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HINTERGRUND
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Allgemein basieren magnetische Resonanzbildgebungsuntersuchungen (MRI-Untersuchungen) auf der Interaktion zwischen einem primären magnetischen Feld, einem hochfrequenten (HF) magnetischen Feld und zeitvariierenden magnetischen Gradientenfeldern mit einem gyromagnetischen Material, das atomare Spins innerhalb eines interessierenden Subjekts aufweist, wie etwa einem Patienten. Bestimmte gyromagnetische Materialien, wie etwa Wasserstoffatome in Wassermolekülen, haben charakteristisches Verhalten als Antwort auf externe magnetische Felder. Die Präzession des Spins dieser Atome kann durch Manipulation der Felder beeinflusst werden, um HF-Signale zu erzeugen, die detektiert, verarbeitet und zur Rekonstruktion eines brauchbaren Bildes rekonstruiert werden können.
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Die zur Erzeugung von Bildern verwendeten magnetischen Felder in MRI-Systemen weisen ein sehr gleichförmiges statisches Magnetfeld auf, das durch einen Primärmagneten erzeugt wird. Eine Reihe von Gradientenfeldern wird durch einen Satz von Gradientenspulen erzeugt, die um das Bildgebungsvolumen herum angeordnet sind, in das das Subjekt angeordnet wird. Die Gradientenfelder kodieren die Positionen von einer individuellen Ebene oder Volumenelementen („pixel“ oder „voxel“) in zwei oder drei Dimensionen. Eine HF-Spule wird verwendet, um ein HF-Magnetfeld zu erzeugen. Das HF-Magnetfeld stört die Spins von einigen der gyromagnetischen Atome aus ihren Gleichgewichtsrichtungen, wodurch die Spins veranlasst werden, um die Achse ihrer Gleichgewichtsmagnetisierung zu präzessieren. Während dieser Präzession werden Hochfrequenzfelder durch das rotierende, präzessierende Atom emittiert durch entweder dieselbe übertragende HF-Spule oder durch eine oder mehrere separate Spulen detektiert. Diese Signale werden verstärkt, gefiltert und digitalisiert. Die digitalisierten Signale werden dann unter Verwendung von einem oder mehreren Algorithmen verarbeitet, um ein brauchbares Bild zu rekonstruieren.
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In der Praxis kann das Betreiben der Gradientenspulen zu substantiellen Umfängen von akustischen Geräuschen führen aufgrund der verwendeten Wellenformen und der Weise, auf welche diese Wellenformen akustisch interagieren. Ein aktuelles Vorgehen für eine geräuscharme MRI kann sehr kleine Abstrahlwinkelerregungspulse verwenden, was zu einem inhärenten Protonendichtekontrast führt und was die Verwendung von anderen Arten von verfügbarem Kontrast beschränkt. Um diese Probleme zu lösen, verwenden einige Vorgehen Spin-Vorbereitungssequenzen, um den Bereich des verfügbaren Kontrasts zu erweitern, aber solche Vorgehensweisen beinhalten eine zusätzliche Komplexität und Scandauer. Daher besteht ein Bedarf für geräuscharme MRI-Vorgehensweisen, die nicht unter denselben Beschränkungen leiden.
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KURZE BESCHREIBUNG
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Bei dem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Betreiben von Gradientenspulen eines Magnetresonanzbildgebungssystems bereitgestellt. Das Verfahren enthält den Schritt des Betreibens von zumindest einer ersten Gradientenspule, die einer ersten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer ersten Sinusgradientenwellenform und einer zweiten Gradientenspule, die einer zweiten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer zweiten Sinusgradientenwellenform. HF-Impulse werden bei einem oder mehreren Kreuzungsereignissen erzeugt, wenn die erste Sinusgradientenwellenform und die zweite Sinusgradientenwellenform ihre jeweilige Gradientennulllinie kreuzen. Ein entsprechendes Auslesesignal wird nach jedem HF-Impuls erhalten. Ein Bild wird unter Verwendung des erhaltenen Auslesesignals erzeugt.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden eine oder mehrere physische, nicht transitorische, maschinenlesbare Medien bereitgestellt, die prozessorausführbare Routinen kodieren. Die Routinen, wenn sie durch einen Prozessor ausgeführt werden, veranlassen Aktionen, die ausgeführt werden sollen aufweisend: Betreiben von zumindest einer ersten Gradientenspule, die einer ersten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer ersten Sinusgradientenwellenform und einer zweiten Gradientenspule, die einer zweiten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer zweiten Sinusgradientenwellenform; Erzeugen von HF-Impulsen bei einem oder mehreren Kreuzungsereignissen, wenn die erste Sinusgradientenwellenform und die zweite Sinusgradientenwellenform ihre jeweilige Gradientennulllinie kreuzen; Erhalten eines jeweiligen Auslesesignals nach jedem HF-Impuls; und Erzeugen eines Bildes unter Verwenden der erhaltenen Auslesesignale.