DE10313052B3 - Method and device for acquiring data for magnetic resonance imaging with reduced T1 contrast - Google Patents
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Abstract
Um unerwünschten T1-Kontrast in den detektierten Signalen einer Magnetresonanz-Bildgebungssequenz zu reduzieren, werden ungleichmäßig beabstandete Invertierungen der longitudinalen Magnetisierung M¶z¶ in einer Weise implementiert, die zur Herstellung eines Zustandes führt, in welchem Magnetresonanz-Signale, die zwischen den Invertierungen oder nach einer Folge solcher Invertierungen erzeugt werden, eine reduzierte T1-Abhängigkeit haben. Die Herstellung dieses Zustandes erfolgt durch Steuerung der Zeitabstände (TP, TA) der M¶z¶-Invertierungen, die im Verlauf der Erzeugung einer Magnetresonanz-Signalfolge als einzelne HF-Zwischeneinwirkungen eingefügt werden und/oder als Folge von Invertierungen vor einer Signalfolge erzeugt werden.To reduce unwanted T1 contrast in the detected signals of a magnetic resonance imaging sequence, non-uniformly spaced inversions of the longitudinal magnetization M¶z¶ are implemented in a manner that leads to the establishment of a state in which magnetic resonance signals that occur between the inversions or generated after a sequence of such inversions have a reduced T1 dependency. This state is established by controlling the time intervals (TP, TA) of the M¶z¶ inversions, which are inserted as individual RF intermediate actions in the course of generating a magnetic resonance signal sequence and / or are generated as a result of inversions before a signal sequence ,
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die ortsaufgelöste Untersuchung von Objekten mittels Magnetresonanz (MR) und betrifft speziell ein Verfahren zur Akquisition von Daten für die Darstellung eines Bildes, welches den räumlichen Kontrast des Magnetresonanzverhaltens eines Objektes innerhalb eines ausgewählten Ortsbereiches zeigt, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder 26. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The present invention relates to the spatially resolved investigation of objects using magnetic resonance (MR) and specifically affects one Process for acquiring data for displaying an image, which the spatial Contrast of the magnetic resonance behavior of an object within a chosen Local area shows, according to the generic term of claim 1 or 26. The invention further relates a device for performing of the procedure.
In der nachstehenden Beschreibung werden bei der Angabe und Würdigung des Standes Technik entsprechende Fundstellen in der allgemein zugänglichen Literatur genannt:
- [1] J.Henning et al. "RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR", Magn Reson Med, 3:823-833, 1986.
- [2] D.G.Norris et al. "On the application of ultra-fast RARE experiments", Magn Reson Med 27:142-164, 1992.
- [3] Haase A. "Snapshot FLASH MRI. Applications to T1, T2, and chemical-shift imaging", Magn Reson Med 13:77-89 1990.
- [4] J.Henning et al. "Hyperechoes", Magn Reson Med 46:6-12, 2001.
- [5] Patentschrift
DE 100 35 319 C2 - [6] J.Hennig et al. Optimization of signal behavior in the transition to driven equilibrium in steady-state free precession sequences. Magn Reson Med 48:801-809, 2002
- [7] Offenlegungsschrift
DE 101 12 704 A1 - [8] A.M.Andrew, P.Styles. "Spin Echo Entrapped Perfusion Image (SEEPAGE). A Nonsubtraction Method for Direct Imaging of Perfusion", Magn Reson Med 43:701-704, 2000.
- [9] W.T.Dixon et al. "Multiple Inversion Recovery Reduces Static Tissue Signals in Angiograms", Magn Reson Med 18:257-268, 1991.
- [10] A.Oppelt et al. "FISP – a new fast MRI sequence", Electromedia (Engl.Ed.) 54:15-18, 1986.
- [11] Offenlegungsschrift
DE 44 27 497 A1 - [12] Teng-Yi Huang et al. "Are TrueFISP Images T2/T1-Weighted?" Magn Reson Med 48:684-688, 2002.
- [13] K.Scheffler, J.Hennig. "Is TrueFISP a gradient-echo or a spin-echo sequence?" Magn Reson Med 49:395-397, 2003.
- [14] K.Scheffler et al. "Magnetization Preparation During the Steady State: Fat-Saturated 3D TrueFISP", Magn Res Med 45:1075-1080, 2001.
- [15] Patentschrift
EP 0 191 431 B1 - [16] P.Mansfield et al. "Biological and Medical Imaging by NMR", J. Magn. Reson. 29:355-373, 1978.
- [17] V.S.Deshpande et al. "Reduction of transient signal oscillations in true-FISP using a linear flip angle series magnetization preparation", Magn Reson Med 49:151:157, 2003.
- [1] J. Henning et al. "RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR", Magn Reson Med, 3: 823-833, 1986.
- [2] DGNorris et al. "On the application of ultra-fast RARE experiments", Magn Reson Med 27: 142-164, 1992.
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- [4] J. Henning et al. "Hyperechoes," Magn Reson Med 46: 6-12, 2001.
- [5] Patent specification
DE 100 35 319 C2 - [6] J. Hennig et al. Optimization of signal behavior in the transition to driven equilibrium in steady-state free precession sequences. Magn Reson Med 48: 801-809, 2002
- [7] Disclosure
DE 101 12 704 A1 - [8] AMAndrew, P. Styles. "Spin Echo Entrapped Perfusion Image (SEEPAGE). A Nonsubtraction Method for Direct Imaging of Perfusion," Magn Reson Med 43: 701-704, 2000.
- [9] WTDixon et al. "Multiple Inversion Recovery Reduces Static Tissue Signals in Angiograms", Magn Reson Med 18: 257-268, 1991.
- [10] A.Oppelt et al. "FISP - a new fast MRI sequence", Electromedia (Engl.Ed.) 54: 15-18, 1986.
- [11] Disclosure
DE 44 27 497 A1 - [12] Teng-Yi Huang et al. "Are TrueFISP Images T2 / T1-Weighted?" Magn Reson Med 48: 684-688, 2002.
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- [15] Patent specification
EP 0 191 431 B1 - [16] P. Mansfield et al. "Biological and Medical Imaging by NMR", J. Magn. Reson. 29: 355-373, 1978.
- [17] VSDeshpande et al. "Reduction of transient signal oscillations in true-FISP using a linear flip angle series magnetization preparation", Magn Reson Med 49: 151: 157, 2003.
Diese Fundstellen sind im Beschreibungstext durch Angabe der vorstehenden Referenznummern in eckigen Klammern [] bezeichnet.This Locations are in the description by specifying the above Reference numbers in square brackets [].
Technischer Hintergrundtechnical background
Bei den gebräuchlichen MR-Bildgebungsverfahren wird der zu untersuchende Objektbereich, also die "Probe", in einem stationären Magnetfeld B0 angeordnet, dessen Richtung üblicher weise als z-Richtung bezeichnet wird, während die beiden anderen orthogonalen Richtungen des dreidimensionalen Raumes als x- und y-Richtung bezeichnet werden. Die Probe wird dann einer Sequenz aus mindestens einem anregenden elektromagnetischen Hochfrequenz-Impuls (HF-Impuls) ausgewählter Frequenz und Impulsen von Magnetfeldgradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgesetzt, derart, daß infolge der HF-Anregung ein Magnetresonanzsignal oder eine Folge mehrerer Magnetresonanzsignale erscheinen, die als ortscodierte MR-Signale detektiert werden und Aufschluß über Merkmale der Probe geben.In the usual MR imaging methods, the object area to be examined, ie the "sample", is arranged in a stationary magnetic field B 0 , the direction of which is usually referred to as the z direction, while the other two orthogonal directions of the three-dimensional space are referred to as x and y-direction. The sample is then exposed to a sequence of at least one exciting high-frequency electromagnetic pulse (RF pulse) of selected frequency and pulses from magnetic field gradients in different spatial directions, such that a magnetic resonance signal or a sequence of several magnetic resonance signals appear as a result of the RF excitation and are coded as location-coded MR signals are detected and provide information about the characteristics of the sample.
Das stationäre Magnetfeld richtet die Spins der Probe longitudinal zu den B0-Feldlinien aus, wobei sich eine Richtungsquantelung parallel und antiparallel zur z-Richtung ergibt. Die beiden Zustände "parallel" und "antiparallel" entsprechen unterschiedlichen Energieniveaus, die, wenn sie nicht in gleicher Häufigkeit besetzt sind, zu einem Netto-Unterschied in der Probe führen, der eine makroskopische Magnetisierung parallel oder antiparallel zur z-Richtung ergibt, die als "Gleichgewichtszustand" (equilibrium) bezeichnet wird. Bei der Spinsorte, die üblicherweise in der MR-Bildgebung angesprochen wird (zumeist Protonen-Spins), ist die Gleichgewicht-Magnetisierung M0 parallel zur z-Richtung; es gibt aber auch Spinsorten, bei denen M0 antiparallel zur z-Richtung ist. Der im folgenden verwendete Begriff "B0-parallel" (bzw. "B0-antiparallel") ist daher allgemein zu verstehen als "parallel (bzw. antiparallel) zur Richtung der sich im Gleichgewicht ergebenden Netto-Magnetisierung".The stationary magnetic field aligns the spins of the sample longitudinally to the B 0 field lines, whereby a directional quantization results parallel and antiparallel to the z direction. The two states "parallel" and "antiparallel" correspond to different energy levels, which, if they are not occupied with the same frequency, lead to a net difference in the sample, which results in macroscopic magnetization parallel or antiparallel to the z direction, which is called "Equilibrium" is called. In the case of the type of spin that is usually addressed in MR imaging (mostly proton spins), the equilibrium magnetization M 0 is parallel to the z direction; but there are also spin types in which M 0 is antiparallel to z direction. The term "B 0 -parallel" (or "B 0 -antiparallel") used in the following is therefore to be understood generally as "parallel (or antiparallel) to the direction of the net magnetization that results in equilibrium".
Eine Erregung der Probe durch HF-Energie (mit der für die betreffende Feldstärke H0 des B0-Feldes charakteristischen Larmor-Frequenz f0) mittels einer HF-Spule verändert den Besetzungsunterschied derart, daß sich der positive Betrag des Magnetisierungsvektors Mz vermindert, wobei das Maß dieser Verminderung vom Energiegehalt des an die Spule gelegten HF-Impulses abhängt. Mit wachsendem Energiegehalt des HF-Impul ses sinkt Mz schließlich auf Null ab ("Sättigungszustand", d.h. gleiche Besetzung der Energieniveaus), um dann in Gegenrichtung zuzunehmen, bis Mz = –M0 (Umkehrung des ursprünglichen Besetzungsverhältnisses). Nach Beendigung des HF-Impulses geht Mz allmählich wieder auf seinen ursprünglichen Gleichgewichtszustand Mz = M0 zurück, und zwar gemäß einer Exponentialfunktion mit einer probenspezifischen Zeitkonstante T1, die als "Spin-Gitter-Relaxationszeit" bezeichnet wird.Excitation of the sample by RF energy (with the Larmor frequency f 0 characteristic of the relevant field strength H 0 of the B 0 field) by means of an RF coil changes the population difference in such a way that the positive amount of the magnetization vector M z decreases, the extent of this reduction depends on the energy content of the RF pulse applied to the coil. With increasing energy content of the HF pulse, M z finally drops to zero ("saturation state", ie the same occupation of the energy levels), and then increases in the opposite direction until M z = −M 0 (reversal of the original occupation ratio). After the end of the RF pulse, M z gradually returns to its original equilibrium state M z = M 0 , in accordance with an exponential function with a sample-specific time constant T1, which is referred to as the "spin-lattice relaxation time".
