DE10318682A1

DE10318682A1 - Datenakquisitionsverfahren zur beschleunigten Magnet-Resonanz-Bildgebung im Rahmen der parallelen Akquisition von MRT-Daten

Info

Publication number: DE10318682A1
Application number: DE10318682A
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Jakob; Mark Griswold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-25
Also published as: US7002344B2; DE10318682B4; US20040222794A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie ein Gerät zur Magnet-Resonanz-Bildgebung eines zusammenhängenden Bereichs eines Objektes unter Anwendung der partiellen parallelen Akquisition (PPA) durch Modulation der Spinmagnetisierung mittels Hochfrequenz-Impulsen sowie durch Ortskodierung des Objektbereichs und durch nachfolgende Messung der die angeregten Spins anzeigenden Hochfequenz-Antwortsignale in Zyklen, wobei aufgrund der Messung der Hochfrequenz-Antwortsignale durch ein aus zwei oder mehr Hochfrequenz-Empfangsspulen bestehendes Spulen-Array, durch welche sowohl die Spulensensitivitätsinformation als auch die Hochfrequenz-Antwortsignale erfasst werden, wobei jede Hochfrequenz-Empfangsspule einen reduzierten Datensatz aufnimmt zur Durchführung der Bildrekonstruktion und zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung eingesetzt werden, wobei die zusätzlichen Modulationen aus Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen und/oder aus zusätzlichen Modulation von der Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten bestehen, und die Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäß den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung eines zusammenhängenden Bereichs eines Objektes unter Anwendung der partiellen parallelen Akquisition (PPA) durch Modulation der Spinmagnetisierung mittels Hochfrequenz-Impulsen, sowie durch Ortskodierung des Objektbereichs und durch nachfolgende Messung der die angeregten Spins anzeigenden Hochfrequenz-Antwortsignale in Zyklen, wobei aufgrund der Messung der Hochfrequenz-Antwortsignale durch ein aus zwei oder mehr Hochfrequenz-Empfangsspulen bestehendes Spulen-Array, durch welche sowohl die Spulensensitivitäts-information als auch die Hochfrequenz-Antwortsignalen erfasst werden, wobei jede Hochfrequenz-Empfangsspule einen reduzierten Datensatz aufnimmt zur Durchführung der Bildrekonstruktion.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird auch nach dem Akronym CAIPIRINHA (engl.: Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration) benannt, wobei die Bedeutung der Wortinhalte im einzelnen aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht.
Die Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz und wird als bildgebendes Verfahren in der medizinischen Diagnostik und in der Biophysik eingesetzt. Als „nicht-invasive" Untersuchungsmethode mit vielseitigem Kontrastvermögen zur schichtweisen Abbildung von Körperorganen hat sich die MRT zu einem Verfahren entwickelt, das der Röntgen-Computertomographie (CT) in vielfacher Hinsicht überlegen ist. Bedeutend ist auch, dass bei der MRT, im Vergleich zur CT, für den Patienten keine schädlichen Strahlenbelastungen auftreten.
Trotz der technischen Fortschritte in der Sequenzmethodik und bei der Hardware Entwicklung, bleibt die für ein MRT-Bild erforderliche Aufnahmezeit ein limitierender Faktor. Auch in Zukunft ist die Entwicklung von Verfahren zur Verkürzung der Bildmesszeiten ein lohnendes Ziel, weil einer weiteren Steigerung der technischen Leistung (Magnetfeldstärken und Pulsstärken) von MRT-Geräten alleine aus Gründen des Patientenschutzes (Stimulation und Gewebeerwärmung) Grenzen gesetzt sind. Eine schnellere MRT-Bildgebung und die sog. Echtzeitbildgebung zur Unterstützung der minimalinvasiven Chirurgie haben viele Vorteile. Mit diesen Techniken können teure und risikoreiche Untersuchungen, wie z.B. Herzkatheteruntersuchungen, vermieden werden.

Zur Einführung der zentralen Begriffe werden zunächst das experimentelle Prinzip der MRT sowie die für die Bildentstehung erforderlichen Vorgänge erläutert: Bei der MRT wird das Untersuchungsobjekt einem starken, konstanten, äußeren Magnetfeld ausgesetzt. Dadurch richten sich im zu untersuchenden Körper die zuvor in verschiedene Richtungen orientierten Kernspins der Atome nach dem äußeren Magnetfeld aus (Spinmagnetisierung). Von zusätzlichen Spulen erzeugte Hochfrequenzwellen geeigneter Frequenz können die ausgerichteten Kernspins zu einer bestimmten Schwingung anregen. Durch diese Schwingung wird das zu messende Signal erzeugt, das mit Hilfe einer oder mehrerer Empfangsspulen registriert wird (Roemer PB, Edelstein WA, Hayes CE, Souza SP, Mueller OM. The NMR phased array. Magn Reson Med 1990;16: 192–225).

Mit Hilfe von Gradientenspulen lassen sich inhomogene Magnetfelder (Gradientenfelder) erzeugen, die in sog. Puls-Sequenzen koordiniert, die freie Wahl der abzubildenden Schicht des menschlichen Körpers bzw. des abzubildenden Organgs (Ortskodierung) erlauben. Zur Ortskodierung werden Gradienten verwendet, die in alle drei Raumrichtungen, zeigen. Man unterscheidet die Schichtselektion durch den Gradienten G_z und die Frequenzkodierung (auch als Lesekodierung bezeichnet) sowie die Phasenkodierung durch jeweils einen der beiden Gradienten G_x oder G_y. Der Gradient G_z legt üblicherweise eine Aufnahmeschicht in Richtung der z-Achse im Objekt fest. Die Kodierrichtungen der Gradienten G_x und G_y, die orthogonal zueinander sind, liegen innerhalb der durch G_z ausgewählten Schicht und erlauben (zusammen mit G_z) eine vollständige Ortskodierung des zu untersuchenden Körperbereichs. Dazu werden die Messsignale der gleichen y-Koordinate mit Hilfe eines Phasenkodierungsgradienten mit der gleichen Phasenverschiebung versehen.

Beim Auslesen wird ein dritter Gradient geschaltet, der dafür sorgt, dass alle Bereiche mit der gleichen x-Koordinate bei der Datenakquisation die gleiche Frequenz haben. Der dritte Gradient, hier G_x, wird auch als Lese- oder Freqenzkodierungsgradient bezeichnet.

