DE112008003621T5

DE112008003621T5 - System und Verfahren zur MR-Bildgebung in inhomogenen Magnetfeldern

Info

Publication number: DE112008003621T5
Application number: DE112008003621T
Authority: DE
Inventors: Kevin M. Milwaukee Koch; Kevin F. Menomonee Falls King; Reed F. Madison Busse
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2011-03-24
Also published as: US20090184711A1; WO2009091482A1; US7821264B2

Abstract

Magnetresonanz-(MRI)-Vorrichtung, zu der gehören:
ein MRI-System mit mehreren Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, und ein HF-Sender/Empfänger-System sowie ein HF-Schalter, der durch ein Pulsmodul gesteuert wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren; und ein Computer, der dafür programmiert ist, folgende Schritte auszuführen: Akquirieren mehrerer dreidimensionaler (3D-)MR-Datensätze, wobei jeder dreidimensionale MR-Datensatz mittels einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz akquiriert ist, die auf einen Offset-Frequenzwert gesetzt sind, der für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist; und Erzeugen eines Verbundbildes auf der Grundlage der mehreren 3D-MR-Datensätze.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung und speziell die MR-Bildgebung in inhomogenen Magnetfeldern.
Wenn eine Substanz wie menschliches Gewebe einem homogenen Magnetfeld (Polarisationsfeld B₀) ausgesetzt wird, versuchen die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe sich mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren jedoch um dieses in zufälliger Anordnung bei ihrer charakteristischen Larmorfrequenz. Falls die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld ausgesetzt wird (Anregungsfeld B₁), das sich in der xy-Ebene befindet und nahe der Larmorfrequenz ist, kann das ausgerichtete Nettomoment oder die ”Längsmagnetisierung” M_z in die xy-Ebene gedreht oder ”gekippt” werden, um ein Nettoquermagnetisierungsmoment M_t zu erzeugen. Nachdem das Anregungssignal B_i beendet ist, wird durch die angeregten Spins ein Signal abgestrahlt, und dieses Signal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild aufzubauen.
Wenn diese Signale zur Erzeugung von Bildern genutzt werden, werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) verwendet. Typischerweise wird die abzubildende Region mittels einer Folge von Messzyklen gescannt, in denen diese Gradienten in Abhängigkeit von dem verwendeten speziellen Ortungsverfahren variieren. Der sich ergebende Satz von empfangenen NMR-Signalen wird digitalisiert und verarbeitet, um das Bild mittels eines oder mehrerer hinlänglich bekannter Rekonstruktionstechniken zu rekonstruieren.
Die MR-Technik wird rasch zunehmend in muskuloskeletaler (MSK) Diagnostik genutzt. Arthroplastik bezeichnet das chirurgische Einsetzen von Implantaten. Die Zahl von Patienten, die Träger eines metallisches Implantats sind, ist groß und wächst rasch. MR weist bedeutende Fähigkeiten zur Unterstützung der Diagnose von Implantatnachuntersuchungen auf. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass der Einsatz von Magnetresonanzbildgebung zur Unterstützung der klinischen Diagnostik von MR-kompatiblen arthroplastischen Implantaten ein fundamentales Problem aufwirft. Die meisten Materialien, die ausreichend robust und beständig sind, um für Knochenersatz eingesetzt zu werden, weisen magnetische Eigenschaften auf, die bei Anordnung in einem typischen B₀ Magnetfeld Fremdfelder mit einer Amplitude und einer räumlichen Schwankung induzieren, die im Vergleich zu den Feldabweichungen, die in einer herkömmlichen räumlichen Codierung genutzt werden, groß sind. Diese Materialien können daher Verzerrungen in das Hauptmagnetfeld einbringen, mit dem Ergebnis eines inhomogenen Magnetfelds.
Während der durch diese Feldgradienten induzierte Signalverlust mittels Spin-Echos nach Hahn weitestgehend ausgeglichen werden kann, sind die dadurch hervorgerufenen Verzerrungen sowohl in der Auslese- als auch in der Schichtrichtung beträchtlich und gewöhnlich für eine klinische Analyse inakzeptabel. Trotz dieser Probleme hat sich MRI in der Diagnose degenerativer Zustände bei Arthroskopiepatienten als sehr nützlich erwiesen. Speziell wurde MRI bisher für das Screenen periprothetischer Weichteilgewebe, für die Diagnose von Osteolyse und für die Visualisierung von Implantatgrenzflächen eingesetzt. Diese diagnostischen Vorrichtungen nutzen insbesondere die Vorteile einer visuelle Information in der Nähe von Implantatgrenzflächen. Nachteilig ist, dass Artefakte, die durch die Implantate in herkömmlichen MRI-Bildern induziert sind, am stärksten in der Nähe der Implantatgrenzflächen auftreten.