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird ein Magnetresonanzbildgebungssystem (MRI-System) bereitgestellt. Das MRI-System enthält einen Primärfeldmagneten, eine Mehrzahl von Gradientenfeldspulen, eine Hochfrequenzübertragungsspule (HF-Übertragungsspule), eine Anordnung von Empfangsspulen und eine Steuerschaltkreisanordnung, der mit dem Gradientenfeldspulen, der HF-Übertragungsspulen und der Anordnung von Empfangsspulen verbunden ist. Die Steuerschaltkreisanordnung ist eingerichtet zum: Betreiben von zumindest einer ersten Gradientenspule, die einer ersten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer ersten Sinusgradientenwellenform und einer zweiten Gradientenspule, die einer zweiten Gradientenrichtung zugeordnet ist unter Verwendung einer zweiten Sinusgradientenwellenform; Erzeugen von HF-Impulsen bei einem oder mehreren Kreuzungsereignissen, wenn die erste Sinusgradientenwellenform und die zweite Sinusgradientenwellenform ihre jeweilige Gradientennulllinie kreuzen, Erhalten eines jeweiligen Auslesesignals nach jedem HF-Impuls; und Erzeugen eines Bildes unter Verwendung der erhaltenen Auslesesignale.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden werden, wenn die nachfolgende detaillierte Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in der gleiche Bezugszeichen durchgängig zu den Zeichnungen gleiche Teile darstellen, wobei:
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1 eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels eines Magnetresonanzbildgebungssystems (MR-Bildgebungssystems) ist, das dazu eingerichtet ist, MR-Bilder zu erhalten und die Bildkorrekturtechniken, die hierin beschrieben sind, in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung auszuführen;
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2A ein Ausführungsbeispiel eines Impulssequenzschemas darstellt, das versetzte Sinusgradientenwellenformen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verwendet;
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2B k-Raumkomponenten für das Impulssequenzschema aus 2A in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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2C ein Beispiel einer radialen k-Raumtrajektorie für das Impulssequenzschema aus 2A in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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3A ein Ausführungsbeispiel eines Impulssequenzschemas unter Verwendung von Sinusgradientenwellenformen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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3B axiale k-Raumkomponenten für das Impulssequenzschema aus 3A in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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3C ein Ausführungsbeispiel einer radialen k-Raumtrajektorie für das Impulssequenzschema aus 3A in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Impulssequenzschemas unter Verwendung von Sinusgradientenwellenformen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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5 ein Ausführungsbeispiel eines Impulssequenzschemas unter Verwendung von nicht kontinuierlichen Sinusgradientenwellenformen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt;
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6 die Effekte der Anwendung eines Rechteckerregungsimpulses bei einem Sinuswellengradientennulldurchgang in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt; und
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7 die Anwendung eines Rechteckerregungsimpulses bei einem nicht kontinuierlichen Sinuswellengradientennulldurchgang in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine oder mehrere spezifische Ausführungsbeispiele werden nachfolgend beschrieben. In einem Versuch um eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsbeispiele bereitzustellen, mögen nicht alle Merkmale einer aktuellen Implementierung in der Beschreibung beschrieben werden. Es sollte verstanden werden, dass bei der Entwicklung von irgendeiner solchen aktuellen Implementierung, wie in jedem Ingenieur- oder Designprojekt, eine Vielzahl von implementationsspezifischen Entscheidungen getroffen werden müssen, um die besonderen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie etwa die Übereinstimmung mit systembezogenen und geschäftsbezogenen Beschränkungen, die von einer Implementierung zu einer anderen variieren können. Außerdem sollte es verstanden werden, dass eine solche Entwicklungsanstrengung komplex und zeitraubend sein kann, aber nichts desto weniger eine Routineunternehmung des Designs, der Fabrikation und der Herstelldung für Durchschnittsfachleute ist, die den Nutzen dieser Offenbarung haben.
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Wenn Elemente von verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung angeführt werden, sind die Artikel „ein/eine/einer/...“, „der/die/das“ und „dieser/diese/ dieses...“ dazu bestimmt zu bedeuten, dass ein oder mehrere von diesen Elemente vorhanden sind. Die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, und „mit“ sind dazu bestimmt inklusiv zu sein und zu bedeuten, dass dort zusätzliche Elemente vorhanden sein können, andere als die aufgelisteten Elemente. Außerdem sind irgendwelche numerischen Beispiele in der nachfolgenden Erläuterung dazu bestimmt nicht beschränkend zu sein und daher können zusätzliche numerische Werte, Bereiche und Prozentangaben in dem Bereich der offenbarten Ausführungsbeispiele sein.