Nach Beendigung des HF-Impulses kann in der HF-Spule eine vorübergehende HF-Abstrahlung aus der Probe gemessen werden. Diese Abstrahlung erscheint so, als wäre ein transversaler Magnetisierungsvektor Mxy in der zur z-Richtung senkrechten xy-Ebene vorhanden, der mit der Larmor-Frequenz f0 um die z-Achse rotiert, Dieser Mxy-Vektor stellt sich so dar, als wäre unter dem Einfluß der HF-Erregung der bis dahin wirksame Mz-Vektor Mz(0) um einen Flipwinkel "α" gekippt worden, dessen Cosinus das Verhältnis des neuen Mz-Vektors Mz(1) zum bisherigen Mz-Vektor Mz(0) ist.After the RF pulse has ended, a temporary RF radiation from the sample can be measured in the RF coil. This radiation appears as if there were a transverse magnetization vector M xy in the xy plane perpendicular to the z direction, which rotates about the z axis with the Larmor frequency f 0. This M xy vector is represented as under the influence of RF excitation, the previously effective M z vector M z (0) would have been tilted by a flip angle "α", the cosine of which is the ratio of the new M z vector M z (1) to the previous M z - Vector M z is (0) .
Ab
dem Zeitpunkt der Beendigung des HF-Impulses folgt das weitere Schicksal
der longitudinalen Magnetisierung Mz und
der transversalen Magnetisierung Mxy unterschiedlichen
Gesetzen. Während
Mz wie gesagt mit dem Zeitfaktor T1 seiner
Gleichgewichtsamplitude Mz = (+)M0 zustrebt, unterliegt Mxy verschiedenen Einflüssen, die
das Abklingen des meßbaren
HF-Signals bestimmen:
Bei
perfekter (rein theoretischer) Homogenität des stationären Magnetfeldes
innerhalb der Probe klingt die transversale Magnetisierung Mxy mit einer Zeitkonstanten T2 (Spin-Spin-Relaxationszeit)
ab, die von der molekularen Dynamik der Probe abhängt. T2
ist meist kleiner als T1; bei lebendem biologischen Gewebe ("in vivo") kann T2 im Bereich
von 40 ms bis deutlich über
1000 ms liegen, während
T1 mehr als 2500 ms betragen kann.From the time of the termination of the RF pulse, the further fate of the longitudinal magnetization M z and the transverse magnetization M xy follows different laws. While M z strives for its equilibrium amplitude M z = (+) M 0 with the time factor T1, M xy is subject to various influences that determine the decay of the measurable RF signal:
With perfect (purely theoretical) homogeneity of the stationary magnetic field within the sample, the transverse magnetization M xy decays with a time constant T2 (spin-spin relaxation time), which depends on the molecular dynamics of the sample. T2 is usually smaller than T1; in the case of living biological tissue ("in vivo"), T2 can be in the range from 40 ms to well over 1000 ms, while T1 can be more than 2500 ms.
Durch das Vorhandensein von Feld-Inhomogenitäten des statischen Magnetfeldes bzw. der Probe wird eine zunehmende Aufspaltung des Mxy-Vektors in Elementarbestandteile bewirkt, deren Phasen von der ursprünglichen Vektorphase immer mehr abweichen. Diese "Defokussierung" läßt den resultierenden Mxy-Vektor und damit die von der HF-Spule fühlbare HF-Abstrahlung (Induktionssignal in der Spule) schneller abklingen, als es T2 entspricht. Für diesen "freien Induktionsabfall" (FID) ergibt sich also eine effektive Relaxationszeit T2* < T2.The presence of field inhomogeneities in the static magnetic field or the sample causes the M xy vector to be increasingly broken down into elementary components, the phases of which increasingly deviate from the original vector phase. This "defocusing" allows the resulting M xy vector and thus the RF radiation that can be felt by the RF coil (induction signal in the coil) to decay faster than T2. For this "free induction drop" (FID) there is an effective relaxation time T2 * <T2.
Ein nach der Erregung folgendes Anlegen eines HF-Impulses mit α = 180 kehrt einerseits die Richtung des aktuellen Mz-Vektors um (–Mz) und bewirkt andrerseits eine Spiegelung der Momentanphasen der defokussierten Mxy-Bestandteile. Da die Richtung der Phasenauswanderung der Einzelbestandteile des Mxy-Vektors nach wie vor die gleiche bleibt, kommt es zu einer vorübergehenden "Refokussierung" dieses Vektors, d.h. die T2*-Defokussierung wird allmählich aufgehoben, um dann wieder erneut zu beginnen. Dies führt zu dem bekannten "Spinecho" in der HF-Spule, dessen Amplitude allein von T2 abhängt.A subsequent application of an RF pulse with α = 180 reverses the direction of the current M z vector (−M z ) and, on the other hand, causes a mirroring of the instantaneous phases of the defocused M xy components. Since the direction of the phase migration of the individual components of the M xy vector remains the same, this vector is temporarily "refocused", ie the T2 * defocus is gradually released and then started again. This leads to the well-known "spin echo" in the RF coil, the amplitude of which depends solely on T2.
Beim Anlegen eines Magnetfeldgradienten nach erfolgter HF-Erregung ergibt sich (wegen der dadurch bewirkten zusätzlichen Inhomogenität des Feldes) eine zusätzliche Defokussierung, so daß das von der HF-Spule fühlbare Signal noch schneller als mit T2* abfällt. Bei Umschaltung des Magnetfeldgradienten kehrt die durch den vorherigen Gradienten bewirkte Phasenauswanderung der Einzelbestandteile des Mxy-Vektors ihre Richtung um, so daß auf diese Weise eine "Refokussierung" der gradientenbedingten Defokussierung erfolgt. Das ursprüngliche Meßsignal kehrt wieder zurück, und zwar mit einer gemäß T2* verminderten Amplitude. Diese Rückkehr wird als "Gradientenecho" bezeichnet, dessen Amplitude somit eine Information über T2* enthält.When a magnetic field gradient is applied after HF excitation has taken place (because of the additional inhomogeneity of the field caused by this), additional defocusing occurs, so that the signal felt by the HF coil drops even faster than with T2 *. When the magnetic field gradient is switched, the phase migration of the individual components of the M xy vector caused by the previous gradient reverses its direction, so that the gradient-related defocusing is "refocused" in this way. The original measurement signal returns, with an amplitude reduced according to T2 *. This return is referred to as "gradient echo", the amplitude of which thus contains information about T2 *.
Die Zeitspanne von der Anregung transversaler Magnetisierung bis zum Erscheinen eines Echos bezeichnet man als "Echozeit" TE. Neben den Spinechos und den Gradientenechos gibt es noch weiter Echoarten wie etwa die sogenannten "stimulierten Echos", die nach einer Folge von mindestens drei HF-Impulsen mit Flipwinkeln ungleich 180° entstehen und deren Amplitude eine Information über das Verhältnis T1/T2 enthält.The Time period from excitation of transverse magnetization to Appearance of an echo is referred to as an "echo time" TE. In addition to the spin echoes and the gradient echoes there are other types of echoes, such as the so-called "stimulated echoes", which follow a Result from at least three RF pulses with flip angles not equal to 180 ° and their amplitude is information about the ratio T1 / T2 contains.
Zur Ortsauflösung der MR-Signale wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Resonanzfrequenz der Spins und somit sowohl die notwendige Frequenz eines anregenden HF-Impulses als auch die Frequenz der meßbaren MR-Signale durch die örtliche Magnetfeldstärke bestimmt wird. Zur Ortsauflösung wird daher bei allen Bildgebungsverfahren während der Signaldetektion ein sogenannter "Lesegradient" (Read Gradient) in einer gewählten Raumrichtung aufgeprägt, um unterschiedlichen Orten längs dieser Richtung jeweils verschiedene Frequenzen im Signal zuzuordnen (Frequenzcodierung). Durch eine Fourier-Transformation lassen sich die verschiedenen Frequenzen und damit die Beiträge verschiedener Orte trennen. Auf diese Weise wird eine Ortsauflösung in der betreffenden Raumrichtung, die auch als "Leserichtung" (abgekürzt: R-Richtung) bezeichnet wird, ermöglicht.For the spatial resolution of the MR signals, the fact is used that the resonance frequency of the Spins and thus both the necessary frequency of a stimulating RF pulse and the frequency of the measurable MR signals is determined by the local magnetic field strength. For spatial resolution, a so-called "read gradient" is therefore impressed in a selected spatial direction in all imaging methods during the signal detection in order to assign different frequencies in the signal to different locations along this direction (frequency coding). The different frequencies and thus the contributions of different locations can be separated by a Fourier transformation. This enables a spatial resolution in the spatial direction in question, which is also referred to as the "reading direction" (abbreviated: R direction).
Zur Ortsauflösung in einer zweiten Raumrichtung, die vorzugsweise orthogonal zur Leserichtung ist, wird üblicherweise vor dem Erscheinen des zu detektierenden Signals vorübergehend ein Gradient in dieser Richtung aufgeprägt, was bewirkt, daß die in der Probe angeregten Schwingungen (Spins) entlang der betreffenden Raumrichtung dephasieren. Durch schrittweises Ändern des Zeitintegrals dieses "Phasencodiergradienten" von Echo zu Echo ändert sich die Phase des von einem Ort stammenden Signalbeitrages von Echo zu Echo. Die Signalbeiträge der verschiedenen Orte entlang dieser Richtung, die auch als "Phasencodierungsrichtung" (abgekürzt: P-Richtung) bezeichnet wird, können durch eine Fourier-Transformation bezüglich der laufenden Nummer des Echos voneinander getrennt werden. Da Frequenz und Phase jeweils getrennt abhängig von der Position entlang zweier Raumkoordinaten (R- und P-Richtung) sind, läßt sich ein zweidimensionales Bild des Objektes rekonstruieren.to spatial resolution in a second spatial direction, which is preferably orthogonal to the reading direction is, is usually temporarily before the appearance of the signal to be detected a gradient is imprinted in this direction, which causes the in of the sample excited vibrations (spins) along the relevant Dephasing spatial direction. By gradually changing the time integral of this "phase coding gradient" from echo to echo changes the phase of the Echo signal contribution from a location to echo. The signal contributions of the various locations along this direction, which is also called the "phase coding direction" (abbreviated: P direction) can be called by a Fourier transformation with respect to the serial number of the echo are separated. Because frequency and phase each separately dependent from the position along two spatial coordinates (R and P direction) are, can reconstruct a two-dimensional image of the object.
Eine Ortsselektion in einer dritten Raumrichtung, die vorzugsweise orthogonal zur Ebene der R- und P-Richtungen ist und auch als "Schichtrichtung" (abgekürzt: S-Richtung) bezeichnet wird, erfolgt durch Anlegen eines Gradienten in dieser Richtung während des anregenden schichtselektiven HF-Impulses. Durch diesen "Schichtgradienten" wird eine Schicht im Objekt für die Anregung selektiert.A Location selection in a third spatial direction, which is preferably orthogonal to the plane of the R and P directions and also as "layer direction" (abbreviated: S direction) is denoted by creating a gradient in it Direction during of the exciting slice-selective RF pulse. This "layer gradient" creates a layer in the object for selected the suggestion.
Die meisten gebräuchlichen MR-Bildgebungsverfahren arbeiten mit der vorstehend beschriebenen kombinierten Frequenz- und Phasencodierung. Für die Darstellung z.B, eines zweidimensionalen N-zeiligen Bildes werden hintereinander N Echos erzeugt, jedes mit einer anderen Phasencodierung, und jedes Echo dieser N-Echofolge wird in der gleichen Weise durch den Lesegradienten frequenzcodiert und als MR-Signal detektiert. Aus den Abtastwerten der detektierten Signale wird eine zweidimensionale Matrix aus Daten gebildet, der sogenannte k-Raum, deren jede Reihe bzw. "Zeile" einem anderen frequenzcodierten Echo zugeordnet ist und Abtastwerte des betreffenden Echos enthält. Die Zeilenrichtung wird auch als Frequenzachse des k-Raumes bezeichnet. Die hierzu orthogonale Achse des k-Raumes ist als Phasenkoordinate skaliert, d.h, die Position einer Reihe längs dieser Achse ist bestimmt durch das Integral des Phasencodiergradienten. Die so organisierte Datenmatrix wird dann einer zweidimensionalen Fourier-Transformation (2D-FT) unterworfen, um die Pixelwerte des Bildes zu erhalten.The most common MR imaging methods work with the combined described above Frequency and phase coding. For the representation e.g. of a two-dimensional N-line image successive N echoes are generated, each with a different phase coding, and each echo of this N-echo sequence is transmitted in the same way frequency-coded the reading gradient and detected as an MR signal. The samples of the detected signals become two-dimensional Matrix formed from data, the so-called k-space, each row or "line" of a different frequency-coded Echo is assigned and contains samples of the relevant echo. The Row direction is also referred to as the frequency axis of k-space. The orthogonal axis of the k-space is the phase coordinate scaled, i.e. the position of a row along this axis is determined by the integral of the phase coding gradient. The so organized The data matrix then becomes a two-dimensional Fourier transform (2D-FT) to get the pixel values of the image.