Ein vorgeschlagener Ansatz zum Reduzieren von MRI-Artefakten, die durch Implantate induziert sind, ist eine zweidimensionale FSE-Bildgebung, die ein Kippen des Beobachtungswinkels (VAT, View-Angle Tilting) verwendet. Obwohl dieser Ansatz in der Lage ist, planare Verzerrungen auf Kosten einer wesentlichen Verwaschung des Bilds zu verbessern, beseitigt er Verzerrungen in der Schichtauswahlrichtung nicht. In der Nähe von verwendeten metallischen Implantaten, die am stärksten paramagnetisch sind, werden zweidimensionale MR-Bilder durch Verzerrungen in der Schichtauswahlrichtung nahezu vollständig unkenntlich. Während vorgeschlagen wurde, Schichtverzerrung von VAT-Bildern in der Schichtrichtung zu korrigieren, ist der Einsatz dieses Ansatzes beschränkt, da er Signalanhäufungseffekte einer Bildverzerrung nicht korrigiert.
Es wäre daher wünschenswert, über ein System und ein Verfahren zu verfügen, das in der Lage ist, Bildartefakte in der Umgebung von Implantatgrenzflächen zu verringern. Weiter wäre es wünschenswert, den klinischen diagnostischen Zugriff auf interessierende Bereiche in der Umgebung von Implantatgrenzflächen zu verbessern.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-Vorrichtung ein MRI-System mit mehreren Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, und ein HF-Sender/Empfänger-System und einen HF-Schalter, der durch ein Pulsmodul gesteuert ist, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren. Die MRI-Vorrichtung enthält ferner einen Computer, der dafür programmiert ist, mehrere dreidimensionale (3D) MR-Datensätze zu akquirieren, wobei jeder dreidimensionale MR-Datensatz mittels einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz akquiriert ist, die auf einen Offset-Frequenzwert gesetzt sind, der für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist. Außerdem ist der Computer dafür programmiert auf der Grundlage der mehreren 3D-MR-Datensätze ein Verbundbild zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung die Schritte: Bestimmen einer gesonderten Mittenfrequenz für jede aus einer Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten und Durchführen der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten, wobei jede dreidimensionale Akquisition von MR-Daten eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz aufweist, die auf die dafür bestimmte gesonderte Mittenfrequenz eingestellt sind. Das Verfahren beinhaltet außerdem den Schritt des Erzeugens eines Verbundbilds anhand der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein von einem Rechner lesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, Befehle, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer dazu veranlassen, eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz einer ersten 3D-MR-Akquisition einzustellen, die gleich einer ersten Mittenfrequenzverschiebung ist, und die erste 3D-MR-Akquisition auszuführen, um einen ersten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren. Die Befehle veranlassen den Computer ferner, eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz einer zweiten 3D-MR-Akquisition einzustellen, die gleich einer zweiten Mittenfrequenzverschiebung ist, die sich von der ersten Mittenfrequenzverschiebung unterscheidet, und die zweite 3D-MR-Akquisition auszuführen, um einen zweiten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren. Die Befehle veranlassen den Computer außerdem, auf der Grundlage des ersten und zweiten Satzes ein Verbundbild zu rekonstruieren.
Vielfältige weitere Merkmale und Vorteile werden nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele, die gegenwärtig für eine Verwirklichung der Erfindung in Betracht gezogen werden.
