversale Signalverläufe) in Verbindung mit dem Gradientensignalverlauf oder den Signalverläufen angelegt werden, die zur Erfassung eines vollständigen Satzes von Daten in der Richtung der Tischbewegung erforderlich sind. An den Tischpositionen 2, 3 und 4 werden andere Magnetfeldgradientensignalverläufe oder Sätze von Signalverläufen an die Achsen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung angelegt. Die nächste Folge der Tischpositionen 5 bis 8 gemäß 2 und 3 verwenden die gleichen Magnetfeldgradientensignalverläufe wie bei den Datenerfassungen 1 bis 4. Daher wird die Variable i auch zum Inkrementieren des Anlegens der geeigneten Magnetfeldgradientensignalverläufe für die Folge verwendet, und ist eine Folge abgeschlossen, werden die gleichen Signalverläufe in der nächsten Folge neu angewendet.
In 5 ist ein Datenverarbeitungsschema gemäß der Erfindung als Ablaufdiagramm gezeigt. Nach einer Initiierung 180, die entweder durch eine Unterwegs-Erfassung von Daten dargestellt wird, oder nachdem alle Daten erfasst wurden geschieht, werden die MR-Daten in der Richtung der Tischbewegung, z in diesem Fall, in 182 fouriertransformiert, und bei Bedarf auf Trimmfehler in dieser Richtung korrigiert 184. Nach der Fouriertransformation werden die Daten an den Kantengrenzen der Schicht nach Bedarf verworfen 186, was in N_z Datenelementen in der Richtung der Tischbewegung resultiert. Die Daten werden dann zum Übereinstimmen mit anatomischen Orten 188 ausgerichtet, und dann bei Bedarf in ein Gitter geformt und auf Trimmfehler in den verbleibenden zwei Richtungen 190 korrigiert. Die Daten werden dann in der/den transversalen Dimension(en) 192 zur Rekonstruktion des endgültigen Bildes 194 fouriertransformiert.
6 zeigt eine grafische Darstellung einer Anzahl von Erfassungen gegenüber einem gesamten FOV in der Richtung der Tischbewegung für drei Werte der Schichtdicke und eine einzelne Erfassung. Bei dieser Beispielerfassung mit 18 transversalen Magnetfeldgradientenuntergruppen und einer Auflösung von 1 mm in der Richtung der Tischbewegung stellt die Grundlinie 200 eine einzelne Erfassung (d. h. keine Tischbewegung) dar, wobei das gesamte FOV als einzelnes großes Volumen erfasst wird. Die geriffelte Linie 202 zeigt die Erfassung für eine 1,8 cm Schicht, während der nächste Graph 204 die für eine 8 cm Schicht und der am gröbsten geriffelte Graph 206 die für eine 30 cm Schicht zeigt. Gemäß 7 ist die Gesamtabtastzeit für jede Erfassung aus 6 gegenüber dem gesamten FOV in der Richtung der Tischbewegung in cm gezeigt. Der Graph 210 entspricht der 1,8 cm Schichterfassung, die die längste Gesamtabtastzeit aufgrund der vielen Tischbewegungen gedauert hat, während der Graph 216 die der einzelnen Erfassung ist, die die schnellste war. Zwischen den Graphen 210 und 216 sind die Erfassungszeiten für die 8 cm Schicht durch den Graph 212 und die 30 cm Schicht durch den Graph 214 gezeigt. Jede dieser Erfassungen nimmt 32 ms für jede Wiederholung der Anregung plus Erfassung kodierter Daten und eine Sekunde für jede Tischbewegung an. Bei diesem Beispiel, bei dem die Zeit zum Initiieren einer Tischbewegung lang ist gegenüber der, die für eine einzelne Erfassung gebraucht wird, ist es ersichtlich, dass, je größer die Schichtdicke ist, desto schneller die Abtastzeiten sind, die erreicht werden können, da weniger Tischbewegungen erforderlich sind.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst die Erfindung einen Prozess und ein System, die zur Verwendung mit dem MRI-System aus 1 oder einem ähnlichen äquivalenten System zum Erhalten von MR-Bildern unter Verwendung einer Frequenzkodierung in einer Richtung parallel zur kontinuierlichen Tischbewegung, die typischerweise als z-Richtung definiert ist, geeignet sind. Die kontinuierliche Bewegung des Patiententisches ermöglicht eine Datenerfassung an verschiedenen Tischpositionen entlang des gewünschten FOV mit reduzierten Abtastzeitanforderungen. Die Erfassung von Bildern während der kontinuierlichen Bewegung des Patiententisches und das Platzieren der Frequenzkodierachse in der Richtung der Tischbewegung hat viele Vorteile, einschließlich der Erfassung von Bildern mit einem FOV größer als das optimale Abbildungsvolumen des MR-Systems, sowie endgültige rekonstruierte Bilder, die keine Schichtgrenzenartefakte zeigen, und weniger Zeit, die mit der Bewegung des Patiententisches durch das Abbildungsvolumen verbunden ist. Die Erfindung ermöglicht auch die Veränderung des Wiederholungsintervalls der Anregung, der Gradientensignalverläufe und der Erfassungen mit der Geschwindigkeit. Des Weiteren kann eine beliebige Trajektorie in der/den transversalen k-Raum-Dimension(en) verwendet werden. Beispielsweise können für eine dreidimensionale Erfassung die Phasenkodierungen in der transversalen k-Raum-Ebene in der Form einer Spirale oder konzentrischer Ringe, in Strahlen vom Mittelpunkt aus oder in einem kartesischen Gitter positioniert werden. Für alle vom kartesischen Gitter verschiedenen Positionen geschieht eine Gitterbildung der Daten in der transversalen Ebene vor der Durchführung der zweidimensionalen Fouriertransformation.