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Wie oben erläutert, können aktuelle MRI-Vorgehensweisen zu einer relativ lauten Umgebung führen, wobei das Betreiben der Gradientenspulen insbesondere zu akustischen Lärm führt. Wie es hierin erläutert wird, werden verschiedene Vorgehensweisen offenbart, die Gradientenwellenformen verwenden, die reine (oder im Wesentlichen reine) Töne (z.B. Sinuswellen oder Trapeze mit wechselnder Polarität und langen Rampen, die Sinuswellen annähern) auf zumindest zwei oder allen drei Gradientenachsen sind. Wenn diese mit einer Wiederholzeitdauer (TR) (d.h. das Zeitintervall zwischen aufeinander folgenden HF-Impulsen) größer als ein bestimmter Schwellenwert verwendet werden, der abhängig von der verwendeten Impulssequenz variieren kann, kann die resultierende Grundfrequenz im Wesentlichen unhörbar sein gegenüber den Umgebungsgeräuschen (z.B. unterhalb 60 Hz). Als ein Beispiel entsprechen Frequenzen zwischen 10 Hz bis 60 Hz jeweils TRen von zwischen jeweils 100 ms bis 16,7 ms für bestimmte in Betracht gezogene Gradientenechoimpulssequenzen (GRE-Impulssequenzen), die vertikal versetzte Gradientenwellenformen verwenden. Bei anderen Beispielen entsprechen Frequenzen zwischen 10 Hz bis 60 Hz TRen zwischen 50 ms bis 8,3 ms für bestimmte in Betracht gezogene Gradientenechoimpulssequenzen (GRE-Impulssequenzen), bei denen die Gradientenwellenformen nicht versetzt sind. Bei weiteren Ausführungsbeispielen, für bestimmte in Betracht gezogene Multiecho-Gradientenechoimpulssequenzen (GRE-Impulssequenzen), bei denen die Gradientenwellenformen nicht versetzt sind, entsprechen Frequenzen zwischen 10 Hz bis 60 Hz TRen jeweils zwischen 200 ms bis 33,3 ms.
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Mit Bezug auf die Bildgebung können die HF-Erregungsimpulse bei bestimmten Ausführungsbeispielen bei Nulldurchgängen der Gradienten angelegt werden (wie etwa bei jedem Nulldurchgang oder bei wechselnden Nulldurchgängen) was größere anzulegende Abstrahlwinkel (potentiell bis zu 90°) ermöglicht, als die, die in aktuellen geräuscharmen Vorgehensweisen möglich sind. Signale können bei anderen Ausführungsbeispielen unmittelbar auf die HF-Impulse folgend während wechselnder Gradientenerhebungen erfasst werden. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Gradientenrichtungen in drei Dimensionen (3D) spiralisiert, was zu einer radialen Nadelkissen-k-Raumtrajektorie führt. Wenn sie verwendet wird, bringen derart Spiralisierte nur begrenzte Harmonische mit sich.
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Unter Berücksichtigung des vorstehenden können die beschriebenen Vorgehensweisen durch ein Magnetresonanzbildgebungssystem (MRI-System) ausgeführt werden, auf dem bestimmte Bildgebungsabläufe durch einen Bediener (z.B. einen Radiologen) initiiert werden. Das MRI-System kann eine Datenerfassung, Datenkonstruktion, Bildrekonstruktion/Bildsynthese und eine Bildbearbeitung ausführen. Entsprechend ist unter Bezugnahme auf 1 ein Beispiel eines geeigneten Magnetresonanzbildgebungssystems 10 schematisch veranschaulicht als einen Scanner 12, einen Scannersteuerschaltkreis 14 und eine Systemsteuerschaltkreisanordnung 16 enthaltend. Das System 10 enthält außerdem Systeme oder Einrichtungen für entfernten Zugriff und zur Speicherung, wie Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme (PACS) 18 oder andere Einrichtungen, wie etwa Teleradiologieausrüstungen, so dass auf durch das System 10 erhaltene Daten vor Ort oder von außerhalb zugegriffen werden kann. Während das MRI-System irgendeinen geeigneten Scanner oder Detektor aufweisen kann, enthält das System 10 bei der dargestellten Ausführungsform einen Ganzkörperscanner 12 mit einem Gehäuse 20, hindurch das eine Lochöffnung 22 gebildet ist. Ein Tisch 24 ist in der Lochöffnung 22 bewegbar, um es zu ermöglichen, einen Patienten 26 darin zur Bildgebung der ausgewählten Anatomie innerhalb des Patienten 26 zu positionieren. Die ausgewählte Anatomie kann durch eine Kombination der Patientenpositionierung, der ausgewählten Erregung von bestimmten gyromagnetischen Anatomen innerhalb des Patienten 26 und durch Verwendung von bestimmten Merkmalen zum Empfang von Daten von den erregten Atomen, wie sie rotieren und präzisieren aufgenommen werden, wie es nachfolgend beschrieben ist.