In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines exemplarischen MR-Bildgebungssystems, das Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 ein Flussdiagramm eines MR-Bildgebungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ein Verfahren zur Erstellung einer Magnetfeldkarte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Geschaffen ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Akquirieren mehrere 3D-MR-Datensätze, wobei die Sendemittenfrequenz und die Empfangsmittenfrequenz jeder dreidimensionalen Akquisition von MR-Daten auf eine verschobene Frequenz eingestellt werden, die für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist. Ein einzelnes Bild wird anhand derjenigen 3D-MR-Datensätze aufgebaut, die reduzierte Artefakte und reduzierte Bildverzerrung aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 1 werden die Hauptkomponenten eines exemplarischen Magnetresonanz-Bildgebungs(MRI)-Systems 10 veranschaulicht, das Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienungskonsole 12 aus gesteuert, die eine Tastatur oder ein sonstiges Eingabegerät 13, ein Bedienfeld 14 und einen Displaybildschirm 16 enthält. Die Konsole 12 tauscht über eine Verbindungsstelle 18 Daten mit einem unabhängigen Computersystem 20 aus, das es einer Bedienperson ermöglicht, die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Displaybildschirm 16 zu steuern. Das Computersystem 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die über eine Rückwandplatine 20a Daten austauschen. Diese beinhalten ein Bildprozessormodul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Arbeitsspeichermodul 26, die möglicherweise einen Framepuffer umfassen, um Bilddatenfelder zu speichern. Das Computersystem 20 ist mit Archivierungsmedien, einem Permanent- oder Sicherungsspeicher oder einem Netzwerk zum Speichern von Bilddaten und Programmen verbunden und tauscht über ein serielles Hochgeschwindigkeitsverbindungselement 34 mit einer gesonderten Systemsteuerung 32 Daten aus. Das Eingabegerät 13 kann auf einer Maus, einem Joystick, einer Tastatur, einem Trackball, Touch-Screen, Lichtstift, einer Sprachsteuerung und/oder beliebigen ähnlichen oder äquivalenten Eingabegeräten basieren und kann zur interaktiven Vorgabe der Geometrie verwendet werden.
Die Systemsteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die über eine Rückwandplatine 32a untereinander verbunden sind. Diese beinhalten ein CPU-Modul 36 und ein Pulsgeneratormodul 38, die mit der Bedienungskonsole 12 über eine serielle Verbindung 40 verbunden sind. Über das Verbindungselement 40 empfängt die Systemsteuerung 32 Steuerbefehle von der Bedienperson, um die auszuführende Scansequenz anzuzeigen. Das Pulsgeneratormodul 38 veranlasst die Systemkomponenten, die gewünschte Scansequenz auszuführen, und erzeugt Daten, die die Zeitsteuerung, die Intensität und Form der erzeugten HF-Pulse und die Zeitsteuerung und Länge der Datenakquisitionsfenster anzeigen. Das Pulsgeneratormodul 38 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 42 verbunden, um die Zeitsteuerung und Form der Gradientenpulse anzuzeigen, die während des Scannens erzeugt werden. Das Pulsgeneratormodul 38 kann ferner Patientendaten von einer physiologischen Akquisitionssteuereinrichtung 44 empfangen, die Signale von einer Anzahl unterschiedlicher Sensoren aufnimmt, die an den Patienten angeschlossen sind, z. B. EKG-Signale von Elektroden, die an den Patienten angelegt sind. Letztendlich ist das Pulsgeneratormodul 38 mit einem Scanraum-Interfaceschaltkreis 46 verbunden, der Signale von vielfältigen Sensoren aufnimmt, die dem Zustand des Patienten und dem Magnetsystem zugeordnet sind. Über den Scanraum-Interfaceschaltkreis 46 nimmt ein Patientenpositionierungssystem 48 ferner Steuerbefehle auf, um den Patienten an die für das Scannen gewünschte Position zu bewegen.
Die durch das Pulsgeneratormodul 38 erzeugten Gradientenkurvenverläufe werden an das Gradientenverstärkersystem 42 angelegt, das die G_x-, G_y- und G_z-Verstärker aufweist. Jeder Gradientenverstärker regt eine entsprechende, allgemein mit 50 bezeichnete physikalische Gradientenspule in einer Gradientenspulenanordnung an, um die Magnetfeldgradienten hervorzubringen, die zur räumlichen Codierung akquirierter Signale verwendet werden. Die Gradientenspulenanordnung 50 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 52, die einen polarisierenden Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56 enthält. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die HF-Spule 56 eine Multikanalspule. Ein Wandlermodul 58 in der Systemsteuerung 32 erzeugt Pulse, die durch einen HF-Verstärker 60 verstärkt werden und die durch einen Sende/Empfangsschalter 62 an die HF-Spule 56 gekoppelt werden. Die sich ergebenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patientenemittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 56 erfasst werden und über den Sende/Empfangsschalter 62 an einen Vorverstärker 64 angelegt werden. Die verstärkten MR-Signale werden in dem Empfängerabschnitt der Sende/Empfangsvorrichtung 58 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende/Empfangsschalter 62 wird durch ein von dem Pulsgeneratormodul 38 ausgegebenes Signal gesteuert, um den HF-Verstärker 60 während des Sendemodus elektrisch mit der Spule 56 zu verbinden, und den Vorverstärker 64 während des Empfangsmodus mit der Spule 56 zu verbinden. Der Sende/Empfangsschalter 62 kann es außerdem ermöglichen, eine gesonderte HF-Spule (beispielsweise eine Oberflächenspule) entweder in dem Sende- oder in dem Empfangsmodus zu verwenden.