Auch andere weniger gebräuchliche MR-Bildgebungsverfahren (Projection Reconstruction Imaging, Spiral Imaging) tasten den k-Raum ab, wobei die strenge Trennung zwischen Phasencodier- und Lesegradientenrichtung in diesen Verfahren aufgehoben ist. Im Grunde beinhalten solche Verfahren ein schrittweises Drehen des Lesegradienten, um Projektionen in ver schiedenen Raumrichtungen zu erhalten. Bei manchen dieser Verfahren wird der k-Raum nichtäquidistant und in nichtrechtwinkligen Trajektorien abgetastet. Daher müssen für diese Verfahren auch andere Bildrekonstruktionsmethoden eingesetzt werden. Auch gibt es Sonderformen, in den als MR-Signal das unmittelbar nach der HF-Anregung erscheinende direkte FID-Signal detektiert und zur Bildrekonstruktion ausgelesen wird.Also others less common MR imaging (projection reconstruction imaging, spiral Imaging) scan k-space, with the strict separation between Phase coding and reading gradient direction canceled in these methods is. Basically, such procedures involve step-by-step turning the reading gradient to make projections in different spatial directions to obtain. In some of these methods, the k-space becomes non-equidistant and scanned in non-right-angled trajectories. Therefore, for this Other image reconstruction methods can also be used. There are also special forms in which the MR signal is immediately after the RF excitation appearing direct FID signal detected and for image reconstruction is read out.
Die zur Aufnahme eines N-zeiligen Bildes nötige Gesamtfolge von MR-Signalen wird üblicherweise durch eine Kette von MR-Teilexperimenten erzeugt, im folgenden auch "Teilsequenzen" genannt. Meist setzt sich die Gesamtsequenz aus einer Folge gleichartiger Teilsequenzen zusammen (Teilsequenz-Repetition); es können aber auch verschiedenartige Teilsequenzen aufeinander folgen.The total sequence of MR signals necessary for recording an N-line image is usually through a chain of MR sub-experiments generated, hereinafter also called "partial sequences". Mostly sits down the entire sequence is made up of a sequence of identical partial sequences (Partial sequence repetition); it can but also different sub-sequences follow one another.
Problemstellungproblem
Zu den Merkmalen einer Probe, die sich durch Magnetresonanz analysieren lassen, gehören neben der Dichte der durch die HF-Impulse beeinflußbaren Spins auch die verschiedenen Relaxations-Zeitkonstanten der Spinmagnetisierung, unter anderem die Spin-Gitter-Relaxationszeit T1, die Spin-Spin-Relaxationszeit T2 und die effektive Spin-Spin-Relaxationszeit T2*. Auch makroskopische Fließerscheinungen in der Probe sowie Diffusionsvorgänge sind Merkmale, die durch MR-Bildgebung sichtbar gemacht werden können. Durch gezielte Auswahl der Art der MR-Sequenz sowie der Amplituden- und Zeitbeziehungen von HF- und Gradientenimpulsen innerhalb der Sequenz läßt sich erreichen, daß die Stärke der erzeugten MR-Signale bzw. Echos in besonderem Maße von jeweils bestimmten, ausgewählten Merkmalen der Probe abhängt. Durch eine solche merkmalsbezogene "Gewichtung" läßt sich ein Bild erzeugen, dessen Kontrast die räumliche Verteilung des betreffende Merkmals widerspiegelt.In addition to the density of the spins that can be influenced by the RF pulses, the characteristics of a sample that can be analyzed by magnetic resonance also include the various relaxation time constants of the spin magnetization, including the spin-lattice relaxation time T1 and the spin-spin relaxation time T2 and the effective spin-spin relaxation time T2 *. Macroscopic flow phenomena in the sample as well as diffusion processes are also features that can be made visible by MR imaging. By specifically selecting the type of MR sequence and the amplitude and time relationships of RF and gradient pulses within the sequence, the strength of the generated MR signals or echoes can be achieved depends in particular on certain, selected characteristics of the sample. Such a feature-related "weighting" can produce an image, the contrast of which reflects the spatial distribution of the feature in question.
Ein wichtiger Parameter in der bildgebenden Diagnostik ist die transversale Relaxationszeit T2. T2-Kontrast kann Aufschluß geben über Tumoren, Schlaganfälle, Infarkte und andere krankhafte Veränderungen in biologischem Gewebe und ist deswegen extrem wichtig für die klinische MR-Bildgebung. In vielen Fällen ist die Erzielung eines möglichst reinen T2-Kontrastes ohne störende Überlagerung eines T1-Kontrastes besonders erstrebenswert.On The important parameter in imaging diagnostics is the transverse one Relaxation time T2. T2 contrast can provide information about tumors, strokes, infarcts and other pathological changes in biological tissue and is therefore extremely important for clinical MR imaging. In many cases achieving one if possible pure T2 contrast without annoying overlay a T1 contrast is particularly desirable.
Stand der TechnikState of technology
Ein nahezu reiner T2-Kontrast kann mittels eines Spinecho-Bildgebungsexperimentes gewonnen werden. Dazu ist zum einen eine längere Echozeit TE erforderlich, um eine gewünschte T2-Gewichtung zu erzeugen, zum anderen muß die Repetitionszeit sehr lange gewählt werden (idealerweise TR ≥ 5T1max), um nach der Akquisition einer k-Raum-Zeile die Rückkehr der Magnetisierung in den Gleichgewichtszustand abzuwarten und so einen Einfluß von T1 auf den Bildkontrast zu vermeiden. Somit ist die Aufnahme T2-gewichteter Spinecho-Bilder mit sehr langen Gesamtmeßzeiten verbunden, was ihre klinische Anwendbarkeit einschränkt.An almost pure T2 contrast can be obtained by means of a spin echo imaging experiment. On the one hand, a longer echo time TE is required to generate a desired T2 weighting, on the other hand, the repetition time must be selected to be very long (ideally TR ≥ 5T1 max ) in order to return the magnetization after the acquisition of a k-space line wait for equilibrium and thus avoid an influence of T1 on the image contrast. The recording of T2-weighted spin echo images is therefore associated with very long total measurement times, which limits their clinical applicability.
Eine kürzere Meßzeit ist möglich mit einer Mehrfach-Spinecho-Sequenz, die auch unter dem Akronym RARE (bzw. Turbo-Spinecho, Fast-Spinecho) bekannt ist, vgl. [1]. Hierbei werden nach einem ersten anregenden HF-Impuls nacheinander viele Refokussierungsimpulse in gleichmäßigen Abständen angelegt, um durch periodische Refokussierung der angeregten transversalen Magnetisierung aufeinanderfolgende Echos zu erzeugen. So können nach einer Anregung mehrere Echos bzw. k-Raum-Zeilen akquiriert werden, wodurch sich die Gesamtmeßzeit entsprechend verkürzen läßt.A shorter measuring time is possible with a multiple spin echo sequence, which also under the acronym RARE (or turbo spin echo, fast spin echo) is known, cf. [1]. Here, after a first stimulating RF pulse successively applied many refocusing pulses at regular intervals, to by periodically refocusing the excited transverse Magnetization to generate successive echoes. So after one echo, several echoes or k-space lines can be acquired, as a result of which the total measurement shorten accordingly leaves.
Bei Verwendung eines 90°-Anregungsimpulses und 180°-Refokussierungspulsen folgt der Amplitudenverlauf des Signals Idealerweise der T2-Relaxation. Refokussierungsimpulse mit einem Flipwinkel kleiner als 180° erzeugen immer eine longitudinale Magnetisierung, die erst in einem späteren Stadium der Sequenz in die Transversalebene gebracht wird. Dies führt zu Beiträgen von "Echos höherer Ordnung", welche in Analogie zum stimulierten Echo verstanden werden können, das durch mindestens drei HF-Impulse generiert wird. Folglich wird der Signalverlauf eine komplizierte Funktion der Echozeit TE, des Flipwinkels, von T1 und T2, vgl. [2].at Use a 90 ° excitation pulse and 180 ° refocusing pulses The amplitude curve of the signal ideally follows the T2 relaxation. Generate refocusing pulses with a flip angle of less than 180 ° always a longitudinal magnetization that only occurs at a later stage the sequence is brought into the transverse plane. This leads to contributions from "higher order echoes" which are analogous can be understood to the stimulated echo, which by at least three RF pulses are generated. Consequently, the waveform a complicated function of the echo time TE, the flip angle, of T1 and T2, cf. [2].
In der Praxis ist bei RARE-Experimenten ein T1-Einfluß wegen unvermeidlicher Ungenauigkeiten der 180°-Impulse nie ganz zu vermeiden. Bei "schichtselektiven" 180°-Impulsen ergeben sich solche Ungenauigkeiten daraus, daß das "Impulsprofil", welches die Amplitude und die Phase des Impulses über die Frequenz darstellt, niemals die ideale rechteckige Kontur hat, um bei Anwesenheit des Schichtgradienten alle Spins über die Schichtdicke gleichmäßig zu beeinflussen. Somit erfahren manche Bereiche der Schichtdicke einen anderen als den nominellen Flipwinkel von 180° und tragen so zu der unerwünschten T1-abhängigen Komponente in der transversalen Magnetisierung bei.In in practice there is a T1 influence due to RARE experiments never completely avoid the inevitable inaccuracies of the 180 ° pulses. With "layer-selective" 180 ° pulses Such inaccuracies result from the fact that the "pulse profile", which is the amplitude and the phase of the impulse over represents the frequency, never has the ideal rectangular contour, in order to have all spins over the To influence layer thickness evenly. Thus, some areas of the layer thickness experience a different than the nominal flip angle of 180 ° and so contribute to the unwanted T1-dependent Component in transverse magnetization at.
Mit der schnellen Folge von 180°-Impulsen bei RARE-Sequenzen ist eine hohe Abgabe von Hochfrequenz-Leistung an die Probe verbunden. Dies führt zur Erwärmung der Probe und kann vor allem bei MR-Geräten mit hohen B0-Feldstärken ein limitierender Faktor sein. Durch die Verwendung von RARE-Sequenzen mit Refokussierungsimpulsen kleinen Flipwinkels kann das Problem umgangen werden, wobei dann jedoch kein T2-Bildkontrast erzielt wird.The rapid sequence of 180 ° pulses in RARE sequences is associated with a high output of high-frequency power to the sample. This leads to the heating of the sample and can be a limiting factor, especially for MR devices with high B 0 field strengths. The problem can be avoided by using RARE sequences with refocusing pulses of small flip angles, but then no T2 image contrast is achieved.