Des Weiteren ermöglicht die Erfindung die Erfassung von ein wenig mehr als der Hälfte der vollständigen k-Raum-Daten in den transversalen Dimensionen mit einer Rekonstruktion unter Verwendung einer homodynen Verarbeitung. Ferner kann etwas über die Hälfte der vollständigen k-Raum-Daten in der Ausleserichtung erfasst werden, d. h., in der frequenzkodierten Richtung, die die Richtung der Tischbewegung ist. Außerdem können Phasenkodierungen in den transversalen k-Raum-Dimensionen in einer beliebigen zeitlichen Reihenfolge und/oder mit verschiedenen zeitlichen Frequenzen erfasst werden. Beispielsweise können Phasenkodierungen in nächster Nähe zum k-Raum-Ursprung mit einer höheren zeitlichen Frequenz als die Phasenkodierungen weiter weg vom k-Raum-Ursprung erfasst werden. Des Weiteren kann eine Untergruppe von Phasenkodierungen während der Bewegung des Tisches über das FOV während einer Vorwärtsbewegung des Patiententisches erfasst werden, wobei dann eine andere Untergruppe von Phasenkodierungen im gleichen FOV während einer Rückwärtsbewegung des Tisches erfasst wird. Beispielsweise können k-Raum-Linien mit niedriger Ortsfrequenz während eines ersten Durchlaufs durch das FOV zur Erfassung eines Zeitpunkts eines sich zeitlich veränderten Kontrasts erfasst werden, und dann werden verbleibende Phasenkodierungslinien erfasst, während sich der Patiententisch kontinuierlich durch das FOV zurückbewegt.
Außerdem ermöglicht die Erfindung die Erfassung von MR-Daten für eine größere Schichtdicke in der Richtung der kontinuierlichen Tischbewegung, als sie für eine Bildrekonstruktion verwendet wird. Die der Extra-Schichtdicke entsprechenden Daten können derart ausgewählt werden, dass Daten in nachfolgenden Wiederholungen der gleichen Phasenkodierung eine überlappende Abdeckung in der Richtung der Tischbewegung haben. Diese überlappenden Daten können zur Schätzung der Tischgeschwindigkeit und Position und/oder anderer Korrekturfaktoren verwendet werden. Des Weiteren können diese überlappende Daten unter Verwendung der gleichen Polarität des Auslesegradienten oder einer entgegengesetzten Polarität erfasst werden. Dieser kann auch die gleiche oder eine andere Echozeit haben. Daten für die Extra-Schichtdicke können für alle Phasenkodierungen oder lediglich die Phasenkodierung am Ursprung des k-Raums in den transversalen Dimensionen erfasst werden. Die erfassten MR-Daten können auch zur Erzeugung eines Bildes sowie für die Schätzung von Korrekturfaktoren verwendet werden, oder können als extra Erfassung verwendet werden, die zur Schätzung der Korrekturfaktoren verwendet wird. Beispielsweise können MR-Daten, die der k_x = k_y = 0 Linie entsprechen, mit doppelter Abbildungsschichtdicke für jede Wiederholung des vollständigen Satzes an Signalverläufen erfasst werden. Daraus kann eine Änderung der Tischposition durch die Durchführung einer Kreuzkorrelation bestimmt werden.
Die Erfindung ermöglicht auch die Verwendung von weniger Daten als sie in der Richtung der Tischbewegung erfasst werden, wodurch ein Auslassen von Daten an einer vorderen und einer hinteren Kante der Erfassung zum Bekämpfen von Unvollständigkeiten bei der Filterung ermöglicht wird. Schätzungen der Unvollkommenheiten des Magnetfelds und der Mittenfrequenz, die durch den Magneten allein induziert werden, können vor dem Beginn der Tischbewegung bestimmt werden. Abgesehen von der kontinuierlichen Tischbewegung sind diese Unvollkommenheiten relativ zum Magneten fest. Durch eine objektabhängige Suszeptibilität induzierte Unvollkommenheiten sind diesen festen Fehlern überlagert. Die Erfindung ist mit einem beliebigen Bildkontrasttyp anwendbar, einschließlich einer Protonendichte, T1-gewichtet, T2-gewichtet, Phasenkontrast und SFFP-Typ-Sequenzen. Sättigungsbänder können über und/oder unter der Abbildungsschicht zum Unterdrücken einfließenden Blutes von einer oder beiden Richtungen oder zur Erzeugung eines unterschiedlichen eindeutigen Kontrasteffekts angewendet werden. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung die Anwendung von Auslesevorgängen vom Echo-Planar-Typ in der Richtung der Tischbewegung zur Erfassung verschiedener Zeilen im k-Raum, oder in Abhängigkeit von der Anwendung die Neuerfassung der gleichen k-Raum-Linie. Derartige Daten können für eine Bildgebung verwendet werden, oder sie können zur Bestimmung von Korrekturfaktoren und/oder Tischpositionen/Geschwindigkeit verwendet werden. Werden verschiedene k-Raum-Linien erfasst, kann die Erfassungsreihenfolge linear oder verschachtelt sein. Die Erfindung ermöglicht auch die Korrektur von Gradientennichtlinearitäten in Richtung der Tischbewegung auf jeder erfassten Linie und von transversalen Gradientennichtlinearitäten durch die Korrektur jedes k_x-k_y-Orts individuell, beruhend auf der Gradientennichtlinearität am Tischort zur Erfassungszeit.
Bekanntermaßen und wie vorstehend angeführt gibt es in jedem MRI-System ein begrenztes Ortsvolumen mit einer optimalen Gradientennichtlinearität, gleichmäßigem Magnetenpolarisationsfeld B₀ und gleichförmiger RF-Homogenität. Größere Volumen werden herkömmlicherweise in Sektionen mit einer Tischbewegung zwischen Abtastungen abgebildet, was in verknüpften Bildern resultiert, die Diskontinuitäten an Schichtverbindungen zeigen. Die Erfindung umfasst ein Abbildungsverfahren, das die Tischposition kontinuierlich während des Abtastvorgangs zur Erzeugung großer FOV-Bilder ohne Schichtgrenzenartefakte und ohne zusätzliche Abtastzeit für die Tischbewegung zwischen Erfassungen an festen Orten bewegt. Erfasste Bilder können zweidimensional und Einfach-Schnitt-Bilder, zweidimensional und Mehrfach-Schnitt-Bilder, zweidimensionale Projektionen oder dreidimensional sein.
Im Allgemeinen wird nach der Definition des gewünschten FOV eine Schichtdicke ausgewählt, die im optimalen Abbildungsvolumen des MRI-Systems bleibt. Infolgedessen ist die Schichtdicke also kleiner als die gewünschte Ortsabdeckung. MR-Daten werden durch wiederholtes Anlegen einer Anregung der Spins, und Anlegen von Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung des interessierenden Volumens erfasst. Vorzugsweise ist das Ortsausmaß der erfassten Daten in der Richtung der Bewegung unter Verwendung angelegter Magnetfeldgradientensignalverläufe beschränkt, was den Erfassungsfilter die Einschränkung der Schichtdicke ermöglicht. Das FOV kann unter Verwendung ortselektiver RF-Impulse in Richtungen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung beschränkt werden. In den gezeigten Beispielen und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Richtung der kontinuierlichen Tischbewegung die z-Richtung. Allerdings erkennt der Fachmann, dass die x-y-z-Orientierung willkürlich ist, und die Erfindung dadurch nicht eingeschränkt ist. Außerdem bewegt sich im gezeigten Beispiel und gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Tisch relativ zum System. Allerdings erkennt der Fachmann, dass es äquivalent ist, wenn sich das System relativ zum Objekt bewegt, und die Erfindung dadurch nicht beschränkt ist.