Die durch die Multikanal-HF-Spule 56 aufgenommenen MR-Signale werden durch das Wandlermodul 58 digitalisiert und zu einem Arbeitsspeichermodul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scanvorgang ist vollständig, wenn eine Gruppe unverarbeiteter k-Raum-Daten in dem Arbeitsspeichermodul 66 akquiriert ist. Diese unverarbeiteten k-Raum-Daten werden für jedes zu rekonstruierende Bild in voneinander unabhängige k-Raum-Datenfelder umgruppiert, und jedes derselben wird einem Arrayprozessor 68 eingegeben, der dazu dient, die Daten mittels einer Fourier-Transformation in ein Feld von Bilddaten zu überführen. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 34 dem Computersystem 20 übermittelt, wo sie in dem Arbeitsspeicher gespeichert werden. In Abhängigkeit von Steuerbefehlen 12, die über die Bedienungskonsole aufgenommen werden, können diese Bilddaten in einem Langzeitdatenspeicher archiviert werden, oder sie können durch den Bildprozessor 22 weiter verarbeitet werden und zu der Bedienungskonsole 12 übertragen und auf dem Display 16 wiedergegeben werden.
2 zeigt ein Verfahren 70 für eine MR-Bildgebung in der Umgebung metallischer Implantate eines Patienten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verfahren 70 anhand einer dreidimensionalen Fast-Spin-Echo-(FSE)-MR-Bildgebung beschrieben; jedoch kommt in Betracht, dass das Verfahren 70 für dreidimensionale Spin-Echosequenzen und sonstige dreidimensionale MR-Erfassungstechniken angewandt werden kann. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Computersystem 20 dafür programmiert sein, das Verfahren 70 durchzuführen. Das Verfahren 70 beginnt in Block 72 mit dem Schritt des Konfigurierens einer Pulsfolge einer MR-Akquisitionspulssequenz, die während jeder MR-Akquisition der MR-Bildgebung zu verwenden ist, um einen 3D-MR-Datensatz zu akquirieren. Die Pulsfolge ist so eingerichtet, dass keine Scheibenauswahl-Bildgebungsgradienten verwendet werden. Auf diese Weise lässt sich die Bildrekonstruktion vereinfachen. Die Form der Pulse der Pulsfolge in der MR-Akquisitionspulssequenz wird ebenfalls konfiguriert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Gauß-Impulsform als die Form für Pulse der Pulsfolge verwendet. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die verwendete Pulsform auf einer räumlich-spektralen Pulsform oder auf der Form eines harten oder quadratischen Pulses basieren.
In Block 74 werden Bildgebungsbandbreiten für die MR-Akquisitionen bestimmt. Eine Anregungspulsbandbreite für die MR-Akquisitionspulssequenz, die zum Akquirieren von MR-Daten zu verwenden ist, sowie eine Bandbreite von verwendeten Refokussierungspulsen wird bestimmt. Die verwendete Refokussierungspulsbandbreite wird so bestimmt, das sie kleiner oder gleich der Bandbreite des Anregungspulses ist. Eine Empfängerbandbreite für die Empfangsspulenmatrix, die verwendet wird, um während der MR-Akquisitionspulssequenz MR-Daten zu akquirieren, wird auf eine Bandbreite eingestellt, die größer ist als diejenige, die gewöhnlich in dreidimensionaler FSE-Bildgebung verwendet wird. In einem Beispiel ist die Empfängerbandbreite auf +/–125 kHz gesetzt. Es kommt in Betracht, dass die Empfängerbandbreite auch auf einen Wert größer als +/–125 kHz gesetzt werden kann. In dem beschriebenen Verfahren, ist eine verstimmte Auslesewerteverzerrung auf Frequenzverschiebungen beschränkt, die in dem HF-Refokussierungsband enthalten sind. Ein Einstellen der Empfängerbandbreite trägt daher dazu bei, diese restliche Auslesewerteverzerrung in rekonstruierten Bildern auf ein Minimum zu reduzieren.