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Der Scanner 12 enthält eine Reihe von zugeordneten Spulen zur Erzeugung gesteuerter magnetischer Felder zur Erregung des gyromagnetischen Materials innerhalb der aufgenommenen Anatomie des Subjekts. Insbesondere wird eine Primärmagnetspule 28 zur Erzeugung eines Primärmagnetfeldes bereitgestellt, das im Wesentlichen mit der Lochöffnung 22 ausgerichtet ist. Eine Reihe von Gradientenspulen 30, 32 und 34 ermöglichen das Erzeugen von gesteuerten magnetischen Gradientenfeldern zur Positionskodierung von bestimmten der gyromagnetischen Atome innerhalb des Patienten 26 während der Untersuchungssequenzen. Eine Hochfrequenzspule (HF-Spule) 36 ist bereitgestellt und dazu eingerichtet, Hochfrequenzimpulse zur Erregung der bestimmten gyromagnetischen Atome innerhalb des Patienten zu erzeugen.
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Zusätzlich zu den Spulen, die in dem Scanner 12 angeordnet sein können, enthält das System auch eine separate Gruppe von Empfangsspulen 38 (z.B. eine phasengesteuerte Gruppe von Spulen), die zur Anordnung in der Nähe (z.B. gegen) den Patienten 26 eingerichtet ist. Die Empfangsspulen 38 können irgendeine Geometrie aufweisen, aufweisend sowohl gekapselte als auch einseitige Geometrien. Als ein Beispiel, können die Empfangsspulen 38 zervikale/thorakale/lumbale (CTL) Spulen, Kopfspulen, einseitige Wirbelsäulenspulen, usw. aufweisen. Allgemein sind die Empfangsspulen 38 nahe am oder auf dem Patienten 26 angeordnet, um die schwachen HF-Signale (schwach gegenüber den übertragenen Impulsen, die durch die Scannerspulen erzeugt werden) zu empfangen, die durch bestimmte der gyromagnetischen Atome innerhalb des Patienten 26 erzeugt werden, wenn sie in ihren Gleichgewichtszustand zurückkehren. Die Empfangsspulen 38 können ausgeschaltet werden, um die Übertragungsimpulse, die durch die Scannerspulen erzeugt werden, nicht zu empfangen bzw. mit diesen zu schwingen und können eingeschaltet werden, um die HF-Signale, die durch die relaxierenden gyromagnetischen Atome erzeugt werden, zu empfangen oder mit diesen zu schwingen.
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Die unterschiedlichen Spulen des Systems 10 sind durch externe Schaltkreisanordnungen gesteuert, um das gewünschte Feld und die gewünschten Impulse zu erzeugen und die Emissionen des gyromagnetischen Materials in einer kontrollierten Weise zu lesen. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel stellt eine Hauptenergieversorgungseinrichtung 40 Energie für die Primärfeldspule 28 bereit. Ein Treiberschaltkreis 42 ist bereitgestellt, um die Gradientenfeldspulen 30, 32 und 34 pulsierend zu betreiben, wie etwa durch Verwendung von Wellenformen und Impulssequenzen, wie sie hierin erläutert sind. Solch ein Schaltkreis kann Verstärkungs- und Steuerschaltkreisanordnungen zum Zuführen von Strom zu den Spulen aufweisen, wie es durch die digitalisierten Impulssequenzausgangssignale durch den Scannersteuerschaltkreis 14 definiert ist. Ein weiterer Steuerschaltkreis 44 ist zur Regelung des Betriebs der HF-Spule 36 bereitgestellt. Der Schaltkreis 44 enthält eine Schalteinrichtung, um zwischen den aktiven und inaktiven Betriebsmodi zu wechseln, wobei die HF-Spule 36 Signale überträgt bzw. keine Signale überträgt. Der Schaltkreis 44 enthält auch eine Verstärkungsschaltkreisanordnung zur Erzeugung der HF-Impulse. Gleichermaßen sind die Empfangsspulen 38 mit dem Schalter 46 verbunden, der in der Lage ist, die Empfangsspulen 38 zwischen Empfangsmodi und Nichtempfangsmodi umzuschalten, so dass die Empfangsspulen 38 mit den HF-Signalen, die durch die relaxierenden gyromagnetischen Atome von innerhalb des Patienten 26 mitschwingen während sie im Empfangszustand sind und sie nicht mit der HF-Energie von den Übertragungsspulen (d.h. Spule 36) mitschwingen während sie in dem Nichtempfangszustand sind, um einen unerwünschten Betrieb zu vermeiden. Außerdem ist ein Empfangsschaltkreis 48 zum Empfangen der durch die Empfangsspulen 38 detektierten Daten bereitgestellt und kann einen oder mehrere Multiplex- und/oder Verstärkungsschaltkreise aufweisen.