Der Tisch wird zur Abdeckung des gewünschten FOV bewegt, während die Schichtposition relativ zum Magneten im MRI-System festbleibt. Während jeder Erfassung werden vollständige k-Raum-Daten, die die ausgewählte Schicht in der Richtung der Tischbewegung darstellen, für eine Untergruppe der Daten in der/den anderen Dimension(en) durch die Verwendung eines oder einer Folge von Magnetfeldgradientensignalverläufen erfasst.
8 zeigt schematisch das grundlegende Konzept eines Datenerfassungs- und Verarbeitungsverfahrens gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Tisch kontinuierlich mit 16 Beispieldatenerfassungen 306 an verschiedenen Tischpositionen entlang des gewünschten FOV bewegt. Die Tischposition und/oder Geschwindigkeit an jeder Erfassung wird gemessen oder geschätzt. Ein Patient 300 ist auf dem beweglichen Tisch 302 positioniert, der sich in der MRI-Abtasteinrichtung 10 bezüglich des Magneten und der optimalen Abbildungsfläche 306 der MRI-Abtasteinrichtung vor- und zurückbewegt 304. Das gewünschte FOV 310 ist wesentlich größer als die optimale Abbildungsfläche 308, die allgemein größer als eine ausgewählte Schichtdicke 312 ist. Wie vorstehend beschrieben, findet die Tischbewegung bei diesem vereinfachten Beispiel in der z-Richtung statt. Magnetfeldgradientensignalverläufe sind zur Kodierung der vollständigen k_z-Daten für vier k-Raum-Positionen oder Untergruppen in den transversalen Dimensionen (N_wf = 4) eingerichtet. Während jeder Datenerfassung 1–16 werden vier k_z-Pegel kodiert, was in vier z-Bildelementen in der angeregten Schicht nach der Fouriertransformation in der z-Richtung resultiert (N_z = 4). N_z und die Schichtdicke können nach der Erfassung verringert werden, wenn Daten an den Kanten der Erfassung ausgelassen werden, um die Auswirkung von Unvollkommenheiten im Filter zu minieren, oder aus anderen Gründen, die nachstehend beschrieben werden. Es ist verständlich, dass die optimale Abbildungsfläche 308 durch die physischen Eigenschaften des MRI-Systems 10 definiert ist. Vorzugsweise wird ein interessierendes Volumen oder eine Schicht derart definiert, dass sie in der optimalen Abbildungsfläche 308 liegt.
Jeder der vorstehenden angeführten Parameter kann nach Wunsch eingestellt werden. Das heißt, die Schichtdicke 314 kann größer oder kleiner gemacht werden, und die Anzahl der Datenerfassungen 306 kann über die gezeigten 16 erhöht oder darunter verringert werden. Die maximale Tischgeschwindigkeit wird durch die Schichtdicke geteilt durch die Zeit für die Erfassung aller Daten entsprechend einem Zyklus durch den Satz an Gradientensignalverläufen bestimmt. Außerdem kann die Anzahl der z-Bildelemente N_z, die in jeder angeregten Schicht enthalten ist, sowie die Anzahl der Gradientensignalverläufe in einem Satz N_wf nach Wunsch modifiziert werden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird angemerkt, dass jede Erfassungsposition 1–16 eine vollständige Abtastung in der Richtung der Tischbewegung, in diesem Fall in der z-Richtung, für eine Untergruppe der Daten in den Richtungen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung enthält. Demnach werden nach jeder Erfassung, oder nachdem alle Daten für ein vollständiges Bild erfasst wurden, die Daten in der Richtung der Tischbewegung, in diesem Fall in der z-Richtung, fouriertransformiert (FFT(z)), um ein Array aus z-k_transversal-Daten 320 auszubilden. Der Patiententisch 302 wird kontinuierlich bewegt, bis das gesamte FOV 310 abgedeckt ist. Wie gezeigt, werden an jeder Erfassungsposition vollständige z-Kodierdaten bzw. Frequenzkodierdaten in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe der gewünschten transversalen k-Raum-Positionen erfasst, die in der einen oder den zwei Richtungen senkrecht zur Tischbewegung liegen.
Nach der Fouriertransformation bezüglich z, bzw. der Richtung der Tischbewegung, werden an verschiedenen Tischpositionen erfasste Daten sortiert und zur Übereinstimmung mit anatomischen z-Orten ausgerichtet, wodurch der z-k_transversal-Raum aufgefüllt wird. Nach Bedarf können Daten zur Verbesserung der Genauigkeit der Ausrichtung interpoliert werden. Wie vorstehend angeführt, können nach der Fouriertransformation der erfassten Daten bezüglich z die Daten an den Schichtkanten ausgelassen werden, wie es durch Unvollkommenheiten in der Filterleistung oder aus anderen nachstehend beschriebenen Gründen erforderlich ist. Ein endgültiges rekonstruiertes Bild 330 wird durch Gitterbildung und/oder Durchführung einer anderen Verarbeitung nach Bedarf und Fouriertransformation des vollständig abgetasteten Datenarrays 320 in verbleibenden Dimensionen ausgebildet.
Es wird angemerkt, dass die Untergruppen der Magnetfeldgradientensignalverläufe (g_x, g_y, g_z) durch einen oder eine Folge derartiger Signalverläufe definiert sind, die sich zwischen den Untergruppen unterscheiden. Dieser Satz bzw. die Folge der Magnetfeldgradientensignalverläufe, die die k_transversal-Untergruppen kodieren, werden dann auf zyklische Weise zum Erhalten der Datensätze 306 in 8 wiederholt.