Bei der MRT werden die Messdaten im sog. k-Raum akquiriert, der durch die Ortskodierung aufgespannt wird. Die Daten einer einzelnen k-Raumzeile werden, wie bereits erwähnt, beim Auslesen mittels eines Gradienten frequenzkodiert. Der Abstand der Zeilen im k-Raum Δk_y wird normalerweise durch Phasenkodierung erzeugt. Der k-Raum ist durch die mathematische Operation der Fourier-Transformation mit dem Bildraum verknüpft. Die Fourier-Transformierte einer Funktion ergibt eine Zerlegung der Funktion in periodische Komponenten der Wellenzahl k. Den k-Raum nennt man auch Fourier-Raum oder Ortsfrequenzraum.

Im Rahmen der MRT-Bildrekonstruktion spielt ausserdem die mathematische Operation der Faltung bei der Fourier-Transformationen eine wichtige Rolle. Faltungen oder Einfaltungen sind Artefakte die z.B. immer dann auftreten wenn der gewählte Abbildungsbereich (FOV) kleiner ist als die Ausdehnung des Objekts; oder werden z.B. mehrere Schichten gleichzeitig angeregt, so faltet eine Schicht auf die andere und sie können nicht mehr eindeutig getrennt werden. Insgesamt enstehen durch derartige Überlagerung verschiedener Objektbereiche, die zur Bildgebung getrennt erscheinen sollten, sog. Faltungseffekte. Diese werden auch als Faltungsartefakte (engl.: aliasing) bezeichnet und treten insbesondere bei der Aufnahme von reduzierten Datensätzen unter Anwendung der Partiell Parallen-Bildgebung auf. Dieses Verfahren, das zur Datenakquisition gleichzeitig mehrere Spulen nutzt, wird mit den Buchstaben PPA (engl.: Partially Parallel Acquisition) abgekürzt und wird als Grundlage der meisten heutigen MRT-Verfahren später noch genauer erklärt. Bei der Auswahl der Phasenkodierungrichtung durch einen Gradienten z.B. Gy werden beim MRT-Experiment Faltungsartefakte mit berücksichtigt, d.h. die Faltungsartefakte sind als solche bei der Plannung des Experiments erkennbar. Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren wurde erkannt, dass eine zusätzliche, kontrollierte Modulierung der Magnetisierung die Steuerung der Faltungsartefakte erlaubt.

In der Vergangenheit wurde die Verkürzung der Messzeiten durch eine Vielzahl von Verbesserungen ermöglicht. Zu nennen sind z.B. die Einführung schnellerer Spinecho- und Gradientenecho-Sequenzen oder die Entwicklung der FLASH-Pulssequenz (Haase et. al., 1986), die eine deutliche Reduktion des Zeitintervalls (TR) zwischen den sich während der MRT-Messung wiederholenden Kernspin-Anregungen erlaubt. Natürlich wurde die Verkürzung der Messzeiten auch durch die ständige technische Weiterentwicklung der Hardware von MRT-Geräten ermöglicht. Zu diesem Bereich gehört auch die in Verbindung mit dem erfindungsgemässen Verfahren genutzte PPA-Bildgebung.

Die PPA-Bildgebung zeichnet sich dadurch aus, dass durch lineare Algebra mehrere unvollständige, aber von einem Objekt gleichzeitig aufgenommene MRT-Datensätze durch den mathematischen Vorgang einer Entfaltung zu einem vollständigen Bild rekonstruiert werden können (Bydder M, Larkman DJ, Hajnal JV. Generalized SMASH imaging. Magn Reson Med. 2002 Jan;47(1):160–70, Carlson JW, Minemura T. Imaging time reduction through multiple receiver coil data acquisition and image reconstruction. Magn Reson Med 1993; 29: 681–688, Carlson JW. An algorithm for NMR imaging reconstruction based on multiple RF receiver coils. J Magn Reson 1987; 74: 376–380, Griswold MA, Jakob PM, Heidemann RM, Nittka M, Jellus V, Wang J, Kiefer B, Haase A. Generalized autocalibrating partially parallel acqusitions (GRAPPA). Magn Reson Med 2002; 47: 1202–1210, Griswold MA, Jakob PM, Nittka M, Goldfarb JW, Haase A. Partiallay parallel imaging with localized sensitivities (PILS). Magn Reson Med 2000; 44: 602–609, Heidemann RM, Griswold MA, Haase A, Jakob PM. VD-AUTO-SMASH imaging. Magn Reson Med 2001; 45: 1066–1074, Hutchinson M, Raff U. Fast MRI data acquisition using multiple detectors. Magn Reson Med 1988; 6: 87–91., Jakob PM, Griswold MA, Edelman RR, Sodickson DK. AUTO-SMASH, a Self-Calibrating technique for SMASH imaging. MAGMA 1998; 7: 42-54, Kellman P, Epstein FH, McVeigh ER. Adaptive sensitivity encoding incorporating temporal filtering (TSENSE). Magn Reson Med. 2001 May;45(5):846–52., Kellman P, McVeigh ER. Ghost artifact cancellation using phased array processing. Magn Reson Med. 2001 Aug;46(2):335–43., Kelton JR, Magin RL, Wright SM. An algorithm for rapid image acquisition using multiple receiver coils. In: Proceedings of the 8th Annual Meeting of SMRM 1989: 1172., Kwiat D, Einav S, Navon G. A decoupled coil detector array for fast image acquisition in magnetic resonance imaging. Med Phys 1991; 18: 251–265., Kwiat D, Einav S. Preliminary experimental evaluation of an inverse source imaging procedure using a decoupled coil detector array in magnetic resonance imaging. Med Eng Phys 1995; 17: 257–263., Kyriakos WE, Panych LP, Kacher DF, Westin CF, Bao SM, Mulkern RV, Jolesz FA. Sensitivity profiles from an array of coils for encoding and reconstruction in parallel (SPACE RIP). Magn Reson Med. 2000 Aug;44(2):301–8., Larkman DJ, Hajnal JV, Herlihy AH, Coutts GA, Young IR, Ehnholm G. Use of multicoil arrays for separation of signal from multiple slices simultaneously excited. J Magn Reson Imaging. 2001 Feb;13(2):313–7. McKenzie CA, Yeh EN, Ohliger MA, Price MD, Sodickson DK. Self-calibrating parallel imaging with automatic coil sensitivity extraction. Magn Reson Med. 2002 Mar;47(3):529–38., Pruessmann KP, Weiger M, Bornert P, Boesiger P. Advances in sensitivity encoding with arbitrary k-space trajectories. Magn Reson Med. 2001 Oct;46(4):638–51., Pruessmann KP, Weiger M, Scheidegger MB, Boesiger P. SENSE: sensitivity encoding for fast MRI. Magn Reson Med. 1999 Nov;42(5):952-62., Ra JB, Rim CY. Fast imaging using subencoding data sets from multiple detectors. Magn Reson Med 1993; 30: 142–145., Sodickson DK, Manning WJ. Simultaneous acquisition of spatial harmonics (SMASH): Fast imaging with radiofrequency coil arrays. Magn Reson Med 1997; 38: 591–603, Sodickson DK, McKenzie CA. A generalized approach to parallel magnetic resonance imaging. Med Phys. 2001 Aug;28(8):1629–43., Wang J, Kluge T, Nittka M, Jellus V, Kuehn B, Kiefer B. Parallel Acquisition Techniques with Modified SENSE Reconstruction mSENSE. In: Proceedings of the First Wurzburg Workshop on Parallel Imaging. Pg. 92 (2001), Weiger M, Pruessmann KP, Boesiger P. 2D SENSE for faster 3D MRI. MAGMA. 2002 Mar;14(1):10–9). Die durch den Aufbau der, aus mehreren Einzelspulen bestehenden, Komponentenspule festgelegte Spulengeometrie bestimmt dabei die während der Datenakquisition auftretenden Faltungseffekte.