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Der Scannerschaltkreis 14 enthält einen Schnittstellenschaltkreis 50 zum Ausgeben von Signalen zum Betreiben der Gradientenfeldspulen 30, 32, 34 und der HF-Spule 36. Außerdem empfängt der Schnittstellenschaltkreis 50 die Daten, die repräsentativ sind für die Magnetresonanzsignale, die bei Untersuchungssequenzen von der Empfangsschaltkreisanordnung 48 und/oder den Empfangsspulen 38 erzeugt werden. Der Schnittstellenschaltkreis 50 ist mit einem Steuerschaltkreis 52 betriebsverbunden. Der Steuerschaltkreis 52 führt die Befehle zum Betreiben des Schaltkreises 42 und des Schaltkreises 44 basierend auf definierten Protokollen aus, die mittels des Systemsteuerschaltkreises 16 ausgewählt wurden. Der Steuerschaltkreis 52 dient auch zur Bereitstellung von Zeitsteuersignalen für den Schalter 46, um die Übertragung und den Empfang von HF-Energie zu synchronisieren. Außerdem empfängt der Steuerschaltkreis 52 die Magnetresonanzsignale und kann eine nachfolgende Verarbeitung ausführen, bevor er die Daten an den Systemsteuerschaltkreis 16 überträgt. Der Scannersteuerschaltkreis 14 weist auch eine oder mehrere Speicherschaltkreise 54 auf, die Konfigurationsparameter, Impulssequenzbeschreibungen, Untersuchungsergebnisse, usw. während des Betriebs speichern. Die Speicherschaltkreise 54 können bei bestimmten Ausführungsbeispielen Befehle zum Implementieren von zumindest einem Teil der Bildverarbeitungstechniken, die hierin beschrieben sind, speichern.
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Der Schnittstellenschaltkreis 56 ist mit dem Steuerschaltkreis 52 zum Austausch von Daten zwischen dem Scannersteuerschaltkreis 14 und dem Systemsteuerschaltkreis 16 verbunden. Solche Daten können die Auswahl von bestimmte auszuführende Untersuchungssequenzen, Konfigurationsparameter von diesen Sequenzen und erlangte Daten umfassen, die in unverarbeiteter oder verarbeiteter Form von dem Scannersteuerschaltkreis 14 zur nachfolgenden Verarbeitung, Speicherung, Übertragung und Darstellung übermittelt werden kann.
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Ein Schnittstellenschaltkreis 58 des Systemsteuerschaltkreises 16 empfängt Daten von dem Scannersteuerschaltkreis 14 und übermittelt Daten und Befehle zurück zu dem Scannersteuerschaltkreis 14. Der Schnittstellenschaltkreis 58 ist mit einem Steuerschaltkreis 60 verbunden, der eine oder mehrere Verarbeitungsschaltkreise in einem mehrzweck- oder anwendungsspezifischen Rechner oder Arbeitsplatzrechner enthalten kann. Der Steuerschaltkreis 16 ist mit einem Speicherschaltkreis 62 verbunden, der Programmcode zum Betrieb des MRI-Systems 10 und bei einigen Konfigurationen die Bilddaten zur späteren Rekonstruktion, Darstellung und Übertragung speichert. Ein zusätzlicher Schnittstellenschaltkreis 64 kann bereitgestellt sein, um Bilddaten, Konfigurationsparameter, usw. mit externen Systemkomponenten auszutauschen, wie etwa entfernte Zugriffs- und Speichereinrichtungen 18. Schließlich kann der Systemsteuerschaltkreis 60 verschiedenen periphere Einrichtungen enthalten, um eine Benutzerschnittstelle zu ermöglichen und zur Erzeugung von Ausdrucken der rekonstruierten Bilder. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel enthalten die Peripheriegeräte einen Drucker 66, einen Monitor 68 und eine Benutzerschnittstelle 70 enthaltend Einrichtungen wie etwa eine Tastatur oder eine Maus.
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Es sollte beachtet werden, dass das System 10 nachfolgend auf die hierin beschriebenen Erfassungen die erfassten Daten für den späteren lokalen und/oder entfernten Zugriff einfach speichern kann, z.B. in einem Speicherschaltkreis (z.B. Speicher 56, 62). Daher können die erlangten Daten, wenn auf sie lokal und/oder entfernt zugegriffen wird, durch einen oder mehrere Prozessoren manipuliert werden, die innerhalb eines anwenderspezifischen oder eines Allzweckrechners enthalten sind. Der eine oder die mehreren Prozessoren können auf die erlangten Daten zugreifen und Routinen ausführen, die auf einem oder mehreren nicht transitorischen, maschinenlesbaren Medien gespeichert sind, die insgesamt Befehle zur Ausführung von Verfahren speichern aufweisend die Schritte zur Bilderfassung, Bildverarbeitung und/oder Bildrekonstruktion, die hierin beschrieben sind.