Dieses Verfahren kann mit einer beliebigen zweidimensionalen oder dreidimensionalen k-Raum-Trajektorie verwendet werden, die in der Richtung der Tischbewegung gleichförmig ist. Beispielsweise kann eine zweidimensionale oder dreidimensionale Erfassung mit der Frequenzkodierachse in der Richtung der Tischbewegung durchgeführt werden, wobei Phasenkodiergradienten in einem kartesischen Gitter in den k-Raum-Dimensionen positioniert sind, die senkrecht zur Tischbewegungsrichtung sind. Phasenkodiergradienten für eine dreidimensionale Erfassung können auch auf konzentrischen Kreisen positioniert sein, in der Form einer Spirale, in Strahlen vom Mittelpunkt des k-Raums aus radial oder in einem beliebigen anderen Muster. Bei einer zweidimensionalen oder dreidimensionalen Erfassung können Phasenkodiergradienten in einem Muster mit einer Dichte angeordnet sein, die sich mit der k-Raum-Position ändert. Wird eine nichtkartesische und/oder nichtgleichförmige Anordnung von k_transversal-Orten angewendet, werden die Daten in den transversalen Dimensionen während der Rekonstruktion als Gitter angeordnet.
Es können Teil-k-Raum-Verfahren angewendet werden. Für einen partiellen k-Raum in den transversalen Richtungen kann etwas mehr als die Hälfte der Daten in der transversalen Richtung erfasst werden. Eine homodyne Verarbeitung wird dann bei der Rekonstruktion angewendet. Teil-k-Raum-Verfahren können auch in der Richtung der Tischbewegung verwendet werden. Auch in diesem Fall kann eine homodyne Verarbeitung angewendet werden.
Echo-Planar-Erfassungen können beim Auslesen in der Richtung der Tischbewegung angewendet werden. Dies ermöglicht die Erfassung vollständiger k-Raum-Daten in der Richtung der Tischbewegung für eine Vielzahl transversaler k-Raum-Positionen, die jeder RF-Anregung folgen.
Alternativ dazu können vollständige k-Raum-Daten in der Richtung der Tischbewegung mehrere Male für die gleiche transversale k-Raum-Position erfasst werden, die einer einzigen RF-Anregung folgt. Eine derartige Datenerfassung ermöglicht die Berechnung von Bildkorrekturfaktoren.
Es können auch verschiedene k-Raum-Orte in den transversalen Richtungen mit unterschiedlichen Schichtdicken in der Richtung der Tischbewegung und daher mit unterschiedlichen zeitlichen Frequenzen während der Tischbewegung erfasst werden.
In einer anderen Ausgestaltung können k-Raum-Orte in den transversalen Dimensionen in einer Vielfalt von Reihenfolgen zum Erreichen verschiedener Modulationen des k-Raums oder verschiedener Kontrasteigenschaften erfasst werden. k-Raum-Orte in den transversalen Dimensionen können sequentiell von einer Kante des k-Raums zur anderen, zentrisch vom Zentrum aus, auf verschachtelte Weise oder in einem beliebigen anderen Muster nach Wunsch erfasst werden.
k-Raum-Orte in den transversalen Dimensionen können auch in eine willkürliche Anzahl von Untergruppen eingeteilt werden, die in vielen Tischdurchläufen erfasst werden können. Beispielsweise können die k_transversal-Daten in zwei Stufen erfasst werden. Zuerst werden die k_transversal-Orte innerhalb eines bestimmten Radius um das Zentrum des k-Raums erfasst. Da für die Erfassung dieser Untergruppe weniger Zeit erforderlich ist, kann sich der Tisch schneller über das ausgewählte FOV bewegen. Als Beispielanwendung würde dies die Erfassung des Zentrums des k-Raums, der die größte Auswirkung auf den Bildkontrast hat, am Punkt des optimalen Kontrasts ermöglichen, was der Verabreichung eines extrinsischen MR-Kontrastmittels folgt. Der Tisch wird dann über das gleiche FOV wieder zur Erfassung höherer Ortsfrequenz-k-Raum-Daten zurückbewegt.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung können Daten für eine größere ausgewählte Schichtdicke in der Richtung der Tischbewegung erfasst werden. Die Extradaten können für alle transversalen k-Raum-Positionen oder lediglich für einige Positionen erfasst werden, beispielsweise die k_x = k_y = 0 Linie. Die Extra-Schichtdicke kann derart ausgewählt werden, dass die erfassten Daten in aufeinanderfolgenden Wiederholungen des gleichen Gradientensignalverlaufsatzes Daten aus überlappenden Ortsregionen erfassen. Diese überlappenden Daten können zur Schätzung der Entfernung der Tischbewegung zwischen den zwei Erfassungen oder zur Schätzung anderer Bildkorrekturfaktoren verwendet werden. Ein Teil der Daten aus diesen Erfassungen mit der erhöhten Schichtdicke kann zur Rekonstruktion des Bildes auf normale Weise wie in 8 beschrieben verwendet werden, oder diese Erfassungen können Extraerfassungen sein, die zwischen die Standarderfassungen beim Abbildungsversuch eingestreut werden. Die Erfassungen mit überlappenden Daten können identische Abbildungsparameter haben, oder können verschiedene Echozeiten oder Auslesegradienten haben.