Experimentell wird die räumliche Trennung des Messbereichs und die gleichzeitige zeitsparende Aufnahme von Teilbildern bei der PPA-MRT ermöglicht, indem mehrere Einzelspulen, die ein sog. Spulen-Array bilden, um das zu untersuchende Objekt angeordnet werden. Jede der räumlich unabhängigen Spulen des Arrays registiert gewisse räumliche Informationen, die als Spulensensitivitätsinformtion erfasst werden. Diese Information wird genutzt um über die Kombination der durch mehrere Einzelspulen simultan akquirierten Daten eine vollständige Ortskodierung zu erreichen. Eine PPA-Akquisition resultiert typischerweise in gefalteten Bilder, wobei für jede Einzelspule ein gefalteter Bilddatensatz vorliegt. Die Wahl der Phasenkodierrichtung legt dabei die Richtung fest, in der die Faltungseffekte im Objekt- und damit im Bildraum auftreten. Spezielle Rekonstruktionen, die effektiv einer Entfaltung des gefalteten Datensatzes entsprechen, werden dann auf die reduzierten Daten angewandt, um die fehlende Bildinformation zu rekonstruieren.

In einer PPA-Akquisition werden herkömmliche Standardsequenzen (Gradientenecho, Spinecho, EPI, True FISP etc) unter Einsatz von Hochfrequenzimpulsen und Magnetfeldgradienten verwendet; im Vergleich zu der herkömmlichen Akquisition wird aber nur ein Bruchteil (1/2, 1/3, 1/4, etc.) der Phasenkodierzeilen akquiriert. Das vollständige Bild erhält man so in einem Bruchteil der Zeit. Die durch die PPA erreichte Verkürzung der Bildmesszeit, entspricht dem Verhältnis der Anzahl der Zeilen des vollständigen Datensatzes zur Anzahl der Zeilen des reduzierten Datensatz und wird durch den sog. Reduktionsfaktor R gekennzeichnet.

Allerdings ist bei der PPA-Bildgebung für einen bestimmten Ort im Untersuchungsobjekt eine komplette Rekonstruktion nur möglich, wenn an diesem Ort zwischen den einzelnen Spulen deutliche Sensitivitätsunterschiede bestehen. Eine robuste Rekonstruktion setzt also eine möglichst grosse Zahl von Einzelspulen in zwei bzw. drei Raumdimensionen voraus, wobei die Anzahl der Spulen auch bei weiterer technischer Verbesserung immer begrenzt bleiben wird. Nachteiligerweise schränkt diese Problematik die PPA-Bildgebung bezüglich des Signal-/Rauschverhältnisses ein.

Die weiteren Probleme der PPA-Bildgebung resultieren aus daraus, dass die PPA-Methoden ausschliesslich auf die Rekonstruktion der Daten nach Abschluss der Akquisition ausgerichtet sind. So wird die Matrixinversion beim zum Stand der Technik gehörenden SENSE-Verfahren (SENSE:Sensitivity Encoding for Fast MRI) ausschliesslich nach der Daten-Akquisition im Rahmen des Postprocessing angewandt. Kontrollmechanismen, die Faltungsraum und Faltungseffekte während der eigentlichen Datenakquisition modifizieren und steuern sind bislang nicht bekannt.

Die sich aus dem Stand der Technik ergebende Aufgabe zur Verbesserung der auf der PPA-Technik basierenden MRT-Bildgebung, besteht daher in der Entwicklung eines Verfahrens zur Kontrolle der Faltungsbedingungen während der Datenakquisition, so daß die Qualtität der nachfolgenden digitalen Bildrekonstruktion von der Geometrie der verwendeten Einzelspulen weitestgehend unabhängig ist und gleichzeitig der Vorteil der schnellen Bildgebung nutzbar bleibt.

Zur Lösung der Aufgabe wurden Verfahrensschritte entwickelt, die eine Moduifikation der Faltungseffekte erlauben, die ohne die zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung entlang einer bestimmten Raumdimension entstehen, und nach den zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung ausserdem verschoben in mindestens einer anderen Raumdimensionen in den reduzierten Datensätzen der partiellen parallel Akquisition auftreten. Das Verfahren umfasste neben den zu PPA-Bildgebung gehörenden Schritten die folgenden Schritte:

– Einsatz zusätzlicher Modulationen der Spinmagnetisierung, wobei die zusätzlichen Modulationen aus Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen und/oder aus zusätzlichen Modulation von zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten bestehen, und
– Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung.

Der Kerngedanke der Erfindung besteht darin, dass bei Anwendung der partiell parallelen Akquisition während allen zur Akquisitions eines MRT-Bildes erforderlichen Schritten eine zusätzliche Modulation der Spinmagnetisierung durchgeführt wird und diese in Verbindung mit der Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung bei der Bildrekonstruktion genutzt wird. Die erwähnte Spulensensitivitätsinformation ist zur Bildrekonstruktion durch Fourier-Transformation neben den im k-Raum aufgenommenen Bilddaten sogenannte erforderlich. Bei Anwendung zusätzlicher Modulation der Spinmagnetisierung muss für die Bildrekonstruktion, zwingendermassen, eine gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung modifizierte Spulensensitivitätsinformation berücksichtigt werden.