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Wie es hierin erläutert ist, enthalten die vorliegenden Vorgehensweisen die Verwendung von Impulssequenzen basierend auf Sinusgradientenwellenformen zum Betreiben der Gradientenspulen 30, 32, 34 zur Erzeugung eines relativ reinen akustischen Tons. Wenn sie mit einer Wiederholzeitdauer (TR) größer als ein gegebener Schwellenwert verwendet werden, der abhängig von der in Frage stehenden Impulssequenz variieren kann, beträgt die zugehörige Grundfrequenz ungefähr 10 Hz bis 60 Hz oder weniger, was im Wesentlichen unhörbar im Bilderfassungskontext ist.
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Zuwendend den 2A–2C, ist ein Abschnitt eines Ausführungsbeispiels einer leisen Gradientenechopulssequenz 200 (GRE-Pulssequenz) dargestellt, die Sinuswellenformen 210 verwendet, um die Gradientenspulen 30, 32 und 34 über der Zeit zu betreiben. Bei bestimmten Implementierungen der Impulssequenz 200, entspricht eine Frequenz von 10 Hz einer TR von 100 ms, eine Frequenz von 60 Hz entspricht einer TR von 16,7 ms usw. (d.h. der Kehrwert der Frequenz entspricht der TR in ms). Wie es in 2A gezeigt ist, werden im Wesentlichen Sinuswellenformen 210 auf jeder Gradientenachse (d.h. Gx (204), Gy (206) und Gz (208)). Es wird verstanden werden, dass die Sinuswellenformen 210 bei anderen Ausführungsbeispielen angenähert sein können unter Verwendung von Trapezen mit langen Rampen und wechselnder Polarität.
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Beim veranschaulichten Beispiel sind die jeweiligen Sinuse 210 vertikal relativ zu den jeweiligen Gradientenachsen versetzt, so dass die Anteile (d.h. Höcker) über und unter der Nulllinie nicht gleich sind. Als Beispiel können die positiven Höcker die doppelte (oder irgendeinen anderen geeigneten Anteil) Fläche der zugehörigen negativen Höcker für einen gegebenen Gradienten und eine Sinusimpulssequenz aufweisen oder umgekehrt. Bei der dargestellten Implementierung sollte das vertikale Versetzen der Gradientenwellenformen 210, wie veranschaulicht, in einen vernachlässigbaren Anstieg der Geräuschniveaus resultieren. Insbesondere wird angenommen, dass dies der Fall ist, weil die Fouriertransformierte linear ist für zwei Funktionen A(t) und B(t). Daher ist FFT(A + B) = FFT(A) + FFT(B). Im vorliegenden Kontext ist die Funktion A(t) die sich wiederholende Sinuswellenform 210 und B(t) ist konstant. Weil FFT(B) eine Deltafunktion bei der Frequenz null ist, wird dies keinen signifikanten Beitrag zu Geräuschniveaus leisten, die gleichbleiben sollten wie für nicht versetzte Sinuswellen.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können die Sinuswellen unter Verwendung von Trapezen mit wechselnder Polarität angenähert sein. Bei solchen Ausführungsbeispielen, wenn die Rampen der Trapeze ausreichend lang sind (z.B. ungefähr halb so lang wie die flache Oberseite des zugehörigen Trapezes), kann das Trapez eine vernünftige Annäherung einer Sinuswelle sein und kann daher nur begrenzte Harmonische einbringen. In solchen Ausführungsbeispielen kann das Erfassen an den Rampen für jedes Auslesen von Daten verwendet werden, aber eine radiale Rekonstruktion kann noch verwendet werden.
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Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel können nicht selektive HF-Impulse 220 bei den Gradientennulldurchgängen vor jedem ersten Höcker (z.B. vor dem Beginn von jedem negativen Höcker 214) angelegt werden. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Signale während der Ausleseperioden 220 abgetastet, die hier als um die Spitze des zweiten Höckers eines gegebenen Zyklus (z.B. der positiven Höcker 216) zentriert veranschaulicht sind. Bei einer solchen Implementierung können die negativen Höcker 214 als Auslesevorphasen angesehen werden und jedes Echo wird an einer positiven Höckerspitze zentriert, was zu einigem T2*-Kontrast führt.
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Jedes Ausleseintervall 222 entspricht eines Durchgangs der entsprechenden Linie 230 (2B) durch das Zentrum des k-Raums. Jeder Zyklus der Gradientensinusse 210 hat unterschiedliche relative Amplituden unter den Gradienten Gx, Gy und Gz, was zu einer unterschiedlichen Ausrichtung der korrespondierenden Linie für jeden Zyklus führt. Die resultierende Erfassung 232 (2C) des k-Raums besteht aus Radiallinien in drei Dimensionen, die alle im Wesentlichen durch den Ursprung des k-Raums hindurchgehen. Weil das Datenerfassen (d.h. die Auslesevorgänge 222) während eines nicht konstanten Gradienten stattfinden, ist das Erfassungsintervall entlang jeder Linie 230 des k-Raums ungleich. Die dreidimensionale Bildrekonstruktion kann auf den Daten unter Verwendung von konventionellen Rastertechniken ausgeführt werden.