In Block 76 wird ein Resonanzintervall bestimmt, das eine Verschiebung zwischen Sätzen von akquirierten MR-Daten sowohl für die Resonanzmittenfrequenz für das Senden als auch für die Resonanzmittenfrequenz für den Empfang kennzeichnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Resonanzintervall kleiner als die Bandbreite der verwendeten Refokussierungspulse. In Block 78 wird eine Resonanzintervallsequenz bestimmt, um 3D-MR-Datensätze zu akquirieren. Die Resonanzintervallsequenz schließt Offset-Frequenzwerte, oder B₀-Werte ein, auf die Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen während einer MR-Akquisition eingestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt die Resonanzintervallsequenz einen Offset-Frequenzwert von Null ein. Zusätzliche Werte in der Resonanzintervallseqenz schließen Vielfache des Resonanzintervalls ein. Beispielsweise kann die Resonanzintervallsequenz beinhalten, Werte für die Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen auf jede Verschiebungsstufe von 1 kHz im Bereich von –7 kHz bis +7 kHz zu setzen.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Resonanzintervallsequenz eingestellt, um die Offset-Frequenzwerte zu überlappen oder zu verschachteln, so dass sequentielle MR-Akquisitionen, die auf den Offset-Frequenzwerten basieren, MR-Daten nicht mit den Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen akquirieren, die auf sequentielle Offset-Frequenzwerte gesetzt sind. Beispielsweise kann eine verschachtelte Resonanzintervallsequenz mit einem Resonanzintervall (oder einer Verschiebungsstufe) von 1 kHz im Bereich von –7 kHz bis +7 kHz die folgende Reihenfolge aufweisen: [–7, 1, –5, 3, –3, 5, –1, 7, –6, 0, –4, 6, –2, 4, 2 kHz]. Dementsprechend sind benachbarte Werte in der Resonanzintervallsequenz um mehr als die Verschiebungsstufe von 1 kHz getrennt. Ein Verschachteln der Resonanzintervallsequenz in diese Weise reduziert eine Wechselwirkung zwischen Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten in einem Bildgebungsscanvorgang. Wie nachfolgend beschrieben, wird jeder Offset-Frequenzwert in der Resonanzintervallsequenz als die Sende- und Empfangsmittenfrequenz für eine unterschiedliche dreidimensionale Akquisition von MR-Daten verwendet. In einem Ausführungsbeispiel kann ein MR-Bildgebungsscanvorgang (bzw. Protokoll) so eingerichtet sein, dass ein erster Satz von Akquisitionen während eines einzelnen Scanvorgangs eine Resonanzintervallsequenz mit den Offset-Frequenzwerten [–7, 1, –5, 3, –3, 5, –1, 7 kHz] verwendet, und dass während eines weiteren einzelnen Scanvorgangs ein zweiter Satz von Akquisitionen eine Resonanzintervallsequenz mit den Offset-Frequenzwerten [–6, 0, –4, 6, –2, 4, 2 kHz] verwendet. Die oben aufgelisteten Resonanzintervallsequenzwerte dienen lediglich der Veranschaulichung und beschränken die Erfindung nicht. Es kommen auch andere und verschiedene Reihenfolgen und Werte für die Resonanzintervallsequenzwerte in Betracht und fallen in den Schutzumfang der Erfindung.
In Block 80 werden die Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen für eine dreidimensionale Akquisition von MR-Daten beide auf einen der Werte in der Resonanzintervallsequenz gesetzt, insbesondere werden die Sendemittenfrequenz und die Empfangsmittenfrequenz für die Akquisition auf denselben Offset-Frequenzwert eingestellt. In Block 82 werden 3D-MR-Daten mittels der Scanparameter und der Sequenzen akquiriert, die in den vorausgehenden Schritten des Verfahrens 70 konfiguriert und bestimmt wurden. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die 3D-MR-Daten unter Verwendung nicht paralleler Bildgebungstechniken akquiriert. Die 3D-MR-Daten können durch die Multikanal-HF-Spule 56 nach 1 oder über eine weitere Multikanalempfangsspule akquiriert werden. Allerdings wird in Erwägung gezogen, dass auch parallele Bildgebungstechniken, beispielsweise ARC und dergleichen, verwendet werden können, und dass mehrere Multikanalempfangsspulen genutzt werden können, um die 3D-MR-Daten zu akquirieren. In Block 84 wird bestimmt, ob eine weitere dreidimensionale Akquisition von MR-Daten ausgeführt werden soll. Falls sämtliche Offset-Frequenzwerte in der Resonanzintervallsequenz nicht zur Anwendung gekommen sind 86, kehrt die Verfahrensteuerung zu Block 80 zurück, um die Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen für die nächste dreidimensionale Akquisition von MR-Daten auf einen weiteren der Offset-Frequenzwerte in der Resonanzintervallsequenz einzustellen, und in Block 82 werden, wie im Vorausgehenden beschrieben, 3D-MR-Daten für einen weiteren 3D-MR-Datensatz akquiriert. Falls sämtliche Offset-Frequenzwerte in der Resonanzintervallsequenz verwendet sind 88, wird in Block 90 für jeden akquirierten MR-Datensatz ein Bild rekonstruiert, so dass dadurch eine Sammlung von Bildern entsteht. Jedes Bild wird mittels bekannter Rekonstruktionstechniken rekonstruiert.