Durch die zusätzliche Modulation werden die Faltungsmatix und der zugehörige Faltungsraum so modifiziert, dass jene Faltungseffekte, die ohne zusätzliche Modulation der Spinmagnetisierung entlang einer bestimmten Raumdimension entstehen, zusätzlich verändert in mindestens einer anderen Raumdimension in den mit Hilfe der PPA- Methode akquirierten reduzierten Datensätze auftreten. Effektiv wird durch die zusätzliche kontrollierte Modulation der Magnetisierung eine kontrollierbare Beeinflussung der Faltungsbedingungen erreicht, indem die bei paralleler Akquisition auftretenden Faltungsartefakte, wie bereits erwähnt, zusätzlich in einer anderen räumlichen Dimension als die der normalen Datenakquisition entstehen und dadurch die gefaltete Bildinformation leichter entfaltbar wird.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichten Vorteile sind darin zu sehen, dass durch die Kontrolle und die Registrierung der veränderten Faltungseffekte in Form modifizierter Spulensensitivitätsinformation die Verbesserung der Bildqualität bei parallelen Bildgebungsexperimenten möglich wird. Die Verbesserung der Bildqualität liegt darin begründet, dass der Teil der Bildinformation, der ohne Anwendung zusätzlicher Modulationen der Spinmagnetisierung während des Experimentes, nicht enfaltbar wäre, nun für die Bildrekonstruktion zugänglich ist. D.h. bei gleicher Messzeit liegt durch die erfindungsgemässen Verfahrensschritte für die nachfolgende Bildrekonstruktion bei gleicher Messzeit mehr Bildinformation vor. Die Vorteile des Verfahrens bleiben auch bei höheren Reduktionfaktoren erhalten: Zudem werden ungünstige Faltungssituationen, die zu schlechteren Bildrekonstruktionen führen, verhindert. Insgesamt wird so bei einem höheren Signal/Rauschverhältnis (S/R), eine bessere Bildqualität und eine Verkürzung der Bildgebungszeit erreicht. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren z.B. bei Modulation der Hochfrequenz-Anregung die Bildrekonstruktion von nahe beieinander liegenden Gewebeschichten erlaubt, die mit bekannten PPA-Methoden keine verwertbaren Rekonstruktionen ergaben.

Die Erfinder haben erkannt, dass als zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung zur kontrollierbaren Beeinflussung der Faltungsbedingungen eine Vielzahl von Modulation in Frage kommen. Dazu gehören neben den zusätzlichen Modulationen der traditionellen räumlichen Modulierungen durch Bildgebungsgradienten im Zuge der Ortskodierung vor allem zusätzliche Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen. So können die zusätzlichen Modulationen der Spin-Anregung z. B. in der:

– der Amplitudenmodulation von Hochfrequenz-Impulsen und/oder
– der Phasenmodulation von Hochfrequenz-Impulsen und/oder
– der Variation der Pulsform von Hochfrequenz-Impulsen

bestehen. Dabei entspricht es der Lehre der Erfindung, dass als Hochfrequenz-Impulse sowohl Präperation-, Sättigungs-, Inversions-, Spinanregungs-, als auch Refokusierungs-Impulse anwendbar sind.

Die zusätzliche Modulationen der zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten können z.B.:

– zusätzliche Modulation von Phasenkodierungsgradienten und/oder
– zusätzliche Modulation von Lesegradienten und/oder
– zusätzliche Modulation von Gradienten zur Schichtselektion

erfolgen. Hervorzuheben ist, dass sämtliche denkbaren zusätzlichen Modulationen natürlich einzeln oder auch gleichzeitig anwendbar sind.

Es entspricht der Lehre der Erfindung, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, zusammen mit anderen hier nicht genannten, aber in der Wirkung vergleichbaren zusätzlichen Modulationen, in verschiedenen Stadien des MRT-Experimentes, das alle zur Bildenstehung notwendigen Schritte einschliesst, anwendbar sind. Insbesondere sind zusätzliche Modulationen während der Spin-Anregung und/oder während der Spin-Refokusierung und/oder während der räumlichen Kodierung durchführbar.

Die in den drei vorhergehenden Absätzen gemachten Aussagen bringen bereits zum Ausdruck, dass jeweils auch Kombinationen aus verschiedenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung anwendbar sind.

Die Erfinder haben ebenfalls erkannt, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, bei einer Messung, die pro Spin-Anregung mehr als eine Datenakquisition beinhaltet, vor oder während jeder Datenakquisition wiederholbar sind. Das gleiche gilt für zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, bei einer Messung, die pro Spin-Anregung mehr als eine Datenakquisition beinhaltet, erst nach Abschluss aller zu dieser Messung gehörenden Datenakquisitionen wiederholbar sind. Das Potential dieser Ausführungsform betrifft vor allem die mögliche Ergänzungen zur CAIPIRINHA-Technik, die den 10a–c gezeigt sind.

Es versteht sich von selbst, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung zwischen zwei Spin-Anregungen veränderbar sind. Das gleiche gilt für die Spinrefukosierung und die Aufnahme der Antwortsignale.

Zur Bildrekonstruktion durch Fourier-Transformation ist neben den im k-Raum aufgenommenen Bilddaten sogenannte Spulensensitivitätsinformation erforderlich. Bei Anwendung zusätzlicher Modulation der Spinmagnetisierung muss für die Bildrekonstruktion, zwingendermassen, eine gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung modifizierte Spulensensitivitätsinformation berücksichtigt werden, wobei die Modifizierungen der Spulensensitivitätsinformation von den vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der angeregten Spinmagnetisierung abhängig ist.

Von den Erfindern wurde erkannt, dass als modifizierte Spulensensitivitätsinformation jene Faltungseffekte erfasst werden, die ohne die zusätzliche Modulation der Spinmagnetisierung entlang einer bestimmten Raumdimension entstehen, und nach den zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung außerdem verschoben in mindestens einer anderen Raumdimension in den reduzierten Datensätzen auftreten. Beispielhaft sind in der folgenden Tabelle einige der mit dem erfindungsgemässen CAIPIRINHA-Verfahren durch zusätzliche Modulation der Spinmagnetisierung mögliche Transformationen von Faltungseffekten von einer Raumdimension in eine andere Raumdimension zusammengestellt:

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wurde bedacht, dass es für die Berücksichtigung der Modifikation der Spulensensitivitätsinformation verschiedene Möglichkeiten gibt: Falls das erfindungsgemässe Verfahren nicht für autokalibrierte PPA-Methoden verwendet wird, erfolgt die Berücksichtigung durch nachträgliche Modifikation der beim entsprechenden Verfahren akquirierten Spulensensitivitätsinformation. Bei Anwendung autokalibrierter PPA-Methoden, die vor allem für die Echt-Zeit-Bildgebung von grosser Bedeutung sind, werden die Autokalibrierungssignale anstatt der modifizierten Spulensensitivitätsinformation für die Bildrekonstruktion berücksichtigt. Natürlich besteht neben den beiden genannten Möglichkeiten zur Modifikation der Spulensensitivitätsinformation, gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, immer auch die Alternative der entsprechenden Anpassung des bei der Bildrekonstruktion einzusetzenden PPA-Algorithmus.

Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal, wird die Spulensensitivitätsinformation bei nachträglicher Modifikation und bei Neuaufnahme in bereits modifizierter Form gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung in einer Form registriert, die es erlaubt, dass die Spulensensitivitätsinformation für die Bildrekonstruktion abrufbar ist.

Das erfindungsgemässe Verfahren schliesst auch Mehrschichtexperimente mit ein. Bei Mehrschichtexperimenten erfolgen die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung durch phasenmodulierte Spin-Anregungen oder Spin-Refokusierungen, wobei für jeden Schritt der Spinanregung eine schichtabhängige Phasenänderung erfolgt, so dass eine schichtabhängige Verschiebung in der Phasenkodierrichtung erfolgt. Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal erfolgen für Mehrschichtexperimente die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung durch einen zusätzlichen Gradienten in Schichtrichtung während der Datenakquisition erfolgen, so dass eine schichtabhängige Verschiebung in der Lesekodierrichtung erfolgt. Weiterhin wird die schichtabhängige Verschiebung bei Mehrschichtexperimenten in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung durch eine schichtabhängige Verschiebung der Spulensensitivitätsinformation in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung berücksichtigt.

Natürlich schliesst das erfindungsgemässe Verfahren schliesst auch 3D-Volumenexperimente Mehrschichtexperimente mit ein. Die zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung erfolgt bei 3D-Volumenexperimenten durch phasenmodulierte Spin-Anregungen, wobei für jeden Schritt der Spinanregung eine schichtabhängige Phasenänderung erfolgt, so dass eine schichtabhängige Verschiebung in einer Phasenkodierrichtung erfolgt. Ausserdem erfolgt die zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung für 3D-Volumenexperimente durch einen zusätzlichen Gradienten in Schichtrichtung während der Datenakquisition, so dass eine schichtabhängige Verschiebung in der Lesekodierrichtung erfolgt. Die schichtabhängige Verschiebung in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung wird bei 3D-Volumenexperimente durch eine schichtabhängige Verschiebung der Spulensensitivitätsinformation in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung berücksichtigt.

Die Phasenkodierung wird bei 3D-Volumenexperimenten in einer ersten Phasenkodierrichtung durch einen zusätzlichen Phasenkodiergradient in einer zweiten Phasenkodierrichtung moduliert wird, so dass die Faltungseffekte die ursprünglich entlang der ersten Phasenkodierrichtung entstehen, zusätzlich verschoben in der zweiten Phasenkodierrichtung auftreten.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich experimentell mit einem Gerät umsetzen, das den Einsatz zusätzlicher Modulationen der Spinmagnetisierung erlaubt, wobei die zusätzlichen Modulationen aus Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen und/oder aus zusätzlichen Modulation von zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten bestehen, ausserdem erlaubt das erfindungsgemässe Gerät die Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung.

Abschliessend werden mögliche zwei Operationen der erfindungsgemässen Verfahrens detaillierter dargestellt:

a) Modulation der Faltungsräume mittels HF

In diesem Fall einer CAIPIRINHA-Akquisition werden Modulationen der Faltungsräume durch entsprechende HF-Anregungen erzeugt, wie im folgenden anhand eines zweidimensionalen Zweischicht-Experiments aufgezeigt werden soll. In diesem Beispiel werden zwei unmittelbar benachtbarte Schichten in einem Objekt mittels eines Zweischicht-HF-Impulses angeregt, siehe 3 und 4. Die räumliche Nähe bedingt nahezu identische Spulenssensitivitäten über beide Schichten; als Resultat (für R=2, d.h. die Information von 2 Schichten wurde in der Messzeit einer Schicht aufgenommen) erhält man ein einfaches Summenbild beider Schichten. Vom Standpunkt der PPA-Rekonstruktion, siehe z.B. SENSE, können beide Schichten auch nicht im PPA-Postprocessing getrennt werden, da die Entfaltungsmatrix aufgrund identischer Sensitivitäten nicht invertierbar ist. Verwenden wir aber z.B. eine phasenmodulierte HF-Anregung, d.h. werden die Pulsphasen von einer Zweischichtanregung zur nächsten wie (0°,0°= ++) und (0°, 180°=+–) moduliert, erfolgt effektiv eine Verschiebung der beiden Schichtdatensätze in Phasenkodierrichtung, oder in anderen Worten: Die Faltungseffekte wurden ausgehend von der reinen Schichtrichtungüberlagerung so moduliert, dass sie sich modifiziert in die Phasenkodierrichtung transformiert haben und dort gegeneinander verschoben erscheinen; d.h. durch die phasenmodulierte Anregung werden jetzt Bildteile überlagert, die unterschiedliche Spulensensitivitäten sehen, siehe 5B. Dieses Beispiel zeigt, dass die mit CAIPIRINHA während der Akquisition durchgeführte Modulation des Faltungsraums Entfaltungen möglich macht, die mit den ursprünglichen Postprocessing PPA-Methoden unmöglich gewesen wären: Entfaltung von Objekten die identische Spulensensitivitäten registrieren. Wie bereits oben erwähnt muss der vorgenommenen Verschiebung der Schichtinformation in Phasenkodierrichtung während der Datenakquisition durch eine Neuanordnung der Spulensensitivitätsinformation, in der Rekonstruktion Rechnung getragen werden. Da die zur Faltung kommenden Objektbereiche sehr unterschiedliche Spulensensitivitäten haben wird eine effektive Entfaltung der Zweischichtinformation ermöglicht.

Das beschriebene Zweischichtverfahren lässt sich natürlich auch mit mehr als nur zwei Schichten (im allgemeinen Fall N-Schichten) und in der dreidimensionalen(3D)-Bildgebung durchführen. Grundsätzlich muss bemerkt werden, das die durch spezielle Form der HF-Anregung durchgeführte Verschiebung der Faltungsräume auch durch entsprechende HF-Transmitterarrays durchgeführt werden könnte. Wesentlich ist nur, dass die ursprünglichen Faltungsräume durch HF-induzierte raumabhängige Modulation sich gegenseitig verschieben. Zur Rekonstruktion müssen natürlich eine gemäss den zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung modifizierte Spulensensitivitätsinformation berücksichtigt werden.

b) Modulation der Faltungsräume mittels veränderter Magnetfeldgradientenschaltung:

In diesem Fall der CAIPIRINHA-Technik, die z.B. zur 3D-Bildgebung verwendet werden kann, werden Modulationen (d.h.Verschiebungen) der Faltungsräume durch entsprechende Änderungen im Phasenkodierschema der Akquisition bewirkt. 8A zeigt eine vollen Datensatz (d.h. R=1) im k-raum, und das zugehörige (ungefaltete) Bild, 8B, in dem auch 4 Spulen eingetragen sind. 8C mitte oben zeigt einen reduzierten k-Raumdatensatz (mit R=2) und das zugehörige Bild mit Einfaltungen, siehe mitte unten. Die Faltung erfolgt hier „unkontrolliert" nur in einer Kodierrichtung (Kodierrichtung 1 in der Abbildung). Mit dem den CAIPIRINHA-Prinzipien folgenden Datenakquisitionschemata, siehe rechts oben, wird die Faltung, die ursprünglich ausschliesslich in Kodierrichtung 1 erfolgt, so verändert, so dass der Faltungseffekt jetzt auch zusätzlich verschoben in Kodierrichtung 2 erfolgt, siehe rechts unten. Dadurch wird erreicht, dass Faltungseffekte sich jetzt effektiver auf 2 Raumdimension verteilen und daher besser entfaltet werden kann. Für den hypothetischen Extremfall, dass Spule 1 und Spule 2 identische Spulensensitivitäten und Spule 3 und 4 Spule 4 andere, aber auch identische Spulensensitivitäten besitzen, kann mittels eines konventionellen PPA-Verfahrens keine Entfaltung in Kodierrichtung 1 erzielt werden, da vom Standpunkt der PPA-Rekonstruktion, siehe z.B. SENSE, die Entfaltungsmatrix aufgrund identischer Sensitivitäten nicht existiert. Verwenden wir aber ein moduliertes Ortskodierschemata, wie hier in 4 oben rechts gezeigt, so erfolgt effektiv eine zusätzliche Verschiebung der Faltungseffekte in eine weitere Raumdimension (Kodierrichtung 2), d.h. die Faltungseffekte wurden ausgehend von der reinen Überlagerung in Kodierrichtung 1 so moduliert, dass sie sich modifiziert zusätzlich in die Kodierrichtung 2 transformiert haben. In diesem Fall werden also durch die Veränderung des Ortskodierschematas jetzt wiederum Bildteile überlagert, die unterschiedliche Spulensensitivitäten sehen. Dieses Beispiel zeigt, das die mit CAIPIRINHA während der Akquisition durchgeführte Modulation des Faltungsraums Entfaltungen möglich macht, die mit den ursprünglichen Postprocessing PPA-Methoden unmöglich gewesen wären: Entfaltung von Objekten die identische Spulensensitivitäten registrieren. Der vorgenommenen Veränderung der Faltungseffekte während der Datenakquisition muss auch hier wieder durch eine modifizierte Spulenssensitivitätsinformation Rechnung getragen werden.

Insgesamt erlaubt CAIPIRINHA die flexible Konditionierung der Faltungsräume und der entsprechenden Faltungseffekte über zusätzliche Modulationen der Magnetisierung während der eigentlichen Datenakquisitionsphase; gängige PPA-Verfahren verwenden Konditionierung (z.B. Konditionierung der Matrixinversion bei SENSE) ausschliesslich nach der Akquisition im Postprocessing. Experten auf dem Gebiet der PPA-Bildgebung wird dieser wesentliche Unterschied als nützliches Element zur Verbesserung der Bildqualität auffallen.

Im folgenden werden die Merkmale und Prinzipen des erfindungsgemässen Verfahrens, das abgekürzt auch als CAIPIRINHA (engl.: Controlled Aliasing In Parallel Imaging Results In Higher Acceleration) bezeichnet wird, anhand einiger Figuren erläutert, wobei es sich bei den hier besprochenen Verfahrensabläufen lediglich um einige aus einer Vielzahl von Möglichkeiten handelt.