Da k-Raum-Daten für einen einzelnen anatomischen Ort in der Richtung der Tischbewegung aus an verschiedenen Tischpositionen erfassten Daten kompiliert werden, resultiert eine beliebige Schwankung in der Phase oder Amplitude in der Richtung der Tischbewegung in Bildartefakten. Zur Minimierung dieser Artefakte werden Frequenzschwankungen in der Richtung der Tischbewegung, die sich aus einer Magnetfeldinhomogenität ergeben, während der Rekonstruktion demoduliert. Durch das Anlegen externer Magnetfelder induzierte Frequenzschwankungen können vor dem Beginn der Tischbewegung geschätzt werden. Gradientennichtlinearitäten können durch die Annahme korrigiert werden, das diese Unvollkommenheiten zwischen der Richtung der Tischbewegung und den transversalen Dimensionen separierbar sind. Gradientennichtlinearitäten in der Richtung der Tischbewegung werden für jede Datenerfassung korrigiert. Transversale Nichtlinearitäten werden unter Verwendung eines anderen Faktors für jeden transversalen k-Raum-Ort oder Gruppe von Orten korrigiert, die unter Verwendung der bekannten Tischposition zur Zeit der Datenerfassung bestimmt wird. Eine durch die Tischbewegung während der Erfassung induzierte Signalphase kann während der Rekonstruktion korrigiert werden.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Datenerfassungssequenz gemäß dem Verfahren aus 8. Nach der Initialisierung der Datenerfassungssequenz 340, geschieht die Auswahl des i-ten Gradientensignalverlaufs für jede Gradientenachse (x, y und z) in 341. Die Variable i stellt den ausgewählten Signalverlauf für jede Achse dar. Der Tisch ist an einem Ort über oder unter dem gewünschten FOV positioniert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird diese Startposition in 342 ausgewählt, um dem Tisch die Beschleunigung in 343 auf die gewünschte konstante Geschwindigkeit vor dem Erreichen der Vorderkante des gewünschten FOV zu ermöglichen. Alternativ dazu kann die Startposition nahe der Anfangsposition zur Erfassung von Daten ausgewählt werden, und die Änderung der Tischgeschwindigkeit während der Beschleunigung kann bei der Datenverarbeitung berücksichtigt werden. MR-Daten werden durch wiederholtes Anregen der Spins unter Verwendung eines RF-Impulses und das Anlegen von Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung des interessierenden Volumens erfasst 344. Alle RF- und Gradientensignalverläufe werden selbst dann angelegt, wenn keine Daten während der Tischbeschleunigung erfasst werden, um eingeschwungene MR-Signalpegel zu errichten. Unter der Annahme einer Tischbewegung in der z-Richtung stellt jede Erfassung sicher, dass alle k_z-Daten für die ausgewählten transversalen k-Raum-Positionen erfasst werden, d. h., in den Dimensionen senkrecht zur Tischbewegung (k_x und/oder k_y). Die Tischposition und/oder Geschwindigkeit wird gemessen oder geschätzt und für die Zeit der Datenerfassung aufgezeichnet. Das durch die Daten in der Richtung der Tischbewegung dargestellte örtliche Ausmaß ist durch die Erfassung von Daten derart beschränkt, dass das Erfassungsfilter zum Beschränken der Schichtdicke verwendet werden kann. Dann wird eine Bestimmung in 348 durchgeführt, um zu bestimmen, ob ausreichend Daten zur Rekonstruktion des gewünschten FOV erfasst wurden. Solange nicht ausreichend Daten für die Rekonstruktion des gewünschten FOV erfasst wurden 348, 350, überprüft das System, ob ein vollständiger Satz von Magnetfeldgradientensignalverläufen angelegt wurde (I = N_wf?) 351. Wurde ein vollständiger Satz von Magnetfeldgradientensignalverläufen angelegt (351, 352), wählt das System wieder den ersten Signalverlauf an jeder Achse in 353 aus, und der Zyklus beginnt von neuem in 344. Wenn nicht, inkrementiert das System zum nächsten Gradientensignalverlauf 356, und Daten werden für die aktuelle Schichtposition erfasst, wenn der Tisch die Bewegung fortsetzt 344. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Schichten über das FOV abgetastet wurden 358, was die Abtastung abschließt 360. Wiederum ist die Richtung der Tischbewegung willkürlich gewählt und wird als z-Richtung dargestellt. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Wie leicht zu erkennen ist, kann die Zuordnung eines beliebigen Zeichensatzes zur Darstellung einer dreidimensionalen Achse verwendet werden.
Es wird angemerkt, dass an jeder Datenerfassungsposition, wie der Erfassung an der Position 1 in 8, eindeutige Magnetfeldgradientensignalverläufe oder ein Satz von Signalverläufen an der Gradientenachse senkrecht zur Richtung der Tischbewegung (transversale Signalverläufe) in Verbindung mit dem Gradientensignalverlauf oder den Gradientensignalverläufen angelegt werden, die zur Erfassung eines vollständigen Satzes von Daten in der Richtung der Tischbewegung erforderlich sind. An den Positionen 2, 3 und 4 werden verschiedene Magnetfeldgradientensignalverläufe oder Sätze von Signalverläufen an den Achsen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung angelegt. Der Signalverlauf an den Achsen parallel zur Richtung der Tischbewegung kann der gleiche für jeden Satz sein oder kann sich auch ändern. Die nächste Folge von Erfassungspositionen 5–8 in 8 verwendet die gleichen Magnetfeldgradientensignalverläufe wie in den Datenerfassungen 1–4. Daher wird die Variable i in 9 zum Inkrementieren der Anwendung der geeigneten Magnetfeldgradientensignalverläufe für die Folge verwendet, und ist eine Folge abgeschlossen, werden die gleichen Signalverläufe in der nächsten Folge erneut verwendet.
10 zeigt ein Datenverarbeitungsschema gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Ablaufdiagramms. Nach einer Initiierung 380, die entweder stattfinden kann, während Daten erfasst werden, oder nachdem alle Daten erfasst wurden, werden die MR-Daten bezüglich Phaseninduzierungen korrigiert, die durch die Tischbewegung verursacht werden 381. Sie werden dann in der Richtung der Tischbewegung, z in diesem Fall, in 382 transformiert, und bei Bedarf bezüglich Unvollkommenheiten im Magnetfeld und auf Gradientennichtlinearitäten in dieser Richtung korrigiert 384. Nach der Fouriertransformation werden die Daten an den Kantengrenzen der Schicht und/oder Extradaten nach Bedarf verworfen 386. Entweder nach oder während der Fouriertransformation werden die Daten zur Übereinstimmung mit anatomischen Orten in 388 ausgerichtet, wobei eine Interpolation bei Bedarf durchgeführt wird. Dann werden einige, alle oder keiner der folgenden zusätzlichen Verarbeitungsschritte wie durch die Spezialitäten der Abbildungsprozedur erforderlich durchgeführt: in 390 können die Daten in den transversalen Dimensionen in ein Gitter gefügt werden, auf Trimmfehler in den transversalen Richtungen korrigiert werden, in den transversalen Richtungen homodyn verarbeitet werden, und/oder auf Gradientennichtlinearitäten in den transversalen Richtungen korrigiert werden. Die Daten werden dann in den transversalen Dimensionen in 392 zur Rekonstruktion des endgültigen Bildes 394 fouriertransformiert.