Ein weiterer Ansatz zur T2-gewichteten Bildgebung ist die Anwendung einer geeigneten Vorbereitungssequenz, in welcher der T2-Kontrast hervorgekehrt wird, gefolgt von einer andersartigen Sequenz, welche die eigentliche Bildgebung beinhaltet, wobei es sich normalerweise um eine Sequenz handelt, die Gradientenechos erzeugt, vgl. z.B. [3]. Diese Methode eignet sich praktisch nur für Spezialfälle wie Herzaufnahmen, um Bildkontrast zwischen Blutgefäßen und dem Herzgewebe zu erhalten, denn der durch die Vorbereitung eingestellte T2-Kontrast wird mit dem Fortschreiten der Sequenz immer schwächer. Der Einfluß der T1-Relaxation, der vom Typ der eigentlichen Bildgebungssequenz abhängt, bekommt also mit fortschreitender Sequenz ein zunehmendes relatives Gewicht, so daß besagte Methode unbrauchbar ist für viele klinische Anwendungen, bei denen eine reine T2-Gewichtung gefordert ist.On Another approach to T2-weighted imaging is application a suitable preparation sequence in which the T2 contrast is followed, followed by a different sequence, which the actual imaging involves what it is normally is a sequence that generates gradient echoes, cf. e.g. [3]. This method is practically only suitable for special cases such as cardiac images, image contrast between blood vessels and the heart tissue, because the one set by the preparation T2 contrast becomes weaker as the sequence progresses. The Influence of T1 relaxation, which depends on the type of the actual imaging sequence so with increasing sequence an increasing relative weight, so that said Method is useless for many clinical applications where pure T2 weighting is required.
Eine Option für die Erzeugung T2-gewichteter MR-Bilder bietet schließlich noch das in jüngster Zeit vorgestellte "Hyperecho"-Prinzip, vgl. [4] und [5]. Man kann zeigen, daß wenn man ein Muster von HF-Impulsen mit willkürlichen Flipwinkeln und Phasen anwendet, gefolgt von einem 180°-Impuls, und dann das selbe Muster in umgekehrter Reihenfolge wiederholt, unter anderem ein einziges Echo mit T2-Gewichtung erscheint, das sogenannte Hyperecho. Solche Sequenzen können möglicherweise verwendet werden, um nach einer langen Serie von Impulsen die T2-Gewichtung zurückzugewinnen, jedoch haben dann nur die besonderen Hyperechos diese reine Gewichtung, während andere Echos der Folge sowohl T1-gewichtet als auch T2-gewichtet sind, was unerwünscht ist.Finally, an option for the generation of T2-weighted MR images is provided by the "hypecho" principle recently presented, cf. [4] and [5]. It can be shown that if you have a pattern of RF pulse sen with arbitrary flip angles and phases, followed by a 180 ° pulse, and then repeating the same pattern in reverse order, including a single echo with T2 weighting appears, the so-called hypechoic. Such sequences may possibly be used to recover T2 weight after a long series of pulses, but then only the particular hypechoices have this pure weight, while other echoes of the sequence are both T1-weighted and T2-weighted, which is undesirable ,
Eine ebenfalls in jüngster Zeit entwickelte Technik, welche die Möglichkeit bietet, T2-Gewichtung in den Bildkontrast einzubringen, ist der TIDE-Ansatz ("Transition Into Driven Equilibrium"), vgl. [6] und [7]. Durch die Anwendung einer Folge von HF-Pulsen alternierender Phase mit der Flipwinkelserie 90°, 180°, gefolgt von n Pulsen mit schrittweise vermindertem Flipwinkel bis auf einen bestimmten Wert, kann ein oszillationsfreier Übergang in den Steady State erreicht werden. Anschaulich beginnt man mit der Pulsfolge einer RARE-Sequenz, um dann kontinuierlich zu einer "FISP"-Sequenz überzugehen, wie sie aus [10] bekannt ist. Wenn n groß gewählt wird, kann so ein T2-Kontrast erzeugt werden.A also in the youngest Time-developed technique that offers the possibility of T2 weighting The TIDE approach ("Transition Into Driven Equilibrium "), cf. [6] and [7]. By using a sequence of RF pulses alternating Phase with the flip angle series 90 °, 180 ° followed from n pulses with gradually reduced flip angle to one certain value, an oscillation-free transition to steady state can be achieved. Clearly, you start with a pulse train RARE sequence to then continuously transition to a "FISP" sequence as is known from [10]. If n is chosen large, a T2 contrast can be obtained be generated.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für MR-Bildgebung eine vorteilhafte Technik anzugeben zur Minimierung des Einflusses der T1-Relaxation auf den Bildkontrast, so daß der Kontrast eines anderen ausgewählten Merkmals im untersuchenden Objekt, vorzugsweise der T2-Kontrast, möglichst rein zum Ausdruck kommt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 oder das im Patentanspruch 26 angegebene Verfahren gelöst.The The object of the invention is an advantageous one for MR imaging Specify technique to minimize the influence of T1 relaxation on the image contrast, so that the Contrast of another selected Feature in the examining object, preferably the T2 contrast, preferably is expressed purely. This object is achieved according to the invention that specified in claim 1 or that in claim 26 Procedure solved.
Demnach wird die Erfindung realisiert an einem Verfahren zur Akquisition von Daten für die Darstellung eines Bildes, welches den räumlichen Kontrast des Magnetresonanzverhaltens eines Objektes innerhalb eines ausgewählten Ortsbereiches zeigt, wobei das Objekt in einem stationären longitudinalen Magnetfeld B0 angeordnet wird und einer Sequenz aus HF-Impulsen und Impulsen von Magnetfeldgradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgesetzt wird, derart daß aus angeregter transversaler Magnetisierung eine Folge von Magnetresonanz-Signalen erzeugt wird, die durch Abtastung unter Einwirkung jeweils eines Magnetfeldgradieneten ausgelesen werden und als Datensatz zum Füllen des k-Raumes verwendet werden.Accordingly, the invention is implemented in a method for acquiring data for the display of an image which shows the spatial contrast of the magnetic resonance behavior of an object within a selected location area, the object being arranged in a stationary longitudinal magnetic field B 0 and a sequence of RF Pulses and pulses of magnetic field gradients are exposed in different spatial directions, so that a sequence of magnetic resonance signals is generated from excited transverse magnetization, which are read out by scanning under the action of one magnetic field gradient and are used as a data set for filling the k-space.
Gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Lösungsweg ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgang der Erzeugung der Signalfolge über mindestens einen Teil der gesamten Sequenz in aufeinanderfolgende Blöcke unterteilt wird durch ungleichmäßig beabstandete HF-Zwischeneinwirkungen, welche jeweils die Richtung der momentanen longitudinalen Magnetisierung invertieren. Das Verhältnis zwischen den zeitlichen Längen jeweils zweier unmittelbar benachbarter Blöcke wird über den Verlauf der Sequenz so gesteuert, daß der Einfluß von Spin-Gitter-Relaxationseffekten auf den Verlauf der Signale minimiert wird oder zumindest geringer ist als bei durchgehend gleichmäßigem Abstand der HF-Zwischeneinwir kungen.According to one first approach according to the invention this method is characterized in that the process of generation the signal sequence above at least part of the entire sequence in consecutive blocks is divided by unevenly spaced RF interferences, which in each case the direction of the current invert longitudinal magnetization. The relation between the temporal lengths Two immediately adjacent blocks are shown over the course of the sequence controlled so that the Influence of Spin-lattice relaxation effects on the course of the signals are minimized becomes or at least less than with a uniform distance throughout the HF interactions.
Die HF-Zwischeneinwirkungen werden vorzugsweise so dimensioniert, daß sie die am Ende des vorangegangenen Blockes vorhandene Magnetisierung in einen neuen Startzustand überführen, in welchem die longitudinale Magnetisierung zumindest annähernd den gleichen Betrag und die umgekehrte Richtung wie am Ende des vorangegangen Blockes hat. Deswegen wird die konkrete Ausgestaltung der HF-Zwischeneinwirkungen von der Art der Erzeugung der Magnetresonanz-Signale den Blöcken abhängen.The RF interferences are preferably dimensioned so that they magnetization present at the end of the previous block in convert a new start state into which the longitudinal magnetization at least approximately same amount and the reverse direction as at the end of the previous Block. That is why the specific design of the HF intermediate effects depend on the type of generation of the magnetic resonance signals of the blocks.
Wird die Signalfolge durch Repetition von Teilsequenzen mit Flipwinkeln gleichen Betrages über den Verlauf mehrerer aufeinanderfolgender Blöcke erzeugt, dann werden die HF-Zwischeneinwirkungen vorzugsweise so dimensioniert, daß sie den herrschenden Magnetisierungszustand in einen "äquivalenten" neuen Startzustand überführen, in welchem die longitudinale Magnetisierung entlang der z-Achse in die entgegengesetzte Richtung zeigt und die transversale Magnetisierung den gleichen Betrag wie am Ende des vorangegangenen Blockes hat. Somit kann die Erzeugung der Signalfolge zur Bildgebung fortgesetzt werden, ohne daß ernsthafte Übergangsprobleme durch unpassende Sprünge in den Mz- und Mxy-Beträgen und in der Phase der Magnetisierung auftreten. Der besagte äquivalente neue Startzustandes kann zumindest annähernd über eine einfache Symmetrieoperation wie Punktspiegelung, Achsenspiegelung oder Spiegelung an einer Ebene aus dem vorherigen Zustand gewonnen werden.If the signal sequence is generated by repetition of partial sequences with flip angles of the same amount over the course of several successive blocks, then the RF intermediate effects are preferably dimensioned such that they convert the prevailing magnetization state into an "equivalent" new start state in which the longitudinal magnetization along the z-axis points in the opposite direction and the transverse magnetization has the same amount as at the end of the previous block. Thus, the generation of the signal sequence for imaging can be continued without serious transition problems due to improper jumps in the M z and M xy amounts and in the magnetization phase. Said equivalent new starting state can be obtained from the previous state at least approximately by means of a simple symmetry operation such as point mirroring, axis mirroring or mirroring on a plane.
Das erfindungsgemäße Prinzip bedeutet eine grundsätzliche Abkehr von den bisher angewendeten Konzepten zur Minimierung des T1-Kontrastes. Alle bisherigen Ansätze hatten zum Ziel, nach Anregung der transversalen Magnetisierung Mxy zu verhindern, daß durch aufeinanderfolgende HF-Impulse bei der anschließenden Erzeugung der MR-Signale Anteile von Mxy in die z-Richtung und nach T1-Relaxation wieder zurück in die xy- Ebene geführt werden. Bei der Erfindung hingegen wird eine solche Rückführung bewußt zugelassen. Der entsprechende T1-abhängige "Gewinn" an longitudinaler Magnetisierung durch T1-Relaxation wird jedoch während geeignet bemessener Intervalle kompensiert, in denen aufgrund der B0-antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierung eine T1-abhängige Abnahme des Betrages (also des Absolutwertes) von Mz erfolgt.The principle according to the invention means a fundamental departure from the previously used concepts for minimizing the T1 contrast. The aim of all previous approaches, after excitation of the transverse magnetization M xy, was to prevent portions of M xy in the z direction and back after T1 relaxation by successive RF pulses during the subsequent generation of the MR signals be guided into the xy plane. With the invention, however, such a return is deliberately permitted. However, the corresponding T1-dependent "gain" in longitudinal magnetization by T1 relaxation is compensated for during appropriately dimensioned intervals in which, due to the B 0 -antiparallel orientation of the magnetization, there is a T1-dependent decrease in the amount (ie the absolute value) of M z ,
Es ergibt sich somit ein "eingeschwungener Zustand" in dem Sinne, daß jede invertierende HF-Zwischeneinwirkung auf eine longitudinale Magnetisierung Mz trifft, deren Amplitude zwar einen endlichen Wert zwischen null und dem Gleichgewichtszustand hat, dieser Wert jedoch im Mittel, auch für Spins unterschiedlicher T1-Relaxationszeit, einen gleichen Verlauf zeigt.This results in a "steady state" in the sense that every inverting RF intermediate action encounters a longitudinal magnetization M z , the amplitude of which has a finite value between zero and the equilibrium state, but this value on average, even for spins different T1 relaxation time, shows the same course.
Die erfindungsgemäße Maßnahme vermindert also den T1-Kontrast in allen MR-Signalen, die in den Intervallen zwischen den invertierenden HF-Einwirkungen hervorgerufen werden, auch wenn innerhalb der Intervalle jeweils neue transversale Magnetisierung durch HF-Anregungsimpulse erzeugt wird.The measure according to the invention reduced So the T1 contrast in all MR signals in the intervals between the inverting RF effects even if new transverse magnetization occurs within the intervals is generated by RF excitation pulses.