Ein endgültiges, einzelnes Verbundbild wird in Block 92 konstruiert. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Verbundbild mittels der Maximalintensitätsprojektion (MIP) jedes Pixels aus der Sammlung von Bildern konstruiert. Eine vorbestimmte Pixelposition in jedem Bild der Sammlung von Bildern wird verwendet, um zu bestimmen, welches Bild die Projektion größter Intensität für die vorbestimmte Pixelposition enthält. Der Projektionswert größter Intensität wird anschließend für die gleiche Position in dem endgültigen Verbundbild verwendet.
In noch einem Ausführungsbeispiel kann das endgültige, einzelne Verbundbild mittels iterativer Rekonstruktion auf der Grundlage einer Magnetfeldkarte konstruiert werden. 3 zeigt ein Verfahren 106 für die Erstellung einer Magnetfeldkarte gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In Block 108 werden mehrere rekonstruierte MR-Bilder ausgewählt. In einem Ausführungsbeispiel werden die mehreren rekonstruierten MR-Bilder aus einem Bildspeicherort, beispielsweise dem in 1 gezeigten Speicher 26 oder aus einem anderen von einem Rechner lesbaren Speichermedium, abgerufen. Die mehreren rekonstruierten Bilder können mittels des in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Verfahrens erzeugt werden. In noch einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl von rekonstruierten MR-Bildern spontan erzeugt werden. Beispielsweise kann die Anzahl von MR-Bildern mittels des in Zusammenhang mit 2 beschriebenen Verfahrens erzeugt werden. In Block 110 werden Pixel für jedes aus der Anzahl von MR-Bildern untersucht, um für jede Pixelposition zu bestimmen, welches Bild aus der Anzahl von MR-Bildern die maximale Intensität aufweist. In Block 112 wird jeder Pixelposition in der Magnetfeldkarte der Offset-Frequenzwert oder B₀-Wert zugeordnet, auf den die Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen in dem Bild eingestellt sind, das als dasjenige bestimmt wurde, das die maximale Intensität für die entsprechende Pixelposition aufweist. Beispielsweise kann für eine vorgegebene Magnetfeldkartenpixelposition das Bild, das mittels der auf 3 kHz gesetzten Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen akquiriert wurde, die maximale Intensität für die entsprechende Pixelposition aufweisen. Dementsprechend wird der Wert von 3 kHz für die vorgegebene Magnetfeldkartenpixelposition verwendet. Für eine benachbarte Magnetfeldkartenpixelposition kann bestimmt werden, dass das Bild, das mit den auf –4 kHz gesetzten Sende- und Empfangsresonanzmittenfrequenzen akquiriert wurde, die maximale Intensität für die entsprechende Pixelposition aufweisen kann. Dementsprechend wird der Wert von –4 kHz für die benachbarte Magnetfeldkartenpixelposition verwendet.
Indem wieder auf 2 eingegangen wird, kann das Verbundbild in einem anderen Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Quadratsummenverfahren konstruiert sein, wobei die MR-Datensätze unter Verwendung von Gauß-Pulsen akquiriert werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Schritte des Verfahrens 70 in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen ausgeführt werden können, und dass dies in den Schutzbereich von Ausführungsbeispielen der Erfindung fällt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung ermöglichen eine verbesserte MR-Bildgebung in der Umgebung metallischer Implantate, so dass Artefakte und Bildverzerrung reduziert werden. Darüber hinaus lassen sich Ausführungsbeispiele der Erfindung in einer MR-Bildgebung verwenden, bei der eine wesentliche Heterogenität des B₀-Magnetfeld vorliegt.