11 zeigt die Schritte eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung als Ablaufdiagramm. Nach der Initialisierung der Datenerfassungssequenz 400 werden die transversalen k-Raum-Signalverläufe in N_s-Untergruppen von N_wf unterteilt 402. Untergruppen können mit ungleichen Anzahlen an Signalverläufen gebildet werden, aber bei diesem vereinfachten Beispiel hat jede Untergruppe die gleiche Anzahl an Signalverläufen N_wf. Der erste Signalverlauf der ersten Untergruppe wird dann in 404 ausgewählt. Der Patiententisch wird an einem Startort derart positioniert 406, dass er auf die gewünschte konstante Geschwindigkeit in 408 beschleunigen kann, bevor die Führungskante des gewünschten FOV erreicht wird. MR-Daten werden dann durch wiederholtes Anregen der Spins unter Verwendung eines RF-Impulses und Anlegen des J-ten Gradientensignalverlaufs der I-ten Untergruppe an jeder Gradientenachse zum Kodieren der gegenwärtigen Schicht und Erfassung aller k_z-Daten für die relevanten transversalen k-Raum-Positionen in 410 erfasst. In 412 bestimmt der Prozess, ob ausreichend Daten für die ausgewählte Untergruppe zur Rekonstruktion des gewünschten FOV erfasst wurden 412. Wenn nicht 412, 414, bestimmt der Prozess in 416, ob der vollständige Satz an Magnetfeldgradientensignalverläufen angelegt wurde (J = N_wf). Wenn ja 416, 418, wählt der Prozess wiederum den ersten Signalverlauf an jeder Achse in 420 aus, und der Zyklus beginnt von Neuem in 410. Wenn nicht 416, 422, inkrementiert der Prozess zum nächsten Gradientensignalverlauf 424 und Daten werden für die gegenwärtige Schichtposition erfasst. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis alle Schicht über das FOV abgetastet wurden, was die Abtastung in der ersten oder Vorwärtsrichtung beendet.
Bestimmt in 412 der Prozess, dass ausreichend Daten für die ausgewählte Untergruppe zur Rekonstruktion des gewünschten FOV erfasst wurden 426, so bestimmt der Prozess in 428, ob die letzte Untergruppe kodiert wurde. Wenn nicht 428, 430, inkrementiert der Prozess die Untergruppe und setzt den Signalverlauf in 432 zurück, d. h., J = 1. In 434 wird der Tisch auf eine Geschwindigkeit von 0 gebremst und danach in umgekehrter Richtung beschleunigt, bis eine gewünschte konstante Geschwindigkeit erreicht ist. Ein RF- und J-ter Gradientensignalverlauf der Untergruppe I + 1 an jeder Gradientenachse wird dann in 410 angelegt, während sich der Tisch in der zweiten oder umgekehrten Richtung bewegt. Wurde in 428 die letzte Untergruppe kodiert und ausreichend Daten zur Rekonstruktion eines endgültigen Bildes für das gewünschte FOV erfasst 435, endet die Abtastung in 436.
Verfahren wie die hier beschriebenen können zur Erfassung von Bildern mit einer Vielfalt von Kontrasteigenschaften verwendet werden. Als Beispiele können Bilder eine Protonendichtegewichtung, T1-Gewichtung, T2-Gewichtung oder eine andere bei einer stationären Tischabbildung verfügbare Gewichtung anzeigen. Der Bildkontrast kann durch Verschachteln der Wiederholung der Abbildungs-RF- und Gradientensignalverläufe manipuliert werden, wobei die RF- und Gradientensignalverläufe zum Sättigen, Invertieren oder auf andere Weise Manipulieren der Spins in Regionen über oder unter der ausgewählten Abbildungsschicht oder mit bestimmten spektralen Eigenschaften eingerichtet sind. Derartige Sättigungsregionen können einfließende Materialien aus der gesättigten Richtung unterdrücken, können Lipid-Spins sättigen oder unterschiedliche Kontrasteffekte aufgrund der Bewegung des Patiententisches erzielen.
Mit der Erfindung sind viele Vorteile verbunden. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung eine dreidimensionalen Abbildung mit einer kontinuierlichen Bewegung und Frequenzkodierung in der Richtung der Patienten- und/oder Patiententischbewegung. Es ist auch eine zweidimensionale Einzelschnitt- oder Mehrfachschnittabbildung mit kontinuierlicher Bewegung und Frequenzkodierung in der Richtung der Tischbewegung möglich. Es kann auch eine zweidimensionale Projektion mit kontinuierlicher Bewegung und Frequenzkodierung in der Richtung der Bewegung mit der Erfindung erreicht werden. Die Erfindung ermöglicht auch verschiedene Ortsverteilungen der Phasenkodierpositionen, wie spiralförmig, in konzentrischen Ringen, mit variabler Dichte, usw. und die Verwendung von Gitterkonstruktionsverfahren. Die Erfindung ermöglicht auch Teil-k-Raum-Abbildungsverfahren mit einer kontinuierlichen Tischbewegung sowie verschiedene Phasenkodierreihenfolgen mit kontinuierlicher Tischbewegung. Die Erfindung ermöglicht auch die Verfolgung der Tischposition unter Verwendung einer erfassten größeren Schichtdicke in einer Richtung der Tischbewegung, wodurch ein Überlappen der Daten ermöglicht wird. Außerdem kann der Tisch mehrere Male über eine gewünschte Anatomie zum Erreichen einer höheren Bildqualität bewegt werden. Die Erfindung ermöglicht auch die Durchführung einer Verstimmungs- und Gradientenlinearität-Korrektur mit der Bewegung des Tisches, sowie die Verwendung von Sättigungsbändern mit einem beweglichen Tisch. Erfindungsgemäß ist ein EPI-Auslesen in einer Richtung der Tischbewegung entweder zur Neuerfassung der gleichen k-Raum-Linie oder einer anderen Linie möglich. Des Weiteren ermöglicht die Erfindung unterschiedliche zeitliche Aktualisierungsraten für verschiedene Phasenkodierpositionen.
Demnach umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Abbildung großer Volumen ohne daraus resultierende Schichtgrenzenartefakte, das die Definition eines gewünschten FOV, das größer als ein optimales Abbildungsvolumen einer MR-Abtasteinrichtung ist, die Auswahl einer Schichtdicke in einer ersten Richtung, die kleiner als das gewünschte FOV ist, aber im optimalen Abbildungsvolumen der MR-Abtasteinrichtung liegt, und dann die Anregung und Kodierung von Spins zur Erfassung von Daten umfasst, die auf die ausgewählte Schichtdicke beschränkt sind. MR-Daten werden erfasst, die vollständige Kodierdaten in der Richtung der Tischbewegung für eine Untergruppe der verbleibenden Richtungen enthalten, wobei das optimale Abbildungsvolumen oder das Abbildungsobjekt zur Erfassung eines weiteren Satzes von MR-Daten bewegt wird. Dieser Vorgang zur Erfassung von Sätzen von MR-Daten und kontinuierlichen Bewegung des Tisches wird solange wiederholt, bis das gewünschte FOV abgedeckt ist. Die erfassten MR-Daten können zum Verfolgen der Tischbewegung verwendet und analysiert werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält jede MR-Datenerfassung die Erfassung aller k-Raum-Daten in der Richtung der Tischbewegung für eine ausgewählte Untergruppe der verbleibenden transversalen Dimensionen und ferner die Definition eines Satzes oder einer Folge von Magnetfeldgradientensignalverläufen, die eine k-Raum-Trajektorie kodieren, die in einer k-Raum-Dimension oder k-Raum-Dimensionen entlang der Bewegungsrichtung gleichförmig ist.