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Zuwendend den 3A–3C, ist ein Detail eines anderen Ausführungsbeispiels einer leisen GRE-Impulssequenz 300 veranschaulicht, bei der die Gradientenspulen 30, 32, 34 unter Verwendung von Sinuswellenformen 210 betrieben werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die HF-Erregungsimpulse 220 bei jedem Nulldurchgang der Sinuswellenformen 210 in Bezug auf die Gradientenachsen (d.h. Gx-Linie 204, Gy-Linie 206 und Gz-Linie 208) angelegt. Bei bestimmten Implementierungen der Impulssequenz 300 entspricht eine Frequenz von 10 Hz einer TR von 50 ms, eine Frequenz von 60 Hz entspricht einer TR von 8,3 ms usw. (d.h. die Hälfte des Kehrwerts der Frequenz entspricht der TR in ms). Bei einer Implementierung können größere Abstrahlwinkel (bis zu 90°) gegenüber früheren Vorgehensweisen angewandt werden. Anders als beim vorhergehenden Beispiel ist die Fläche unter dem ersten (d.h. negativen) Gradientenhöcker 314 von jedem Sinuszyklus das Negative der Fläche unter dem betreffenden Zweiten (d.h. positiven) Gradientenhöcker 316 bei der dargestellten Implementierung.
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Das Auslesen wird bei diesem Ausführungsbeispiel folgend auf jeden HF-Impuls 220 während Ausleseintervallen 222 durchgeführt, was zu einem nichtlinearen Abtasten des k-Raums führt. Jedes Auslesen 222 entspricht einem Durchgang der entsprechenden Linie 330 (3B), die im Wesentlichen im Zentrum des k-Raums startet und nach außen strahlt. Jeder Zyklus der Gradientensinusse 210 hat eine unterschiedliche relative Amplitude unter den Gradienten Gx, Gy und Gz, was zu einer unterschiedlichen Ausrichtung der entsprechenden Linie 330 führt. Die resultierende Erfassung 332 (3C) des k-Raums besteht aus Radiallinien in drei Dimensionen, die alle im Wesentlichen im Ursprung des k-Raums beginnen. Weil die Datenerfassung 222 während eines nicht konstanten Gradienten stattfindet, ist das Erfassungsintervall entlang jeder Linie 330 des k-Raums ungleich. Die dreidimensionale Bildrekonstruktion kann auf den Daten unter Verwendung von konventionellen Rastertechniken ausgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden kurze T2*-Signale erfasst und können als ultrakurze Echozeitsequenz (UTE-Sequenz) betrachtet werden.
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Zuwendend der 4 kann eine weitere Implementierung einer Multiechoversion der Impulssequenz aus 3A eingesetzt werden. Ein Beispiel einer solchen Implementierung ist in 4 dargestellt, das eine Detail einer Multiechoversion einer leisen GRE-Impulssequenz 350 verwendet, um die Gradientenspulen 30, 32, 34 unter Verwendung von Sinuswellenformen 210 zu betreiben. Bei bestimmten Implementierungen der Impulssequenz 350 entspricht eine Frequenz von 10 Hz einer TR von 200 ms, eine Frequenz von 60 Hz entspricht einer TR von 33,3 ms usw. (d.h. der doppelte Kehrwert der Frequenz entspricht der TR in ms). Bei einem solchen Ausführungsbeispiel wird ein HF-Erregungsimpuls 220 nur jede n-Perioden angelegt (zum Beispiel alle zwei Perioden, alle drei Perioden usw.), wobei n Datensätze (zwei Sätze, drei Sätze, usw.) erlangt werden, wie es durch die Ausleseintervalle 222 gezeigt ist, für jeden HF-Erregungsimpuls 220. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel wird ein separates Bild unter Verwendung von jedem Satz von erlangten Daten rekonstruiert.
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Bei diesem Beispiel wird jeder Satz von Daten mit einer unterschiedlichen Echozeit verlangt. Die Mehrfachechozeitdatensätze können für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel können die Mehrfachechozeitdatensätze für die qualitative Bildgebung verwendet werden durch das Engpassen einer Zeitkurve durch jedes Pixel, was es ermöglicht, eine Schätzung von T2* zu erhalten. Außerdem können die Mehrfachechozeitdatensätze zum Hervorherben bestimmter anatomischer Merkmale verwendet werden, wie etwa Sehnen, Menisken, Knorpel usw. Zum Beispiel würde bei einer Implementierung, bei der n = 2 ist, das Subtrahieren des zweiten Echtzeitbildes vom ersten Echozeitbild ein Bild erzeugen, das die schnell abklingenden T2*-Gewebe (die kurzen T2*-Gewebe hervorhebt, die dazu tendieren, die zuvor erwähnten Mehrfestkörper ähnlichen Gewebe zu sein.