In 1 ist das Schema einer Pulssequenz gezeigt, so wie es für Einschicht-Experimente nach dem Stand der Technik anwendbar ist. In der obersten Linie ist der Hochfrequenz-Impuls α mit der Pulsphase + gezeigt. Die zur Ortskodierung erforderlichen Gradienten G_z zur Schichtselektion (S), sowie G_x und G_y zur Frequenzkodierung (R) bzw. zur Phasenkodierung (P) sind in den unteren Linien gezeigt und werden durch die jeweils in in Klammer gestellten Buchstaben gekennzeichnet. Das zwischen zwei Spin-Anregungen liegende Zeitintervall wird mit TR (engl. repetition time) abgekürzt.
2 zeigt die schematische Darstellung eines aus zwei Hochfrequenz-Empfangsspulen bestehenden Spulen-Arrays. Ein solche Anordnung wird typischerweise für die PPA-Akquisition verwendet. Wichtig ist, dass die beiden Spulen im gezeigten Beispiel eine unterschiedliche Spulensensitivität aufweisen.
In 3A ist das Schema eines simultanen Zweischicht-Experiments nach dem Stand der Technik gezeigt (Larkman DJ, Hajnal JV, Herlihy AH, Coutts GA, Young IR, Ehnholm G. Use of multicoil arrays for separation of signal from multiple slices simultaneously excited. J Magn Reson Imaging. 2001 Feb;13(2):313–7.). In diesem Beispiel werden zwei unmittelbar benachtbarte Schichten in einem Objekt mittels eines Zweischicht-HF-Impulses, gemäss der in 3B gezeigten Pulssequenz, angeregt. Die räumliche Nähe bedingt nahezu identische Spulenssensitivitäten über beide Schichten; als Resultat erhält man ein einfaches Summenbild beider Schichten, d.h. die Faltung erfolgt in diesem Fall in der Raumdimension der Schichtrichtung. Vom Standpunkt der PPA-Rekonstruktion, siehe z.B. SENSE, können beide Schichten daher auch nicht im PPA-Postprocessing getrennt werden, da die Entfaltungsmatrix aufgrund identischer Sensitivitäten schlecht invertierbar ist.
4 zeigt die konventionelle Anordnung der Spulensensitivitäten für die 2-Spulenanordnung, des in 3A bis 3C beschreibenen Zweischicht-Experiments. Die Information wird dabei getrennt für jede Schicht von beiden Spulen erfasst. Die beim PPA-Verfahren durch Einsatz von zwei oder mehr Spulen erreichte Verkürzung der Bildmesszeit, entspricht dem Verhältnis der Anzahl der Zeilen des vollständigen Datensatzes zur Anzahl der Zeilen des reduzierten Datensatzes und wird durch den sogenannten Reduktionsfakor R angegenben. (Bei R=2 wird die Information von 2 Schichten in der Messzeit einer Schicht aufgenommen). Der gewählte Abbildungsbereich wird engl. als Field-Of-View (FOV) bezeichnet.
In 5A ist eine mit dem erfindungsgemässen CAIPIRINHA-Verfahren mögliche Anregung in einem siumultanen Zweischicht-CAIPIRINHA-Experiment gezeigt. Als zusätzliche Modulation der Spinmagnetisierung wird hier eine phasenmodulierte HF-Anregung eingesetzt. Bei dieser Modulation werden die Pulsphasen von einer Zweischichtanregung zur nächsten wie (0°,0°= ++) und (0°, 180°=+–) moduliert. Dadurch erfolgt effektiv eine schichtabhängige Modulation in Phasenkodierrichtung.
5B zeigt anschaulich die Auswirkung der Modulation auf die Überlagerung der Schichten. Die durch das Quadrat repräsentierte Schicht wurde relativ zur zweiten Schicht, deren Position unverändert bleibt, in Phasenkoderrichtung verschoben, oder in anderen Worten: Die Faltungseffekte werden ausgehend von der reinen Schichtrichtungsüberlagerung so moduliert, dass sie sich modifiziert in die Phasenkodierrichtung verschoben erscheinen; d.h. durch die phasenmodulierte Anregung werden jetzt Bildteile überlagert, die unterschiedliche Spulensensitivitäten „sehen". Dieses Beispiel zeigt, das die mit CAIPIRINHA während der Akquisition durchgeführten Modulationen des Faltungsraums Entfaltungen möglich macht, die mit den ursprünglichen, lediglich Postprocessing PPA-Methoden unmöglich gewesen wären, nämlich die Entfaltung von Objekten, die identische Spulensensitivitäten registrieren. Wie bereits oben erwähnt muss im Zuge der Bildrekonstruktion der vorgenommenen Verschiebung der Schichtinformation in Phasenkodierrichtung während der Datenakquisition durch eine Modifikation der Spulensensitivitätsinformation Rechnung getragen werden.
In 6 ist die bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Bildrekonstruktion eines simultanen Zweischichtexperiments erforderliche Umordnung der ursprünglichen Spulensensitivitäten gezeigt. Die Umordnung der Spulensensitivitäten ist wie bereits erwähnt notwendig, weil die während der Datenakquisition durchgeführte Verschiebung der Einzelschichten sonst bei der Bildrekonstruktion nicht berücksichtigbar ist. In einem konventionellen Experiment würden 2 Schichten unmittelbar aufeinander zum liegen kommen; Schicht 1 faltet direkt auf Schicht 2. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird nun im ersten Schritt, d.h. während der Datenakquisition, Schicht 1 gegenüber Schicht 2 so verschoben, so dass diese nicht mehr unmittelbar aufeinander zum liegen kommen. Diese bewusst durchgeführte Verschiebung muss im Rahmen der Bildrekonstruktion durch eine entsprechende Verschiebung (d.h. Neuanordnung) der Spulensensitivitäten berücksichtigt werden. Nur dann kann eine effektive Trennung beider Schichtinformationen (=Entfaltung) im Postprocessing vorgenommen werden. Die hier für ein simultan Zweischichtexperiment des erfindungsgemässen Verfahrens gemachten Erklärungen können natürlich analog auf andere Experimente mit mehr als zwei Schichten und höherern Reduktionsfaktoren übertragen werden.
7 zeigt schematisch weitere Möglichkeiten der Schichtverschiebung, wobei die durch das Quadrat repräsentierte Schicht in 7B in Richtung beider Raumdimensionen verschoben wurde. (In 7A erfolgte die Verschiebung nur in Richtung der „Raumdimension 2"). In 7C werden beide Schichten in derselben Raumdimension verschoben. In 7D ist schliesslich die Verschiebung beider Schichten in Richtung beider Raumdimensionen gezeigt.
In 8 ist die durch das erfindungsgemässe Verfahren mögliche Verschiebung von Faltungseffekten anhand der Veränderung der Datenakquisitionsschemata an einem CAIPIRINHA-in vivo-Bespiel gezeigt. Unterhalb des jeweiligen Kodierschemas ist, das im Bauchraum eines Probanden aufgenommene Bild gezeigt. 8A zeigt das vollständige Akquisitionschema in zwei Kodierrichtungen. 8B zeigt die Rekonstruktion dieses Datensatzes und enthält die volle Bildinformation. 8C zeigt das Kodierschema für ein in einer Kodierrichtung reduzierten Datensatzes (R=2). 8D zeigt die Rekonstruktion des Datensatzes 8C mit den dazugehörigen Einfaltungen, die lediglich in Richtung der reduzierten Kodierrichtung entstehen. 8E zeigt das Akquisitionsschema eines gemäss der Erfindung reduzierten Datensatzes (R=2), wobei in diesem Beispiel die Modulation darin besteht, dass jeder zweite Datenpunkt durch einen zusätzlichen Gradienten moduliert ist. 8F zeigt die dazugehörige Bildrekonstruktion mit den veränderten Einfaltungseffekten die nun in beiden Dimensionen verschoben erscheinen.
Dieses Akqusitionsschema lässt sich leicht auf ein 3D Volumenexperiment übertragen. In diesem Fall entsprechen die gezeigten Kodierrichtungen den für das 3D Volumenexperiment notwendigen zwei Phasenkodierrichtungen.
9 zeigt, dass die um Faktor R=2 schnellere Datenakquisition für ein simultanes Zweischichtexperiment mittels konventioneller PPA (9A und B) im Vergleich zum simultanen Zweischichtexperiment mittels CAIPIRINHA, ebenfalls mit R=2, kein aussagekräftigs Bild liefert. Der Versuch einer SENSE-Rekonstruktion zeigt, dass die nur um 0.5 cm räumlich getrennten Schichten mittels dieser Standard-PPA-Methode nicht rekonstruiert werden können (9B ). Das korrespondierende Beispiel einer CAIPIRINHA-Rekonstruktion zeigt das Potential der Methode zur Trennung zwei unmittelbar benachbarter Schichten zum Vorteil für die medizinische Diagnostik.
In den 10A–C sind mögliche Ergänzungen zur CAIPIRINHA-Technik gezeigt:

– 10A zeigt die Übertragung der CAIPIRINHA-Mehrschichtprinzipien auf ein segmentiertes Datenakquisitionsschemata (z.B. einzusetzen bei Techniken wie RARE, EPI, True FISP etc) mit entsprechender HF-Pulsphasenmodulation. In diesem Fall erfolgt die Modulation bei der Spinanregung, wobei während des darauffolgenden Echozuges keine erneute Modulation der Spinmagnetisierung erfolgt. Zusätzliche Modulationen können jedoch auch vor oder während der Aufnahme der einzelnen Echos erfolgen.
– 10B zeigt eine mögliche CAIPIRINHA-Implementierung für ein segmentiertes simultanes Zweischicht-EPI-Experiment. Der komplette erste Echozug mit L Echos wird durch die Pulsphase (++) mit der selben Modulation versehen. leer komplette zweite Echozug wird durch die Pulsphase (+–) aufgenommen. Nach der Datenaufnahme werden beide Echozüge gemäss ihrer Phasenkodierung eingeordnet. Man erzielt somit wie schon beschrieben eine Verschiebung der beiden Schichten gegeneinander.
– 10C zeigt eine mögliche Übertragung auf ein segmentiertes Zweischicht-TrueFISP-Experiment. Die erste Hälfte der Akquisitionen wird alternierend mit einem Pulsphasenzyklus (++,– –) versehen, während die andere Hälfte mit einem moduliertem Pulsphasenzyklus (+ –,– +) versehen wird. Nach der Datenaufnahme werden die aufgenommenen Daten gemäss ihrer Phasenkodierung eingeordnet. Man erzielt somit wie schon beschrieben eine Verschiebung der beiden Schichten gegeneinander.