Die Erfindung beinhaltet auch eine MRI-Vorrichtung, wie die hinsichtlich 1 beschriebene, mit einem vor- und zurückbewegbaren Patiententisch im MRI-System innerhalb eines Magneten und einen zum Empfangen einer Eingabe programmierten Computer, die ein gewünschtes FOV definiert, das größer als ein optimales Abbildungsvolumen des MRI-Systems ist. Das MRI-System umfasst eine Vielzahl von Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten zum Beaufschlagen eines Polarisierungsmagnetfeldes positioniert sind, und ein RF-Sende-/Empfangssystem und einen RF-Schalter, der durch ein Impulsmodul zum Senden von RF-Signalen zu einer RF-Spulenanordnung zur Erfassung von MR-Bildern gesteuert wird. Der Computer ist zur Definition einer festen Schicht bezüglich des Magneten zur Erfassung von MR-Daten und zur Erfassung vollständiger MR-Daten unter Verwendung einer Frequenzkodierung in der Richtung der Tischbewegung für eine ausgewählte Untergruppe von Daten in den Richtungen senkrecht zur Richtung der Tischbewegung programmiert. Der Patiententisch wird unter Beibehaltung der Position der festen Schicht bewegt, und das System ist ferner zum Wiederholen der Erfassung und zur Bewegung programmiert, bis ein MR-Datensatz über das gewünschte FOV erfasst ist, der zur Rekonstruktion eines Bildes des FOV ausreicht.
Außerdem enthält die Erfindung ein Computerprogramm zur Steuerung einer medizinischen Bildabtasteinrichtung und zur Erzeugung von Bildern über Abtastgrenzen ohne Grenzartefakte. Das Computerprogramm weist einen Satz von Befehlen zur Steuerung eines Computers zur Auswahl eines FOV, das eine Fläche überspannt, die größer als eine vordefinierte optimale Abbildungsfläche der medizinischen Bildabtasteinrichtung ist, und zur Erfassung von MR-Daten durch wiederholtes Anlegen eines RF-Impulses zur Anregung einer Region im ausgewählten FOV und von Magnetfeldgradienten zur Kodierung der Region in einer Richtung auf. Die Befehle steuern ferner den Computer zum Anlegen einer k-Raum-Trajektorie zur Kodierung der Region in der Richtung der Tischbewegung und Erfassung von Daten für eine Untergruppe der verbleibenden Richtungen. Das Computerprogramm enthält Befehle zur kontinuierlichen Neupositionierung des Abbildungsobjekts bezüglich der vordefinierten optimalen Abbildungsfläche oder umgekehrt und Wiederholen der Bilddatenerfassung und der kontinuierlichen Abbildungsflächenneupositionierung, bis vollständige Bilddaten über das gesamte FOV zur Rekonstruktion eines Bildes des FOV erfasst sind. Die Positionierung der optimalen Abbildungsfläche kann unter Verwendung erfasster MR-Daten oder anderer bekannter Prozesse verfolgt werden.
Die Erfindung ergibt Bilder, die frei von Schichtgrenzenartefakten sind, verringert die für die Datenerfassung erforderliche Zeit und ermöglicht eine Ortsabdeckung, die lediglich durch die Reichweite der Tischbewegung begrenzt ist.
Die Erfindung wurde hinsichtlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei Äquivalente, Alternativen und Modifikationen neben den ausdrücklich angeführten möglich sind.
Es sind ein System und ein Verfahren offenbart, die eine kontinuierliche Tischbewegung während der Erfassung von Daten zur Rekonstruktion von MR-Bildern über ein großes FOV ohne signifikante Schichtgrenzenartefakte anwenden, was die Erfassungszeit verringert. An jeder Tischposition werden vollständige z-Kodierdaten für eine Untergruppe der transversalen k-Raum-Daten erfasst. Der Tisch wird über eine Anzahl von Positionen über das gewünschte FOV bewegt, und MR-Daten werden über die Vielzahl der Tischpositionen erfasst. Da vollständige z-Daten für jede Schicht erfasst werden, können die Daten in z fouriertransformiert, interpoliert, sortiert und zur Übereinstimmung mit anatomischen z-Orten ausgerichtet werden. Die vollständig abgetasteten und ausgerichteten Daten werden dann in verbleibenden Richtungen zur Rekonstruktion des endgültigen Bildes fouriertransformiert, das frei von Schichtgrenzenartefakten ist.