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Zuwenden der 5 ist ein Detail eines Beispiels einer geeigneten leisen schnellen Spinnechopulssequenz 400 dargestellt. Beim dargestellten Beispiel werden diskontinuierliche Sinuswellenformen 210 zum Betreiben der Gradientenspulen 30, 32, 34 verwendet. Bei diesem Beispiel wird eine Gesamtzyklussinuswellenform intermittierend mit einer Unterbrechung oder Diskontinuität als Teil der Impulssequenz 400 für jede Gradientenspule bereitgestellt. Zum Beispiel hat jede Sinuswelle 210 bei einem Ausführungsbeispiel Diskontinuitäten (dargestellt als periodische flache Intervalle 410) mit einem konstanten Betrag zwischen jedem Zyklus. Im dargestellten Beispiel werden die HF-Impulse 220 während diesen flachen Intervallen 410 mit konstantem Betrag angelegt, die zwischen Sinuswellenimpulsen an den Gradientenspulen 30, 32 und 34 auftreten. Wenn die relativen Amplituden der phasenkodierenden Wellenformen auf dem Gy-Gradienten 206 derart angeordnet werden, dass das Zentrum des k-Raums zu einer Zeit TE nach dem HF-Erregungsimpuls (erster Impuls von 220 in 5) durchlaufen wird, kann der Grad des T2-Kontrats der Sequenz 400 durch Einstellen von TE eingestellt werden. Alternativ, wenn ein nicht selektiver Inversionsimpuls durch eine Verzögerungszeit TI vor der Impulssequenz 400 ausgespielt wird, kann der T1-Kontrast durch Einstellen von TI eingestellt werden.
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Zuwenden der 6 ist ein Detail einer Impulssequenz 500 von einer leisten GRI-Impulssequenz 300 aus 3 dargestellt. Bei diesem Detail ist der Effekt des Anlegens eines Rechteckerregungsimpulses 220 bei einem Gradientennulldurchgang 510 (hier der X-Gradientennulldurchgang) modelliert unter Verwendung der Loch-Gleichungen gezeigt für den Fall Tip = π/2, PW_RF1 = 0,5 Millisekunden, Sichtfeld (FOV) = 24 cm, t-Auslesen = 8 ms, nsamp = 256.
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Weil die Gradientenwellenform 210 den Betrag während des Zeitintervalls ändert, wenn der HF-Impuls 210 angelegt wird, führt dies zu einer nicht gleichförmigen MR-Erregung. Unter diesen Umständen ist der Betrag 510 der ausgegebenen Magnetisierung gleichförmig über den ausgelesenen Sichtfeld, aber die Phase 512 variiert. Insbesondere war bei dem modulierten Beispiel der Betrag der Quermagnetisierung (Kurven 510) eins über dem FOV, aber mit einer Nettophasenabwicklung (Kurve 512) in der Ausleserichtung von etwas unter π/2 über den FOV. Bei einer Implementierung kann dies durch Einstellen der Phase der Rekonstruktion oder durch das Erlangen NEX = 2 mit Gradientenrampen in entgegengesetzten Richtungen gelöst werden, in welchem Fall die Phasenabwicklung auf Null geht, aber der Betrag an den Ecken des FOV leicht beeinträchtigt werden kann.
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Alternativ, zuwenden der 7, ist bei einem alternativen Ausführungsbeispiel einer leisen GRE-Impulssequenz 600 jeder Höcker der Sinusgradientenwellenform 210 verschachtelt mit einem Abschnitt 510 einer Gradientenamplitude von 0 während des Anlegens von jedem HF-Impuls 220. Daher wird der HF-Impuls 220 bei diesem Ausführungsbeispiel nicht angelegt, während sich der Betrag der Gradientenwellenform 220 ändert.
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Technische Effekte der Erfindung enthalten die Verwendung von Sinusgradientenwellenformen zum Betreiben von Gradientenspulen in einem MRI-System. Sinuswellenförmige Gradientenwellenformen können angelegt werden an alle drei Gradientenachsen, um einen relativ reinen akustischen Ton zu erzeugen. Die Verwendung von sinuswellenförmigen Gradientenwellenformen mit einer geeigneten TR führt zu einer Grundfrequenz, die etwa 10 Hz bis etwa 60 Hz beträgt, was im Wesentlichen unhörbar ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können die Gradientenrichtungen in drei Dimensionen spiralisiert sein, um eine radiale Nadelkissen-k-Raum-Dreiecktorie zu erzeugen.
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Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels und auch um irgendeinen Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, einschließlich des Herstellens und des Verwendens irgendwelcher Einrichtungen oder Systeme und des Ausübens irgendwelcher beinhalteter Verfahren. Der patentierbare Bereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die Durchschnittsfachleuten offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Bereichs der Ansprüche zu sein, wenn sie strukturelle Elemente haben, die nicht vom Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn die äquivalente strukturelle Elemente aufweisen, mit nicht substanziellen Unterschieden vom Wortlaut der Ansprüche.