Claims

Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung eines zusammenhängenden Bereichs eines Objektes unter Anwendung der partiellen parallelen Akquisition (PPA) durch Modulation der Spinmagnetisierung mittels Hochfrequenz-Impulsen, sowie durch Ortskodierung des Objektbereichs und durch nachfolgende Messung der die angeregten Spins anzeigenden Hochfrequenz-Antwortsignale in Zyklen, wobei aufgrund der Messung der Hochfrequenz-Antwortsignale durch ein aus zwei oder mehr Hochfrequenz-Empfangsspulen bestehendes Spulen-Array, durch welche sowohl die Spulensensitivitätsinformation als auch die Hochfrequenz-Antwortsignalen erfasst werden, wobei jede Hochfrequenz-Empfangsspule einen reduzierten Datensatz aufnimmt zur Durchführung der Bildrekonstruktion, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zusätzlich die folgenden Verfahrensschritte umfasst: – Einsatz zusätzlicher Modulationen der Spinmagnetisierung, wobei die zusätzlichen Modulationen aus Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen und/oder aus zusätzlichen Modulation von zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten bestehen, und – Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen aus: – der Amplitudenmodulation von Hochfrequenz-Impulsen und/oder – der Phasenmodulation von Hochfrequenz-Impulsen und/oder – der Variation der Pulsform von Hochfrequenz-Impulsen bestehen, wobei als Hochfrequenz-Impulse sowohl Präperation-, Sättigungs-, Inversions-, Spinanregungs-, als auch Refokusierungs-Impulse anwendbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen der zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten durch: – zusätzliche Modulation von Phasenkodierungsgradienten und/oder – zusätzliche Modulation von Lesegradienten und/oder – zusätzliche Modulation von Gradienten zur Schichtselektion erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen während der Spin-Präparation und/oder während der Spin-Refokusierung und/oder während der räumlichen Kodierung durchführbar sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils auch eine Kombination aus verschiedenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung anwendbar ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, bei einer Messung, die pro Spin-Anregung mehr als eine Datenakquisition beinhaltet, vor oder während jeder Datenakquisition wiederholbar sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung, bei einer Messung, die pro Spin-Anregung mehr als eine Datenakquisition beinhaltet, erst nach Abschluss aller zu dieser Messung gehörenden Datenakquisitionen wiederholbar sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung jeweils von einer Spin-Anregung zur nächsten und/oder von einer Spin- Refokusierung zur nächsten und/oder von einer Akquisition der Antwortsignale zur nächsten veränderbar sind.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung der Spulensensitivitätsinformation von den zusätzlichen Modulationen der angeregten Spinmagnetisierung abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifizierung der Spulensensitivitätsinformation jene Faltungseffekte betreffen, die ohne die zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung entlang einer bestimmten Raumdimension entstehen, und nach den zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung ausserdem verschoben in mindestens einer anderen Raumdimensionen in den reduzierten Datensätzen auftreten.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modifikation der Spulensensitivitätsinformation aus – deren nachträglicher Modifikation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung oder – deren Neuaufnahme in bereits modifizierter Form gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung oder – der Anpassung des PPA-Algorithums gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung besteht.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Modifikationen der Spulensensititvitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulation der Spinmagnetisierung bei autokalibrierten Verfahren bei der Aufnahme der Spulensensititvitätsinformation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulation der Spinmagnetisierung modifizierte Spulensensitivitätsinformation für die Bildrekonstruktion abrufbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Mehrschichtexperimente die zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung durch phasenmodulierte Spin-Anregungen oder Spin-Refokusierungen erfolgen, wobei die Spinanregung durch eine schichtabhängige Phasenänderung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für Mehrschichtexperimente die zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung durch einen zusätzlichen Gradienten oder eine Änderung des Gradienten in Schichtrichtung während der Datenakquisition erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für Mehrschichtexperimente die schichtabhängige Verschiebung in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung durch eine schichtabhängige Verschiebung der Spulensensitivitätsinformation in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für 3D-Volumenexperimente zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung durch phasenmodulierte Spin-Anregungen erfolgen, wobei die Spinanregung durch eine schichtabhängige Phasenänderung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für 3D-Volumenexperimente zusätzliche Modulationen der Spinmagnetisierung durch einen zusätzlichen Gradienten in Schichtrichtung während der Datenakquisition erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass für 3D-Volumenexperimente die schichtabhängige Verschiebung in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung durch eine schichtabhängige Verschiebung der Spulensensitivitätsinformation in Phasen- und/oder Lesekodierrichtung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für 3D-Volumenexperimente die Phasenkodierung in einer ersten Phasenkodierrichtung durch einen zusätzlichen Phasenkodiergradient in einer zweiten Phasenkodierrichtung moduliert wird.
Gerät zur Magnet-Resonanz-Bildgebung, aufweisend einen Magneten zur Erzeugung eines homogenen Magnetfeldes, mit einer Vorrichtung zum Anregen von Kernspins in einem zusammenhängenden Bereich eines Objekts sowie einer Vorrichtung zum Erfassen der Antwortsignale der angeregten Spins, wobei die Vorrichtung zum Anregen sowie die zum Erfassen in wiederholten Zyklen arbeiten und die Antwortsignale durch HF-Empfangsspulen, die zu einem zwei oder mehr Hochfrequenz-Empfangsspulen umfassenden Spulen-Array gehören, sowie einer Vorrichtung zum Aufnehmen eines reduzierten Datensatzes gemessener HF-Signale jeder Einzelspule, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät eine zusätzliche Vorrichtung aufweist, zum – Einsatz zusätzlicher Modulationen der Spinmagnetisierung, wobei die zusätzlichen Modulationen aus Modulationen von Hochfrequenz-Impulsen und/oder aus zusätzlichen Modulation von zur Ortskodierung der Objektbereiche genutzten Gradienten bestehen, sowie zur – Modifikation der Spulensensitivitätsinformation gemäss den jeweils vorangegangenen zusätzlichen Modulationen der Spinmagnetisierung.