Claims

MRI-Vorrichtung zur Erfassung einer Vielzahl von Sätzen von MR-Daten (306) mit einem sich bewegenden Tisch (302) und zum Rekonstruieren von MR-Bildern ohne Schichtgrenzenartefakte, mit einem Magnetresonanzabbildungs-(MRI-)System (10) mit einer Vielzahl von Gradientenspulen (50), die um eine Bohrung eines Magneten (54) positioniert sind, um ein Polarisierungsmagnetfeld einzuprägen, und einem RF-Sende-Empfangssystem (58) und einem RF-Schalter (62), der durch ein Impulsmodul (38) zum Senden von RF-Signalen zu einer RF-Spulenanordnung (56) zur Erfassung von MR-Bildern gesteuert wird, und einem Patiententisch (302), der in dem MRI-System (10) in der Magnetbohrung vor- und zurückbewegt werden kann (304), und einem Computer (20), der dazu programmiert ist, eine Eingabe zu empfangen, die ein gewünschtes FOV (310) definiert, das größer als ein optimales Abbildungsvolumen (308) des MRI-Systems (10) ist, eine feste Schicht (312) bezüglich des Magneten (54) zur Erfassung von MR-Daten (306) zu definieren, ein Auslesen in einer Richtung der Tischbewegung zu definieren, vollständige MR-Daten (306) mit einer Frequenzkodierung in der Richtung der Tischbewegung (302), die als z-Richtung definiert ist, für eine ausgewählte Untergruppe der MR-Daten zu erfassen, die in zumindest einer transversalen Dimension in der festen Schicht erfasst werden, den Patiententisch (302) unter Beibehaltung der Position der festen Schicht (312) kontinuierlich zu bewegen, eine Patiententischposition zu bestimmen, und die Erfassungs- und Bestimmungsvorgänge zu wiederholen, während sich der Patiententisch (302) bewegt, bis ein MR-Datensatz (320) über das gewünschte FOV (310) zur Rekonstruktion eines Bildes des FOV (310) erfasst ist, wobei der Computer ferner dazu programmiert ist, den Patiententisch für eine Anzahl von Erfassungen kontinuierlich zu bewegen, bis ein Satz von k-Raumdaten zur Bildrekonstruktion einer gegebenen Schicht erfasst ist, eine Fourier-Transformation der MR-Daten bezüglich der z-Richtung durchzuführen, die z-transformierten MR-Daten zur anatomischen Übereinstimmung über Schichtgrenzen auszurichten, und eine Fourier-Transformation bei den z-transformierten MR-Daten bezüglich zumindest einer verbliebenen Dimension zur Rekonstruktion eines MR-Bildes durchzuführen.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer (20) ferner zum Senden von Magnetfeldgradientensignalverläufen zur Kodierung einer k-Raum-Trajektorie (330) programmiert ist, die in k_z gleichförmig ist.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dazu programmiert ist, einen RF-Impuls zur Anregung eines interessierenden Volumens (308) anzulegen, eine k-Raum-Trajektorie zur Kodierung des interessierenden Volumens (308) anzulegen und die erfassten MR-Daten zum Beschränken der MR-Daten auf die definierte feste Schicht (312) zu filtern.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner zum kontinuierlichen Bewegen des Patiententisches (302) zur Erfassung des MR-Datensatzes (320) über das gewünschte FOV (310) programmiert ist.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dazu programmiert ist, alle k_z-Daten für eine ausgewählte Untergruppe transversaler k-Raum-Daten zu erfassen (410), einen Satz von Magnetfeldgradientensignalverläufen zum inkrementalen Kodieren und Erfassen von Daten in einer gegebenen Schicht zu definieren (410) und den Satz der Magnetfeldgradientensignalverläufe in zyklischer Reihenfolge anzulegen.
Computerprogramm zur Steuerung einer medizinischen Bildabtasteinrichtung (10) und zum Erzeugen von Bildern über Abtastgrenzen ohne Grenzartefakte, wobei das Computerprogramm einen Befehlssatz zur Steuerung eines Computers (20) aufweist, um ein FOV (310) auszuwählen, das eine Fläche größer als eine vordefinierte optimale Abbildungsfläche (308) der medizinischen Bildabtasteinrichtung (10) überspannt, ein Auslesen in einer ersten Richtung zu definieren, einen RF-Impuls anzulegen (410), um eine Region in zumindest einer ersten Richtung in dem ausgewählten FOV anzuregen, Magnetfeldgradienten anzulegen, um zumindest eine Frequenzkodierung der Region in der ersten Richtung durchzuführen (410), k-Raum-Daten in der ersten Richtung für eine Untergruppe zumindest einer zusätzlichen Richtung zu erfassen (410), die vordefinierte optimale Abbildungsfläche (308) bezüglich eines Abbildungsobjekts (300) ohne Unterbrechung der Bewegung in der ersten Richtung kontinuierlich neu zu positionieren, eine kontinuierliche Bewegung der vordefinierten optimalen Abbildungsfläche (308) bezüglich eines Abbildungsobjekts (300) zu verfolgen (410), die Bilddatenerfassung während der kontinuierlichen Bewegung der vordefinierten optimalen Abbildungsfläche (308) bezüglich eines Abbildungsobjekts (300) in der ersten Richtung zu wiederholen, bis vollständige Bilddaten über das gesamte FOV (310) zur Rekonstruktion eines Bildes des FOV (310) erfasst sind, einen Patiententisch für eine Anzahl von Erfassungen kontinuierlich zu bewegen, bis ein Satz von k-Raumdaten zur Bildrekonstruktion einer gegebenen Schicht erfasst ist, eine Fourier-Transformation der MR-Daten bezüglich der z-Richtung durchzuführen, die z-transformierten MR-Daten zur anatomischen Übereinstimmung über Schichtgrenzen auszurichten, und eine Fourier-Transformation bei den z-transformierten MR-Daten bezüglich zumindest einer verbliebenen Dimension zur Rekonstruktion eines MR-Bildes durchzuführen.
Computerprogramm nach Anspruch 6, mit weiteren Befehlen zum Beibehalten einer Position einer Schichtdicke (312) fest bezüglich eines Magneten (54) der medizinischen Bildabtasteinrichtung (10) während der Abbildung des gewünschten FOV (310) und während der Neupositionierung der optimalen Abbildungsfläche (308).
Computerprogramm nach Anspruch 6, wobei die k-Raum-Daten zweidimensionale und/oder dreidimensionale k-Raum-Daten enthalten, und mit den weiteren Befehlen zur Erfassung der k-Raum-Daten (306) unter Verwendung einer Frequenzkodierung in einer Richtung der Tischbewegung.
Computerprogramm nach Anspruch 8, wobei vollständige k-Raum-Daten (306) in z für eine Untergruppe zumindest einer zusätzlichen Dimension erfasst werden.
Computerprogramm nach Anspruch 6, wobei die k-Raumdaten MR-Daten enthalten und wobei die erste Richtung eine z-Richtung ist, und die in der z-Richtung erfassten MR-Daten (306) in einer Anzahl beibehaltener Bildelemente dargestellt werden, und wobei MR-Daten (306) in jeder Sequenzwiederholung und während der Tischbewegung erfasst werden, und wobei die Magnetfeldgradienten eine in k_z gleichförmige Trajektorie kodieren.
Computerprogramm nach Anspruch 6, mit den weiteren Befehlen zum Erfassen aller k_z-Daten für eine ausgewählte Untergruppe eines transversalen k-Raums (410), Definieren eines Satzes von Magnetfeldgradientensignalverläufen zum inkrementalen Erfassen von Daten in jeder Schicht (410) und Anlegen des Satzes der Magnetfeldgradientensignalverläufe über jede Schicht (410).
Computerprogramm nach Anspruch 6, wobei die k-Raumdaten MR-Daten enthalten, und mit den weiteren Befehlen zum Auswählen einer gegebenen Schichtdicke, wiederholten Erfassen von MR-Daten (306) für die gegebene Schichtdicke in einer Richtung der Tischbewegung, Bestimmen eines Satzes überlappender MR-Daten (306) und Schätzen einer Tischgeschwindigkeit und/oder Tischposition (410) aus dem Satz überlappender MR-Daten.