Eine Reduzierung des T1-Kontrastes kann auch erreicht werden, wenn man den erwähnten eingeschwungenen Zustand durch Präparation herstellt, also ohne gleichzeitige Erzeugung und Akquisition von Echos. Ein entsprechendes Verfahren ist ein zweiter Weg zur Lösung der gestellten Aufgabe, es ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß vor der Erzeugung der Signalfolge und/oder während Unterbrechung der Erzeugung der Signalfolge jeweils eine Folge von Invertierungen des longitudinalen Anteils der Magnetisierung in ungleichmäßigen Zeitabständen implementiert wird, wobei die Zeitabstände über die Folge der Invertierungen so gesteuert werden, daß sich ein eingeschwungener Zustand einstellt, in welchem die Beträge der longitudinalen Magnetisierung für Spins unterschiedlicher Spin-Gitter-Relaxationszeit T1 alle den selben, von null verschiedenen Zwischenwert zwischen den Invertierungen kreuzen.A Reduction in T1 contrast can also be achieved if one the mentioned creates a steady state by preparation, i.e. without simultaneous generation and acquisition of echoes. A corresponding one Procedure is a second way to solve the task, it is according to the invention characterized that before the generation of the signal sequence and / or during interruption of the generation the signal sequence is a series of inversions of the longitudinal Part of the magnetization implemented in uneven time intervals is, the time intervals over the Sequence of inversions can be controlled so that a steady Sets state in which the amounts of longitudinal magnetization for spins different spin lattice relaxation time T1 all the same, non-zero intermediate value between the inversions cross.
Beide Lösungswege beruhen letztlich auf dem gleichen Grundgedanken: Verwendung ungleichmäßig beabstandeter Invertierungen der longitudinalen Magnetisierung Mz in einer Weise, die zur Herstellung eines Zustandes führt, in welchem MR-Signale, die zwischen den Invertierungen oder nach einer Folge solcher Invertierungen erzeugt werden, eine reduzierte T1-Abhängigkeit haben. Jeder der beiden Lösungsansätze kann für sich allein genügen, um eine merkliche Reduzierung des T1-Kontrastes zu erreichen. Es liegt aber auch im Bereich der Erfindung, beide Lösungswege miteinander zu kombinieren.Ultimately, both approaches are based on the same basic idea: using unevenly spaced inversions of the longitudinal magnetization M z in a manner that leads to the creation of a state in which MR signals generated between the inversions or after a sequence of such inversions reduce the number Have T1 dependency. Each of the two approaches on its own can be sufficient to achieve a noticeable reduction in the T1 contrast. However, it is also within the scope of the invention to combine the two approaches.
Aus [8] ist es an sich bekannt, durch aufeinanderfolgende HF-Impulse, die den Mz-Vektor jeweils umkehren, einen eingeschwungenen Zustand in der longitudinalen Magnetisierung herbeizuführen, der im zeitlichen Mittel dem Nullniveau entspricht oder zumindest sehr nahe bei Null liegt. Dies erfolgt mittels gleichmäßig beabstandeter 180°-Impulse in einer Vorbereitungssequenz, ohne daß zwischen den HF-Impulsen eine gewollte transversale Magnetisierung vorliegt und Echos zur Bildgebung gewonnen werden. Die stationäre longitudinale Magnetisierung schwingt sich auf Nullniveau ein, während Magnetisierung, die nach dieser Präparation in den Wirkungsbereichs der 180°-Impulse einfließt, nicht betroffen ist. Erst nach Erreichen dieses Zustandes beginnt die eigentliche Bildgebungssequenz zum Erhalt eines perfusionsgewichteten MR-Bildes.From [8] it is known per se to bring about a steady state in the longitudinal magnetization by successive RF pulses, which in each case reverse the M z vector, which corresponds to the zero level on average or at least very close to zero. This takes place by means of uniformly spaced 180 ° pulses in a preparation sequence, without an intentional transverse magnetization being present between the RF pulses and echoes for imaging being obtained. The stationary longitudinal magnetization settles to zero level, while magnetization, which flows into the 180 ° impulse after this preparation, is not affected. The actual imaging sequence for obtaining a perfusion-weighted MR image only begins after this state has been reached.
Aus [9] ist es an sich bekannt, ungleichmäßig beabstandete HF-(Inversions-)Impulse anzulegen. Diese dienen hier jedoch als reine T1-Präparation, mit der die Nulldurchgänge für verschiedene T1-Zeiten während des anschließenden freien Relaxationsprozesses zeitlich zusammenfallen. Durch eine nachfolgende Bildakquisition an diesem festen Zeitpunkt kann gezielt das Signal von Kompartimenten mit bestimmten T1-Relaxationszeiten unterdrückt werden. Die erforderlichen Abstände zwischen den Pulsen und der Bildakquisition lassen sich ein fach berechnen und liegen in der Größenordnung der T1-Zeiten.Out [9] it is known per se, unevenly spaced HF (inversion) pulses to apply. Here, however, these serve as pure T1 preparation, with the the zero crossings for different T1 times during the subsequent free relaxation process coincide in time. By a subsequent image acquisition at this fixed point in time can be targeted the signal from compartments with certain T1 relaxation times repressed become. The required distances between the pulses and the image acquisition are easy calculate and are in the order of magnitude of the T1 times.
Mit der in den beiden Literaturstellen [8] und [9] beschriebenen Technik wird jeweils das Signal von bestimmtem Gewebe durch Ausnutzung der T1-Relaxation unterdrückt, um somit eine Verstärkung des T1-Kontrastes zu erreichen bzw, um eine T1-Abhängigkeit zu betonen. Dies ist praktisch das Gegenteil dessen, was mit der vorliegenden Erfindung angestrebt und erreicht wird, und kann somit das erfindungsgemäße Vorgehen nicht nahelegen.With the technique described in the two references [8] and [9] is the signal from certain tissue by utilizing the T1 relaxation suppressed, for reinforcement of the T1 contrast or to achieve a T1 dependency to emphasize. This is practically the opposite of what happens with the present invention is sought and achieved, and can thus the procedure according to the invention do not suggest.
Besondere Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Verfahren sind jeweils in Unteransprüchen gekennzeichnet. Eine nach dem erfindungsgemäßen Prinzip arbeitende Vorrichtung zur MR-Bildgebung ist im Patentanspruch 30 gekennzeichnet.Special Refinements of methods according to the invention are each in dependent claims characterized. A device operating according to the principle of the invention for MR imaging is characterized in claim 30.
Das Konzept der Erfindung und besondere Ausführungsformen werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert.The Concept of the invention and particular embodiments are as follows based on drawings explained.
Konzept der ErfindungConcept of invention
Im folgenden wird zunächst das Konzept der Erfindung anhand von Graphen, die durch Simulation gewonnen wurden, anschaulich erklärt. Als invertierende HF-Einwirkungen werden zunächst einfache 180°-Impulse angenommen, und es wird der zeitliche Verlauf der longitudinalen Magnetisierung Mz während einer Folge solcher 180°-Impulse betrachtet, d.h. ahne Bildgebungsimpulse bzw. Signalakquisition. Die Abstände aufeinanderfolgender Pulse sind abwechselnd TP und TA, wobei TP jeweils das Intervall nach einer Invertierung ist, die Mz in die B0-parallele Richtung überführt, und TA jeweils das Intervall nach einer Invertierung ist, die Mz in die B0-antiparallele Richtung überführt, und wobei TA ≤ TP. Aus Simulationen ergibt sich, daß sich nach einer ausreichend langen solchen Folge ein eingeschwungener Zustand ("Steady State") einstellt.In the following, the concept of the invention is first clearly explained using graphs obtained by simulation. Simple 180 ° pulses are initially assumed to be inverting RF effects, and the temporal course of the longitudinal magnetization M z during a sequence of such 180 ° pulses is considered, ie without imaging pulses or signal acquisition. The intervals of successive pulses are alternating between TP and TA, where TP is the interval after an inversion , which converts M z in the B 0 parallel direction, and TA is in each case the interval after an inversion, which converts M z in the B 0 antiparallel direction, and where TA TP TP. From simulations it follows that after a sufficiently long sequence of this kind, a steady state is established.
Die
In
den oberen Diagrammen der
Die Skalierung der Ordinaten ist normiert auf den Wert 1 für Mz = M0, wobei M0 die Amplitude des sich im Gleichgewichtszustand ergebenden Magnetisierungsvektors unter dem Einfluß des stationären Magnetfeldes B0 ist.The scaling of the ordinates is normalized to the value 1 for M z = M 0 , where M 0 is the amplitude of the magnetization vector resulting in the equilibrium state under the influence of the stationary magnetic field B 0 .
In
In
In
Die
Simulationen zeigen, daß Mm
abhängt
von dem Verhältnis
TA/TP, jedoch weitgehend unabhängig ist
von T1. Der Wert von Mm entspricht näherungsweise
dem Betrag von Mz in der Mitte des Intervalls
TA (im folgenden als Ma bezeichnet) und
kann so analytisch berechnet werden. Die Entwicklung von Mz von der Mitte von TA (Zeitpunkt a) bis
zur Mitte des nächsten
Intervalls TA (Zeitpunkt f) ist in
a: Ausgangspunkt Ma
a ⇒ b: Relaxation: Mb =
1-(1-Ma)exp(–TA/(2T1))
b ⇒ c: Inversion:
Mc = –Mb
c ⇒ d: Relaxation: Md =
1-(1-Mc)exp(–TP/(T1))
d ⇒ e: Inversion:
Me = –Md
e ⇒ f : Relaxation: Mf = 1-(1-Me)exp(–TA/(2T1))The simulations show that Mm depends on the ratio TA / TP, but is largely independent of T1. The value of M m approximately corresponds to the amount of M z in the middle of the interval TA (hereinafter referred to as M a ) and can thus be calculated analytically. The development of M z from the middle of TA (time a) to the middle of the next interval TA (time f) is in
a: Starting point M a
a ⇒ b: relaxation: M b = 1- (1-M a ) exp (–TA / (2T1))
b ⇒ c: inversion: M c = –M b
c ⇒ d: relaxation: M d = 1- (1-M c ) exp (–TP / (T1))
d ⇒ e: inversion: M e = –M d
e ⇒ f: relaxation: M f = 1- (1-M e ) exp (–TA / (2T1))
Die Bedingung für den eingeschwungenen Zustand ist erfüllt, wenn gilt, daß Mf = Ma = Mm. Die aus sukzessivem Einsetzen resultierende Gleichung für Mm hat die Lösung The condition for the steady state is fulfilled if M f = M a = M m . From successive insertion of the resulting equation for M m has the solution
Für TA << T1 und TP << T1 gilt die Näherung exp(–TA/T1) 1-TA/T1, analog für TP. Damit wird Mm zu: For TA << T1 and TP << T1, the approximation exp (–TA / T1) 1-TA / T1 applies, analogously for TP. This turns M m into:
Bei weiterer Näherung für TA, TP << T1 folgt: Further approximation for TA, TP << T1 follows:
Diese Gleichung stimmt sehr gut mit den vorher aus Simulationen erhaltenen Ergebnissen überein und zeigt, daß Mm in sehr guter Näherung unabhängig ist von T1, d.h. für einen sehr weiten Bereich von T1-Werten oszilliert die longitudinale Magnetisierung im eingeschwungenen Zustand um den selben Endwert.This equation agrees very well with the results previously obtained from simulations and shows that M m is, to a very good approximation, independent of T1, ie for a very wide range of T1 values the longitudinal magnetization oscillates around the same final value in the steady state.
Im
Umkehrschluß gilt
also: Eine bestimmte longitudinale Magnetisierung Mz kann
mittels einer Folge ungleichmäßig beabstandeter
Inversionsimpulse sozusagen konserviert werden, unabhängig von
T1. Beim Vorliegen eines bestimmten Mz gibt
es ein optimales TP/TA, mit dem man den unmittelbaren Einfluß von T1 eliminieren
kann. In
Die beschriebene Eigenschaft ungleich beabstandeter HF-Impulse wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um die Magnetisierung im Laufe einer Bildgebungssequenz auf einen zeitlichen Verlauf zu zwingen, der unabhängig ist von T1. Dies erlaubt u.a. die Erzeugung eines Kontrastverhaltens, das nur von anderen Eigenschaften der Probe bestimmt wird, z.B, durch die T2-Relaxationszeit.The described property of unequally spaced RF pulses exploited according to the invention to magnetization in the course of an imaging sequence to a temporal one To force course of independent is from T1. Among other things, this allows the generation of a contrast behavior, which is only determined by other properties of the sample, e.g. through the T2 relaxation time.