Ein technischer Beitrag für das offenbarte Verfahren und die Vorrichtung basiert darauf, dass ein computergestütztes Verfahren für MR-Bildgebung in inhomogenen Magnetfeldern geschaffen ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine Magnetresonanzbildgebungs-(MRI)-Vorrichtung ein MRI-System mit mehreren Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, und ein HF-Sender/Empfänger-System und einen HF-Schalter, der durch ein Pulsmodul gesteuert ist, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren. Die MRI-Vorrichtung enthält ferner einen Computer, der dafür programmiert ist, mehrere dreidimensionale (3D-)MR-Datensätze zu akquirieren, wobei jeder dreidimensionale MR-Datensatz mittels einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz akquiriert ist, die auf einen Offset-Frequenzwert gesetzt sind, der für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist. Der Computer ist ferner dafür programmiert, ein einzelnes Verbundbild auf der Grundlage der mehreren 3D-MR-Datensätze zu erzeugen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung ein Bestimmen einer gesonderten Mittenfrequenz für jede aus einer Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten und ein Durchführen der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten, wobei jede dreidimensionale Akquisition von MR-Daten eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz aufweist, die auf die dafür bestimmte gesonderte Mittenfrequenz gesetzt sind. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Erzeugen eines Verbundbilds anhand der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten.
Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein von einem Rechner lesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, Befehle, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer dazu veranlassen, eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz einer ersten 3D-MR-Akquisition einzustellen, die gleich einer ersten Mittenfrequenzverschiebung ist, und die erste 3D-MR-Akquisition auszuführen, um einen ersten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren. Weiter veranlassen die Befehle den Computer, eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz einer zweiten 3D-MR-Akquisition einzustellen, die gleich einer zweiten Mittenfrequenzverschiebung ist, die sich von der ersten Mittenfrequenzverschiebung unterscheidet, und die zweite 3D-MR-Akquisition auszuführen, um einen zweiten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren. Die Befehle veranlassen den Computer außerdem, auf der Grundlage des ersten und zweiten Satzes ein Verbundbild zu rekonstruieren.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, und es ist klar, dass äquivalente, abgewandelte und modifizierte Formen neben den ausdrücklich genannten möglich sind und im Schutzumfang der beigefügten Ansprüche liegen.
Zusammenfassung
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur MR-Bildgebung in inhomogenen Magnetfeldern beinhaltet ein Akquirieren mehrerer dreidimensionaler (3D-)MR-Datensätze, wobei jeder Datensatz eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz aufweist, die auf eine Frequenzverschiebung eingestellt sind, die für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist. Auf der Grundlage der mehreren 3D-MR-Datensätze wird ein Verbundbild erzeugt.

Claims

Magnetresonanz-(MRI)-Vorrichtung, zu der gehören: ein MRI-System mit mehreren Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten positioniert sind, und ein HF-Sender/Empfänger-System sowie ein HF-Schalter, der durch ein Pulsmodul gesteuert wird, um HF-Signale an eine HF-Spulenanordnung zu übertragen, um MR-Bilder zu akquirieren; und ein Computer, der dafür programmiert ist, folgende Schritte auszuführen: Akquirieren mehrerer dreidimensionaler (3D-)MR-Datensätze, wobei jeder dreidimensionale MR-Datensatz mittels einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz akquiriert ist, die auf einen Offset-Frequenzwert gesetzt sind, der für jeden 3D-MR-Datensatz gesondert ist; und Erzeugen eines Verbundbildes auf der Grundlage der mehreren 3D-MR-Datensätze.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, jeden der mehreren 3D-MR-Datensätze zu akquirieren, ohne eine Scheibenauswahl durch Bildgebungsgradienten zu verwenden.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, jeden der mehreren 3D-MR-Datensätze unter Verwendung einer Empfängerbandbreite von wenigstens +/–125 kHz zu akquirieren.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, jeden der mehreren 3D-MR-Datensätze unter Verwendung wenigstens einer Multikanalempfangsspule zu akquirieren.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, für jeden der mehreren 3D-MR-Datensätze ein Bild zu rekonstruieren.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, an den rekonstruierten Bildern ein Maximalintensitätsprojektionsverfahren durchzuführen, um das Verbundbild hervorzubringen.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, an den rekonstruierten Bildern ein Quadratsummenverfahren durchzuführen, um das Verbundbild hervorzubringen.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, anhand der rekonstruierten Bilder eine Magnetfeldkarte zu erzeugen.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, mittels der Magnetfeldkarte eine iterative Rekonstruktion durchzuführen, um das Verbundbild hervorzubringen.
MRI-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, Offset-Frequenzwerte zu überlappen, die verwendet werden, um die mehreren 3D-MR-Datensätze zu akquirieren, so dass sequentielle 3D-MR-Datensätze mittels nicht sequentieller Offset-Frequenzwerte akquiriert werden.