Bevorzugte Ausführungsformpreferred embodiment
Als erstes Ausführungsbeispiel wird die Anwendung des Konzeptes der Erfindung an einer schnellen MR-Bildgebungssequenz beschrieben, die aus [10] bekannt ist und mittlerweile mit dem Akronym "TrueFISP" bezeichnet wird. Im Folgenden werden zunächst das Prinzip und Eigenschaften dieser Bildgebungsmethode beschrieben. Dabei wird zur Vereinfachung nicht auf sog. Offresonanz-Effekte eingegangen, die das TrueFISP-Signal-Verhalten stark beeinflussen können.As first embodiment is the application of the concept of the invention to a fast MR imaging sequence described, which is known from [10] and is now referred to with the acronym "TrueFISP". The following are first described the principle and properties of this imaging method. For simplification, there is no so-called off-resonance effects received the TrueFISP signal behavior can strongly influence.
Das
Grundschema der bekannten TrueFISP-Sequenz ist in
Die nachfolgenden Teilsequenzen laufen in gleicher Weise, mit einer Repetitionszeit TR, wobei jedoch das Vorzeichen (also die Richtung bzw. die Phase) des Flipwinkels αR von Teilexperiment zu Teilexperiment alterniert wird. Nach ausreichend vielen TR-Intervallen ergibt sich ein eingeschwungener "Steady-State"-Zustand, in welchem der resultierende Magnetisierungsvektor mit jeder Anregung im Verlauf der Sequenz zwischen den Winkelpositionen +αR/2 und –αR/2 hin und her flippt. Wegen |αR/2| < 90° bleibt die longitudinale Magnetisierung Mz stets in der B0-parallelen (positiven) Orientierung.The subsequent partial sequences run in the same way, with a repetition time TR, however, the sign (ie the direction or the phase) of the flip angle α R is alternated from partial experiment to partial experiment. After a sufficient number of TR intervals, a steady state results, in which the resulting magnetization vector flips between the angular positions + α R / 2 and −α R / 2 with each excitation in the course of the sequence. Because of | α R / 2 | The longitudinal magnetization Mz always remains in the B 0 parallel (positive) orientation at <90 °.
Der Steady-State-Zustand kann prinzipiell durch Fortsetzen der Sequenz kontinuierlich aufrechterhalten werden. Dies impliziert, daß der über ein TR-Intervall durch T2-Relaxation auftretende "Verlust" an Transversal-Magnetisierung gerade kompensiert wird durch den "Gewinn" an longitudinaler Magnetisierung aufgrund von T1-Relaxation. Das TrueFISP-Steady-State-Signal kann beschrieben werden durch mit E1 = exp(–TR/T1) und E2 = exp(–TR/T2).The steady state can in principle be maintained continuously by continuing the sequence. This implies that the "loss" of Trans Versal magnetization is just compensated for by the "gain" in longitudinal magnetization due to T1 relaxation. The TrueFISP steady state signal can be described by with E1 = exp (–TR / T1) and E2 = exp (–TR / T2).
Für TR << T1, T2 ist das Signal näherungsweise bestimmt durch Verhältnis von T2 zu T1, gemäß folgender Proportionalität: For TR << T1, T2 the signal is approximately determined by the ratio of T2 to T1, according to the following proportionality:
Das Erreichen des Steady-State-Zustandes kann viele TR-Intervalle in Anspruch nehmen; der zeitliche Verlauf der Magnetisierung ist dabei durch starke Oszillationen geprägt, wodurch in der Regel eine störungsfreie Bildgebung unmöglich wird. Eine Verbesserung kann erreicht werden durch eine Vorpräparation mit einem HF-Impuls des Flipwinkels αR/2, der der eigentlichen Bildgebungssequenz im Abstand TR/2 vorangestellt wird und den Magnetisierungsvektor in guter Näherung auf den "Kegel" für den zu erreichenden Steady-State-Zustand (vgl. [11]) bringt. Auf diese Weise können starke Oszillationen der Transversalmagnetisierung weitgehend vermieden werden und die Signalakquisition kann direkt nach der Präparation beginnen. Der Signalverlauf vom ersten Echo bis in den Steady State ist vor allem bestimmt durch T1, T2 und durch den verwendeten Flipwinkel αR. Der Kontrast eines MR-Bildes wird hauptsächlich durch die Signalverhältnisse der mittleren k-Raum-Zeilen festgelegt. Werden diese Phasenschritte während des Übergangs in den Steady-State-Zustand akquiriert, so zeigt sich im Bild ein vom Steady-State-Kontrast abweichender Misch-Kontrast, vgl. [12].Reaching steady state can take many TR intervals; The time course of the magnetization is characterized by strong oscillations, which generally makes interference-free imaging impossible. An improvement can be achieved by a preparation with an RF pulse of the flip angle α R / 2, which is placed in front of the actual imaging sequence at a distance of TR / 2 and which approximates the magnetization vector to the "cone" for the steady state to be achieved. Condition (cf. [11]). In this way, strong oscillations of the transverse magnetization can be largely avoided and the signal acquisition can begin immediately after the preparation. The signal curve from the first echo to steady state is primarily determined by T1, T2 and by the flip angle α R used . The contrast of an MR image is mainly determined by the signal relationships of the middle k-space lines. If these phase steps are acquired during the transition to the steady-state state, the picture shows a mixed contrast that deviates from the steady-state contrast, cf. [12].
In
Die Skala der Ordinate ist auf den maximal möglichen Wert der Echo-Spitzenamplitude normiert, d.h. auf M0. Der T1-Einfluß zeigt sich darin, daß es für jeden T2-Wert nicht eine einzige Kurve sondern eine Kurvenschar gibt, die sich relativ breit auffächert. Die Fächerung spiegelt die unterschiedlichen T1-Werte und somit auch den T1-Einfluß im Kontrast eines MR-Bildes wider, das aus dem k-Raum rekonstruiert wird. Nach ausreichend vielen Pulsen erreicht das MR-Signal den Steady- State-Wert, der mit Gl. 4 bzw. Gl. 5 beschrieben werden kann.The scale of the ordinate is normalized to the maximum possible value of the echo peak amplitude, ie to M 0 . The T1 influence can be seen in the fact that for each T2 value there is not a single curve but a family of curves that is relatively broad. The fanning reflects the different T1 values and thus also the T1 influence in the contrast of an MR image that is reconstructed from k-space. After a sufficient number of pulses, the MR signal reaches the steady state value, which can be seen in Eq. 4 or Eq. 5 can be described.
In
Begonnen
wird mit einer αR/2-Präparation
und einem ersten Block der Länge
TP, bestehend aus KP-maliger periodischer
Durchführung
der in
Die nach diesem erneuerten Startzustand folgenden KA Repetitionen des zweiten Blockes werden wieder mit den regulären Flipwinkeln αR abwechselnden Vorzeichens durchgeführt, derart, daß der resultierende Magnetisierungsvektor mit jeder Anregung im Verlauf der Sequenz zwischen den Winkelpositionen 180°+αR/2 und 180°–αR/2 hin- und hergeklappt wird. Die anschließende HF-Zwischeneinwirkung IP überführt den Magnetisierungsvektor wieder derart in die zu B0 parallele Richtung mit positiver Mz-Komponente, daß er mit der z-Achse einen Winkel von +αR/2 bzw. –αR/2 einschließt. Somit ist der Startzustand wiederum erneuert, und die Bildgebungssequenz kann direkt fortgesetzt werden.The K A repetitions of the second block following this renewed starting state are again carried out with the regular flip angles α R alternating signs, such that the resulting magnetization vector with each excitation in the course of the sequence between the angular positions 180 ° + α R / 2 and 180 ° –Α R / 2 is folded back and forth. The subsequent RF intermediate action I P transfers the magnetization vector again in the direction parallel to B 0 with a positive M z component such that it encloses an angle of + α R / 2 or −α R / 2 with the z axis. The starting state is thus renewed again and the imaging sequence can be continued directly.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel sei der einfache Fall betrachtet, daß KA kleiner ist als KP und daß sich weitere Blöcke mit KP Repetitionen bei positivem Mz und Blöcke mit KA Repetitionen bei negativem Mz abwechseln, bis alle Zeilen des k-Raumes mit den detektierten MR-Echos gefüllt sind und hieraus das MR-Bild rekonstruiert werden kann.In this first exemplary embodiment, consider the simple case that K A is smaller than KP and that further blocks with K P repetitions with positive M z and blocks with K A repetitions with negative M z alternate until all lines of the k-space with the detected MR echoes are filled and from this the MR image can be reconstructed.
Die besagte invertierende HF-Einwirkung zwischen den Blöcken soll dafür sorgen, daß sich als Startzustand für jeden Block ein "äquivalenter Zustand" einstellt, d.h. daß sich der "invertierte Steady-State-Zustand" im folgenden Block nicht erst einschwingen muß, sondern aus der bisherigen Orientierung unmittelbar in die invertierte Orientierung überführt wird.The said inverting RF action between the blocks should ensure, that itself as the starting state for each block an "equivalent State " i.e. that itself the "inverted Steady state "im does not have to settle the following block, but from the previous one Orientation is immediately converted into the inverted orientation.
Einfache
Ausführungen
geeigneter HF-Zwischeneinwirkungen in Form eines einzigen HF-Impulses (bzw.
einer äquivalenten
Kombination mehrerer HF-Impulse) sind in
Um
eine Eigenschaft der TrueFISP-Sequenz, die Refokussierung offresonanter
Spins (vgl. [13]), aufrechtzuerhalten, ist für den 180°-Impuls ein Zeitpunkt im Abstand
von TR nach dem letzten αR-Impuls vorteilhaft. Alternativ ist zu diesem
Zeitpunkt auch erst das Anfügen
eines zusätzlichen α-Impulses
als Nachbehandlung möglich,
mit einem 180°-Impuls
um das Zeitintervall TR/2 danach, d.h. zum eigentlichen Echozeitpunkt. In
diesem Fall wird die Sequenz im nächsten Block bevorzugt nach
der Zeit TR/2 fortgeführt.
Mit diesem Zeitschema ist auch die Verwendung eines invertierenden
HF-Impulses mit dem Flipwinkel (180°–αR) möglich (
Um
das Entstehen unerwünschter
Spinechos zu vermeiden, kann es in der Praxis vorteilhaft sein,
die Inversion der Magnetisierung zu einem Zeitpunkt durchzuführen, an
dem keine Transversalmagnetisierung vorliegt. Wie in
Hierbei ist bei der ersten HF-Einwirkung, also für die Nachbehandlung des vorangegangenen Blockes, das Muster der Vorzeichen jeweils abhängig vom Vorzeichen des αR-Anregungsimpulses der letzten Teilsequenz des vorangegangenen Blockes zu wählen; es kann also von Block zu Block unterschiedlich sein, was auch davon abhängt, ob die Anzahl KP bzw. KA der Teilexperimente im vorangegangenen Block gerade oder ungerade ist.With the first RF exposure, that is to say for the aftertreatment of the previous block, the pattern of the signs is to be selected depending on the sign of the α R excitation pulse of the last partial sequence of the previous block; it can therefore differ from block to block, which also depends on whether the number K P or K A of the partial experiments in the previous block is even or odd.
Um
verbliebene transversale Restmagnetisierung zu dephasieren, kann
zusätzlich
unmittelbar vor und/oder nach der Mz-Invertierung jeweils
ein sogenannter "Spoiler"-Gradient angelegt
werden. Dabei bietet sich neben der Schichtrichtung S evtl. noch
die Leserichtung R an. Um die Refokussierung von unerwünschten Spinechos
durch den 180°-Impuls
zu vermeiden, ist eine asymmetrische Gestaltung von Vorteil, d.h.
in der gleichen Raumrichtung sollte jeweils vor und nach dem 180°-Impuls nicht der
gleiche Spoiler-Gradient geschaltet werden. Eine geeignete Gradientenschaltung
ist in
Für die dritte HF-Einwirkung, also die Vorbehandlung für den folgenden Block, ist das Vorzeichen des αR/2-Impulses theoretisch egal, bei Mxy = 0 kann prinzipiell sogar eine beliebige neue Phase gewählt werden; durch diese sind dann jedoch die Phasen der αR-Impulse innerhalb des folgenden Blockes festlegt.For the third RF action, ie the pretreatment for the following block, the sign of the α R / 2 pulse is theoretically irrelevant; with M xy = 0, in principle any new phase can be selected; however, these then determine the phases of the α R pulses within the following block.
Statt
der im Ausführungsbeispiel
nach
–α1/2
-- Spoiler -- 180° --
Spoiler -- +α2/2
oder 180°±α1/2
-- Spoiler -- +α2/2
oder –α1/2
-- Spoiler -- 180°±α2/2.Instead of that in the embodiment
-Α 1/2 - spoiler - 180 ° - spoiler - + α 2/2
or 180 ° ± α 1/2 - spoiler - + α 2/2
or -α 1/2 - spoiler - 180 ° ± α 2/2.
Die Spoiler-Gradienten treffen also jeweils auf Zustände, in denen der Magnetisierungsvektor im wesentlichen parallel oder antiparallel zur z-Richtung zeigt.The Spoiler gradients therefore meet states in which the magnetization vector shows essentially parallel or antiparallel to the z-direction.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß die Einfügung besonderer HF-Einwirkungen zwischen Blöcken von TrueFISP-Teilsequenzen an sich bekannt ist, wobei diese Zwischeneinwirkungen aus einem rückflippenden αR/2-Impuls, einem Präparationsblock (zur Fett-Sättigung) und einem anschließenden αR/2-Vorbereitungsimpuls bestehen, vgl. [14]. Bei diesem Stand der Technik erfolgen die HF-Zwischeneinwirkungen ausdrücklich "periodisch"; eine Unterteilung in Blöcke unterschiedlicher Länge ist hierdurch nicht nahegelegt. Die in [14] beschriebenen HF- Einwirkungen dienen ausdrücklich der Eliminierung von Fett-Signal; die Inversion der Magnetisierung, um in einzelnen Blöcken Signal bei negativem Mz aufzunehmen, ist nicht nahegelegt.It should be mentioned at this point that the insertion of special HF effects between blocks of TrueFISP part-sequences is known per se, these intermediate effects consisting of a backflipping α R / 2 pulse, a preparation block (for fat saturation) and a subsequent α R / 2 preparation impulse exist, cf. [14]. In this state of the art, the RF interferences are expressly "periodically"; Subdivision into blocks of different lengths is not suggested by this. The HF effects described in [14] serve expressly to eliminate fat signals; the inversion of the magnetization in order to pick up signal in individual blocks with a negative M z is not suggested.
Durch
geeignete Wahl des Verhältnisses
KP/KA läßt sich
die Dauer TP der Intervalle mit B0-paralleler Mz-Magnetisierung im Verhältnis zur Dauer TA der Intervalle
mit B0-paralleler Mz-Magnetisierung
so einstellen, daß sich
der gewünschte
Effekt einer Verminderung des T1-Kontrastes ergibt. Das Diagramm
der
Ein
Vergleich beider Diagramme (
Der zeitliche Signalabfall ist bei einem Flipwinkel < 180° langsamer als ein exponentieller Abfall mit der Zeitkonstanten T2, so daß bis zum Erreichen des Endniveaus mehr T2- gewichtete Akquisitionen möglich sind als bei einer RARE-Sequenz und damit eine sehr kurze Gesamtmeßzeit realisiert werden kann.The Signal drop in time is slower at a flip angle <180 ° as an exponential decay with the time constant T2, so that until Reaching the final level more T2-weighted Acquisitions possible than with a RARE sequence and thus a very short total measuring time can be realized.
Im späteren Stadium der Sequenz (d.h. mit abnehmendem Betrag von Mz) erweist sich das gewählte Schema mit TP/TA = 2 als nicht optimal für die Eliminierung von T1-Effekten. Deren Einfluß macht sich als zunehmende Auffächerung der Signalbeiträge mit unterschiedlichen T1-Zeiten bemerkbar, und somit theoretisch als gewisser T1-Einfluß auf den Bildkontrast. Dies ist jedoch für den Bildkontrast weniger kritisch, wenn man die Echos des Stadiums mit T2-Kontrast in den zentralen und damit kontrastbestimmenden Bereich des k-Raumes schreibt.In the later stage of the sequence (ie with a decreasing amount of M z ), the chosen scheme with TP / TA = 2 proves to be not optimal for the elimination of T1 effects. Their influence is noticeable as an increasing diversification of the signal contributions with different T1 times, and thus theoretically as a certain T1 influence on the image contrast. However, this is less critical for the image contrast if the echoes of the stage with T2 contrast are written in the central and thus contrast-determining region of the k-space.
Im Gegensatz zur klassischen TrueFISP-Aufnahme mit näherungsweise von T2/T1 abhängigem Kontrast ist bei der erfindungsgemäßen Aufnahme ein T2-Kontrast vorhanden. Im Vergleich zur RARE-Aufnahme hat die erfindungsgemäße Aufnahme neben der kürzeren Meßdauer unter Umständen den Vorzug, daß sich das Fettsignal nicht mit künstlich erhöhter Intensität darstellt.In contrast to the classic TrueFISP recording with a con contrast, a T2 contrast is present in the image according to the invention. Compared to the RARE recording, the recording according to the invention, in addition to the shorter measuring time, may have the advantage that the fat signal is not represented with an artificially increased intensity.
Neben
dem beschriebenen einfachen Zeitschema mit abwechselnden Perioden
der Länge
TP und TA sind weitere variablere Schemata möglich und vorteilhaft. Die
Unterdrückung
des T1-Kontrastes
wird noch besser, wenn man Maßnahmen
trifft, um die in
Dies läßt sich anhand der weiter oben angestellten Vorbetrachtungen verstehen: Zu einem bestimmten Zeitpunkt der Messung ist ein bestimmtes Verhältnis TP/TA optimal, welches nach Gl. 3 näherungsweise an die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Mz-Magnetisierung angepaßt werden kann. Diese ist jedoch unterschiedlich und sollte Idealerweise nur von T2 abhängen, da ja T2-Kontrast erwünscht ist. Somit kann ein TP/TA-Verhältnis eigentlich nur für eine bestimmte T2-Kompo nente optimal sein; die Simulationen zeigen jedoch, daß sich TP/TA-Werte finden lassen, die ausreichend gut sind für einen sehr weiten Bereich von T1- und T2-Werten. Sind in der Praxis vor allem T1- und T2-Werte in einem bestimmten Bereich von Interesse, so kann eine individuelle Optimierung des Zeitschemas auf diese Parameter erfolgen. Optimal wird es dabei sein, das TP/TA-Verhältnis schrittweise über mehrere Stufen im Verlauf der Gesamtsequenz zu vermindern, am besten von Blockpaar zu Blockpaar. Wenn beispielsweise eine Signaltrennung bzw. Kontrasterzeugung aufgrund von geringen T2-Unterschieden bei kurzen T2-Werten gewünscht ist, z.B. zwischen grauer und weißer Gehirnmasse, so sollte das Zeitschema auf den bei diesen kurzen T2-Zeiten zu erwartenden zeitlichen Verlauf der Mz-Werte angepaßt werden.This can be understood from the preliminary considerations given above: At a certain time of the measurement, a certain ratio TP / TA is optimal, which according to Eq. 3 can be approximately adapted to the M z magnetization present at this time. However, this is different and should ideally only depend on T2, since T2 contrast is desired. Thus, a TP / TA ratio can actually only be optimal for a certain T2 component; however, the simulations show that TP / TA values can be found which are sufficiently good for a very wide range of T1 and T2 values. If, in practice, T1 and T2 values in a certain range are of particular interest, the time schedule can be individually optimized for these parameters. It will be optimal to gradually reduce the TP / TA ratio over several stages in the course of the overall sequence, preferably from block pair to block pair. If, for example, a signal separation or contrast generation is desired due to small T2 differences for short T2 values, for example between gray and white brain mass, the time schedule should be adapted to the temporal course of the M z values to be expected for these short T2 times become.
Ein
Beispiel hierfür
ist in
Unter
Umständen
läßt sich
eine etwas bessere anfängliche
Signalstärke
und somit eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses
(SNR) erzielen, wenn man im ersten Stadium der Sequenz auf die Mz-Invertierungen verzichtet, also z.B. das
klassische TrueFISP Verfahren (oder eine andere klassische Sequenz) anwendet,
und die erfindungsgemäßen Mz-Invertierungen erst im späteren Stadium
einführt.
Die
Der zeitweise zickzackförmige Verlauf des MR-Signals kann bei linearer Phasencodierung Probleme mit Bildartefakten bringen. Dem kann durch eine geeignete segmentiert angeordnete Phasencodier-Reihenfolge entgegengewirkt werden. Simulationsrechnungen zeigen, daß der Zickzack-Verlauf umso weniger ausgeprägt ist, je kürzer TA und TP gewählt werden. In der Praxis hat allerdings die HF-Zwischeneinwirkung eine nicht zu vernachlässigende endliche Länge. TA und TP müssen in einem sinnvollen Verhältnis zu dieser gewählt werden, um eine hohe zeitliche Effizienz der Messung zu erzielen.The at times zigzag-shaped The course of the MR signal can cause problems with linear phase coding Bring image artifacts. That can be segmented by a suitable one arranged phase coding order can be counteracted. simulations show that the Zigzag course is less pronounced, the shorter TA and TP selected become. In practice, however, the RF intermediate action does not have one negligible finite length. TA and TP must in a meaningful relationship chosen to this in order to achieve a high temporal efficiency of the measurement.
Andere AusführungsformenOther embodiments
Die Erfindung ist natürlich nicht auf die vorstehend konkret beschriebenen Beispiele beschränkt. Das erfindungsgemäße Prinzip der Mz-Invertierung in ungleichmäßigen Abständen TP und TA läßt sich auch in Verbindung mit anderen Sequenztypen, also anderen Arten der Echoerzeugung als der TrueFISP-Echoerzeugung anwenden. Der optimale zeitliche Verlauf des TP/TA-Verhältnisses hängt von der Natur der Teilsequenzen zwischen den Mz-Invertierungen und der Art der Echoerzeugung ab, außerdem ist er abhängig von den Anregungs-Flipwinkeln vor oder zwischen den Mz-Invertierungen; er kann theoretisch auf der Basis der Bloch-Gleichungen durch Berechnung oder Simulation vorausbestimmt werden oder experimentell durch gezielte Versuchsreihen ermittelt werden.The invention is of course not limited to the examples specifically described above. The principle of M z inversion at uneven intervals TP and TA according to the invention can also be used in conjunction with other sequence types, that is to say other types of echo generation than TrueFISP echo generation. The optimal time course of the TP / TA ratio depends on the nature of the partial sequences between the M z inversions and the type of echo generation, and is also dependent on the excitation flip angles before or between the M z inversions; it can be predicted theoretically on the basis of the Bloch equations by calculation or simulation or experimentally by targeted ver search series can be determined.