Verfahren zur Magnetresonanz-(MR)-Bildgebung, mit den Schritten: Bestimmen einer gesonderten Mittenfrequenz für jede aus einer Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten; Durchführen der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten, wobei jede dreidimensionale Akquisition von MR-Daten eine Sendemittenfrequenz und eine Empfangsmittenfrequenz aufweist, die auf die dafür bestimmte gesonderte Mittenfrequenz eingestellt sind; und Erzeugen eines Verbundbilds anhand der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt der Durchführung der Anzahl von Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten ein Erzeugen einer Pulsfolge beinhaltet, die räumliche Spektralpulse, Gauß-Pulse und/oder quadratische Pulse enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Pulsfolge dazu eingerichtet ist, eine Scheibenauswahl mittels Bildgebungsgradienten zu vermeiden.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt des Rekonstruierens eines Bildes für jede der mehreren Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten, wobei das Erzeugen des Verbundbilds ein Anwenden eines Maximalintensitätsprojektionsverfahrens auf die rekonstruierten Bilder beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt des Rekonstruierens eines Bildes für jede der mehreren Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten, wobei das Erzeugen des Verbundbilds ein Anwenden eines Quadratsummenverfahrens auf die rekonstruierten Bilder beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit den Schritten: Rekonstruieren eines Bildes für jede der mehreren Akquisitionen dreidimensionaler MR-Daten; Erzeugen einer Magnetfeldkarte anhand der rekonstruierten Bilder; und wobei das Erzeugen des Verbundbilds ein Durchführen einer iterativen Rekonstruktion mittels der Magnetfeldkarte beinhaltet.
Von einem Rechner lesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das Befehle enthält, die bei Ausführung durch einen Computer den Computer zu folgenden Schritten veranlasst: Einstellen einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz einer ersten 3D-MR-Akquisition, die gleich einer ersten Mittenfrequenzverschiebung ist; Ausführen der ersten 3D-MR-Akquisition, um einen ersten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren; Einstellen einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz einer zweiten 3D-MR-Akquisition, die gleich einer zweiten Mittenfrequenzverschiebung ist, die sich von der ersten Mittenfrequenzverschiebung unterscheidet; Ausführen der zweiten 3D-MR-Akquisition, um einen zweiten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren; Rekonstruieren eines Verbundbilds auf der Grundlage des ersten und zweiten Satzes.
Von einem Rechner lesbares Speichermedium nach Anspruch 17, wobei die Befehle, die den Computer dazu veranlassen, das Verbundbild zu rekonstruieren, den Computer zu folgenden Schritten veranlassen: Vergleichen einander entsprechender Pixel zwischen dem ersten und zweiten Satz von 3D-MR-Daten; und Auswählen eines der einander entsprechenden Pixel, das die größte Intensität aufweist, für das Verbundbild.
Von einem Rechner lesbares Speichermedium nach Anspruch 17, wobei die Befehle, die den Computer veranlassen, die erste und zweite dreidimensionale MR-Akquisition auszuführen, bewirken, dass der Computer die erste und zweite dreidimensionale MR-Akquisitionen ausführt, ohne eine Scheibenauswahl mittels Bildgebungsgradienten zu verwenden.
Von einem Rechner lesbares Speichermedium nach Anspruch 17, wobei die Befehle, die den Computer veranlassen, das Verbundbild zu rekonstruieren, den Computer zu folgenden Schritten veranlassen: Erstellen einer Magnetfeldkarte auf der Grundlage mindestens des ersten und zweiten Satzes von 3D-MR-Daten; und schrittweises Rekonstruierendes Verbundbilds auf der Grundlage mindestens der Magnetfeldkarte und des ersten und zweiten Satzes von 3D-MR-Daten.
Von einem Rechner lesbares Speichermedium nach Anspruch 17, wobei die Befehle ferner den Computer zu folgenden Schritten veranlassen: Einstellen einer Sendemittenfrequenz und einer Empfangsmittenfrequenz einer dritten 3D-MR-Akquisition, die gleich einer dritten Mittenfrequenzverschiebung ist; Ausführen der dritten 3D-MR-Akquisition, um einen dritten Satz von 3D-MR-Daten zu akquirieren; und Überlappen der Sende- und Empfangsmittenfrequenzen der ersten, zweiten und dritten 3D-MR-Akquisition, so dass die Sende- und Empfangsmittenfrequenzen der ersten oder der dritten 3D-MR-Akquisition zwischen den Sende- und Empfangsmittenfrequenzen der anderen 3D-MR-Akquisitionen angeordnet ist.