Generell wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein neuer, bisher nicht erkannter Einstellparameter für die Minimierung unerwünschten T1-Kontrastes eingeführt, nämlich der zeitliche Verlauf der Verhältnisse zwischen der Dauer TP der Mz-Relaxation aus der B0-parallelen Orientierung und der Dauer TA der Mz-Relaxation aus der B0-antiparallelen Orientierung. Mit der erfindungsgemäßen Vorgabe ungleichmäßiger Abstände TP und TA und dem gesetzten Ziel der Verminderung des T1-Kontrastes ergibt sich für den Designer von MR-Bildgebungssequenzen eine ausreichende Vorschrift, um im Rahmen seines Könnens den Verhältniswert TP/TA in geeigneter Weise zur Erreichung dieses Ziels zu bemessen. So lassen sich verschiedenste Sequenzen erfindungsgemäß modifizieren, um einen unerwünschten T1-Kontrast zu minimieren und den jeweils verbleibenden Kontrast, der für die betreffende Sequenz typisch ist, möglichst rein zu erhalten. Generell können die oben in Verbindung mit dem TrueFISP-Sequenztyp beschriebenen Grundsätze und Varianten für die Bemessung des TP/TA-Verhältnisses und für die Ausbildung der HF-Zwischeneinwirkungen in gleicher oder ähnlicher Weise bei vielen andere Sequenztypen angewendet werden.In general, the method according to the invention introduces a new, previously unrecognized setting parameter for minimizing undesired T1 contrast, namely the temporal course of the relationships between the duration TP of the M z relaxation from the B 0 parallel orientation and the duration TA of the M z relaxation from the B 0 antiparallel orientation. With the stipulation of non-uniform distances TP and TA according to the invention and the set goal of reducing the T1 contrast, the designer of MR imaging sequences has a sufficient requirement to use the ratio value TP / TA in a suitable manner to achieve this goal within the scope of his ability sized. A wide variety of sequences can thus be modified according to the invention in order to minimize an undesired T1 contrast and to keep the remaining contrast, which is typical of the sequence in question, as pure as possible. In general, the principles and variants described above in connection with the TrueFISP sequence type for the dimensioning of the TP / TA ratio and for the formation of the HF interferences can be applied in the same or similar manner in many other sequence types.
Als Beispiele für weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung seien, stellvertretend für viele andere, insbesondere noch folgende Sequenztypen für MR-Bildgebung erwähnt:
- – schnelle Gradientenecho-Methoden mit kleinen Flipwinkeln (z.B. FLASH, vgl. [15]);
- – "Single-Shot"-Sequenzen mit vielen Gradientenechos aus jeweils einer HF-Anregung (z.B. EPI, vgl. [16];
- – schnelle Spinecho-Methoden, auch mit Refokussierungsimpuls-Flipwinkeln < 180°.
- - fast gradient echo methods with small flip angles (eg FLASH, cf. [15]);
- - "Single-shot" sequences with many gradient echoes from one RF excitation each (eg EPI, cf. [16];
- - Fast spin echo methods, also with refocusing pulse flip angles <180 °.
Anwendbar sind auch Methoden, bei denen die Signalfolge zur Bildgebung unter Abtastung des direkten FID-Signals ohne Echoerzeugung und unter Ortscodierung mit einem sich drehenden Lesegradienten gewonnen wird (Projection Reconstruction Imaging). Auch die Mischung von Sequenztypen (z.B. Sequenz A während TA und Sequenz B während TP) ist möglich, ebenso die Akquisition nach dem sogenannten Half-Fourier-Verfahren, bei welchem detektierte Echosignale nur in eine Hälfte des k-Raumes geschrieben werden. Natürlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch anwendbar in Verbindung mit Sequenzen zur dreidimensionalen Bildgebung.Applicable are also methods in which the signal sequence is used for imaging Sampling of the direct FID signal without echo generation and under Location coding is obtained with a rotating reading gradient (Projection Reconstruction Imaging). Also the mix of sequence types (e.g. sequence A during TA and sequence B during TP) is possible likewise the acquisition according to the so-called Half Fourier method, at which detected echo signals only in one half of the k-space become. Naturally is the inventive method also applicable in connection with sequences for three-dimensional Imaging.
Die Bemessung der Intervalle TP und TA zwischen den HF-Zwischeneinwirkungen kann auch erfolgen durch Einfügung von Wartezeiten nach einzelnen Teilsequenzen oder am Anfang bzw. Ende eines ganzen Blockes. In diesem Fall kann die Anzahl KP und KA der Teilsequenzen pro Block gleich bleiben. Insbesondere bei schnellen Gradientenecho-Sequenzen sowie bei Anwendung der TrueFISP-Sequenz ist es auch möglich, die invertierenden HF-Zwischeneinwirkungen nach jeder einzelnen Teilsequenz einzufügen, jeweils nach unterschiedlicher Wartezeit, um das gewünschte TP/TA-Verhältnis einzustellen.The intervals TP and TA between the RF intermediate effects can also be measured by inserting waiting times after individual partial sequences or at the beginning or end of an entire block. In this case, the number K P and K A of the partial sequences per block can remain the same. Especially with fast gradient echo sequences and when using the TrueFISP sequence, it is also possible to insert the inverting HF intermediate effects after each individual partial sequence, in each case after a different waiting time, in order to set the desired TP / TA ratio.
Zur Optimierung der T1-Reduzierung kann es beitragen, die Anregungs-Flipwinkel während der B0-antiparallelen Blöcke anders zu bemessen als während der B0-parallelen Blöcke, sie im Lauf der Gesamtsequenz zu ändern, und/oder sie innerhalb der einzelnen Blöcke kontinuierlich zu variieren. Durch optimierte Flipwinkelfolgen läßt sich der Zickzack-Verlauf des Signals weiter glätten bzw. die gegenseitige Annäherung des Signalverlaufes für Komponenten mit unterschiedlichem T1 weiter verbessern. Bei manchen Sequenztypen, die aus repetierten Teilsequenzen bestehen, kann es auch vorteilhaft sein, den Betrag des Flipwinkels von Teilsequenz zu Teilsequenz ausgehend einem Anfangswert schrittweise zu erhöhen oder zu vermindern, etwa während der ersten Teilsequenzen der Gesamtsequenz oder jedes Blockes, wie aus [17] an sich bekannt. In solchen Fällen ist bei der Dimensionierung der HF-Zwischeneinwirkung für die Herbeiführung des neuen Startzustandes zu berücksichtigen, daß der erste HF-Impuls des folgenden Blockes einen anderen Flipwinkel hat als der letzte erste HF-Impuls des vorangegangenen Blockes.To optimize the T1 reduction, it can help to dimension the excitation flip angles differently during the B 0 anti-parallel blocks than during the B 0 parallel blocks, to change them in the course of the overall sequence, and / or to change them continuously within the individual blocks to vary. Optimized flip angle sequences can further smooth the zigzag curve of the signal or further improve the mutual approximation of the signal curve for components with different T1. For some sequence types that consist of repeated partial sequences, it may also be advantageous to gradually increase or decrease the amount of flip angle from partial sequence to partial sequence starting from an initial value, for example during the first partial sequences of the entire sequence or each block, as from [17] known per se. In such cases, when dimensioning the RF intermediate action to bring about the new start state, it must be taken into account that the first RF pulse of the following block has a different flip angle than the last first RF pulse of the previous block.
Eine zusätzliche Option ist die Verbindung mit Konzepten wie dem weiter oben angesprochenen TIDE-Konzept [vgl. [6] und [7]), mit dem durch eine Folge von Pulsen mit geeigneten verschiedenen Flipwinkeln ein glatter Übergang in einen Steady-State-Zustand erreicht werden kann. Dieser Ansatz bietet des weiteren die Möglichkeit, dabei T2-gewichtete MR-Signale zu erhalten.A additional Option is the connection with concepts like the one mentioned above TIDE concept [cf. [6] and [7]) with which by a sequence of pulses with suitable different flip angles a smooth transition in a steady state can be achieved. This approach also offers the possibility to obtain T2-weighted MR signals.
Des weiteren stellt es eine erfolgversprechende Möglichkeit dar, das vorliegende Konzept in Verbindung mit einer Vorpräparation zu verwenden, z.B. Inversion, Sättigung, Fettunterdrückung, Erzeugung von Diffusions-Kontrast oder Erzeugung von Magnetisierungs-Transfer-Kontrast (MTC, bietet Information über die Wechslwirkung freier Spins mit Makromolekülen). Insbesondere angeführt sei auch eine T2-Vorbehandlung, z.B. mittels einer CPMG-Pulsfolge (Folge von 180°-Impulsen nach Carr-Purcell-Meiboom-Gill), um anfänglichen T2-Kontrast zu erzeugen und gemäß der Erfindung durch geeignet beabstandete HF-Zwischeneinwirkungen aufrechtzuerhalten. Der Einsatz von Präparationsmodulen ist prinzipiell auch innerhalb der HF-Zwischeneinwirkungen denkbar, wie z.B. eine zusätzliche Fettsättigung in Analogie zu [14].Furthermore, it is a promising possibility to use the present concept in connection with a preparation, for example inversion, saturation, fat suppression, generation of diffusion contrast or generation of magnetization transfer contrast (MTC, provides information about the interaction of free spins with macromolecules). Particular mention should also be made of a T2 pretreatment, for example by means of a CPMG pulse sequence (sequence of 180 ° pulses according to Carr-Purcell-Meiboom-Gill) in order to generate initial T2 contrast and to maintain it according to the invention by suitably spaced HF intermediate effects , In principle, the use of preparation modules is also within the HF-Zwi influences such as additional fat saturation in analogy to [14].
Wie
bereits weiter oben erwähnt,
kann eine Reduzierung des T1-Kontrastes auch erreicht werden, wenn
man das Prinzip der Erfindung im Rahmen einer Präparation anwendet, also ohne
gleichzeitige Erzeugung und Akquisition von Echos. Bei einer solchen
Präparation,
die vor der Erzeugung der Echofolge und/oder während Unterbrechung der Erzeugung
der Echofolge implementiert werden kann, werden die Zeitabstände der
Mz-Invertierungen
so gesteuert, daß sich
ein eingeschwungener Zustand einstellt, wie er in den
In
diesem Zustand kreuzen die Beträge
der longitudinalen Magnetisierung für Spins unterschiedlicher Spin-Gitter-Relaxationszeit
T1 alle den selben, von null verschiedenen Zwischenwert |Mm| zwischen den Invertierungen, wie es anhand
der
Bei der erfindungsgemäßen Präparation sollten die Zeitabstände TP von jeweils einer die longitudinale Magnetisierung in die B0-parallele Richtung überführenden Invertierung bis zur jeweils nachfolgenden Invertierung im Mittel größer sein als die Zeitabstände TA von jeweils einer die longitudinale Magnetisierung in die B0-antiparallele Richtung überführenden Invertierung bis zur jeweils nachfolgenden Invertierung. Vorzugsweise wird das Verhältnis TP/TA über die Folge der Invertierungen gleichbleibend gehalten, wobei vorzugsweise die größeren Zeitabstände TP einander gleich sind und die kleineren Zeitabstände TA einander gleich sind.In the preparation according to the invention, the time intervals TP of an inversion that converts the longitudinal magnetization in the B 0 -parallel direction to the subsequent inversion should be larger on average than the time intervals TA of each one that converts the longitudinal magnetization in the B 0 -antiparallel direction Inversion up to the subsequent inversion. The ratio TP / TA is preferably kept constant over the sequence of the inversions, the larger time intervals TP preferably being equal to one another and the smaller time intervals TA being identical to one another.
Erfindungsgemäße VorrichtungDevice according to the invention
Erfindungsgemäße Verfahren
lassen sich mit einem MR-Gerät
durchführen,
wie es in stark vereinfachter Blockdarstellung in
In
der Meßstation
MR-Anlagen
dieser Art sind bekannt und im Handel erhältlich, so daß sich eine
weitere Erläuterung apparativer
Details erübrigt.
Zur Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das zu untersuchende Objekt in den von den B0-
und Gradientenspulen
Der
Steuerteil
Claims (30)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003113052 DE10313052B3 (en) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | Method and device for acquiring data for magnetic resonance imaging with reduced T1 contrast |
PCT/EP2004/002924 WO2004086072A2 (en) | 2003-03-24 | 2004-03-19 | Method and device for the acquisition of data for magnetic resonance imaging having reduced t1 contrast |
Applications Claiming Priority (1)
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