DE19611007A1 - Mangetresonanzabbildungs-Mittelpunkts-Artefakt-Beseitigung unter Verwendung einer Echtzeit-Empfänger-Phasensteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf kernmagnetische Resonanzabbil­ dungsverfahren und -systeme, insbesondere auf die Entfernung von Grundlinienfehler-Artefakten in mittels sehr schneller Ab­ bildungsverfahren erzeugten Bildern.

Wenn eine Substanz, wie beispielsweise menschliches Gewebe, einem gleichbleibenden magnetischen Feld (Polarisationsfeld Bo) unterworfen ist, versuchen sich die einzelnen magnetischen Mo­ mente der Kernspins in dem Gewebe entsprechend diesem Polarisa­ tionsfeld auszurichten, präzedieren jedoch in zufälliger Anord­ nung mit ihrer charakteristischen Larmorfrequenz darum. Wenn die Substanz oder das Gewebe einem magnetischen Feld (Erre­ gungsfeld B₁) unterworfen wird, das sich in der x-y-Ebene be­ findet und nahe der Larmorfrequenz ist, kann das netzausgerich­ tete Moment M_Z in die x-y-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um ein netztransversales magnetisches Moment Mt zu erzeugen. Von den erregten Kernspins wird ein Signal abgegeben und diese kernmagnetische Resonanz-Signal (NMR-Signal) kann, nachdem das Erregungssignal B₁ beendet wurde, empfangen und zur Erzeugung eines Bilds verarbeitet werden.

Wenn diese Signale zur Erzeugung von Bildern verwendet werden, werden magnetische Feldgradienten (G_X, G_Y und G_Z) verwendet. Typischerweise wird der abzubildende Bereich mittels einer Fol­ ge von einzelnen Meßzyklen abgetastet (die im nachfolgenden als "Ansichten" bezeichnet werden), während derer sich diese Gra­ dienten entsprechend des besonderen verwendeten Lokalisierungs­ verfahrens verändern. Der sich ergebende Satz von empfangenen kernmagnetischen Resonanz-Signalen (NMR-Signalen) wird digita­ lisiert und verarbeitet, um unter Verwendung von einer von vie­ len wohlbekannten Techniken das Bild zu rekonstruieren.

Ein wohlbekanntes Problem bei Magnetresonanzabbildungs-Systemen (MRI-Systemen) besteht im Einbringen von Grundlinienfehlern in die empfangenen kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR- Echosignale). Dieser Fehler tritt auf, wenn ein Gleichspan­ nungs-Pegel (DC-Pegel) während des Empfangs, der Demodulation und der Digitalisierung des kernmagnetischen Resonanz-Echosi­ gnals zu diesem hinzugefügt wird. Dieser Gleichspannungs-Pegel (DC-Pegel) kann durch Gleichspannungsoffsets in der analogen Empfänger-Schaltungsanordnung eingebracht werden oder durch Streusignale, die zusammen mit dem kernmagnetischen Resonanz- Echosignal (NMR -Echosignal) als ein Gleichspannungs-Pegel (DC- Pegel) demoduliert werden. Dieses Problem wurde durch fortge­ setzte Verbesserungen des Empfängeraufbaus bzw. der Empfänger­ hardware verringert, aber nicht beseitigt.

Ein Weg zur Beseitigung von Grundlinienfehlern besteht darin, zwei kernmagnetische Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) für jede phasenkodierende Ansicht zu erfassen. Die Phase des Hoch­ frequenz-Erregungsimpulses (RF-Erregungsimpulses) wird für eine der zwei Impulsfolgen um 180° invertiert und die zwei empfange­ nen kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) werden voneinander subtrahiert. Die Subtraktion setzt den durch den Empfänger eingebrachten Gleichspannungs-Pegel (DC-Pegel) auf Null und verdoppelt den Pegel des kernmagnetischen Reso­ nanz-Signals (NMR-Signals) für diese Ansicht. Unglücklicherwei­ se verdoppelt diese Lösung aufgrund der für jede phasenkodie­ rende Ansicht erforderlichen zwei Messungen die Abtastzeit.

Eine ähnliche Lösung, die auch auf die vermehrte Abtastzeit gerichtet war, wurde im US-Patent Nr. 4 612 504, erteilt am 16. September 1986, mit dem Titel "Method For Removing The Effects Of Baseline Error Components In NMR Imaging Applications" of­ fenbart. Dieses Verfahren verändert die Phase des Hochfrequenz- Erregungsimpulses (RF-Erregungsimpulses) für aufeinanderfolgen­ den phasenkodierende Ansichten. Vor der Bild-Rekonstruktion werden die kernmagnetischen Resonanz-Signale (NMR-Signale) für wechselseitige phasenkodierende Ansichten rück-invertiert, so daß die kernmagnetischen Resonanz-Signale für alle Ansichten dieselbe Polarität besitzen. Diese Rück-Invertierung invertiert auch irgendeinen Gleichspannungs-Pegel (DC-Pegel) in wechsel­ seitigen Ansichten. Als Folge davon verändert sich die Polari­ tät des Gleichspannungs-Pegels (DC-Pegel) für aufeinanderfol­ gende Ansichten im k-Raum und bildet nun eine Hochfrequenz- Signalkomponente in der phasenkodierenden Richtung. Die nach­ folgende, während der Bild-Rekonstruktion verwendete Spalten- Fouriertransformation setzt diese Hochfrequenzkomponente um und ordnet ein Artefakt eher an den Rändern des rekonstruierten Bilds als in seiner Mitte an. Dies ist das vorherrschende, sehr wirkungsvolle Verfahren zur Lösung des Problems mit Grundli­ nienfehlern.

Das Konzept der Erfassung von kernmagnetischen Resonanz-Bild­ daten (NMR-Bilddaten) innerhalb eines kurzen Zeitraums ist seit 1977 bekannt, als von Peter Mansfield (J.Phys. C.10: L55-L58, 1977) die echoplanare Impulsfolge vorgeschlagen wurde. Im Ge­ gensatz zu Standard-Impulsfolgen erzeugt die echoplanare Im­ pulsfolge eine große Anzahl von kernmagnetischen Resonanz- Echosignalen (NMR-Echosignalen) für jeden Hochfrequenz-Erre­ gungsimpuls (RF-Erregungsimpuls). Diese kernmagnetischen Reso­ nanz-Signale (NMR-Signale) können einzeln phasenkodiert werden, so daß eine Gesamtabtastung mit 64 Ansichten innerhalb einer einzelnen Impulsfolge von 20 bis 100 Millisekunden Dauer erfaßt werden kann. Die Vorteile der echoplanaren Abbildung ("EPI") sind wohlbekannt und es bestand lange Zeit ein Bedarf nach ei­ ner Einrichtung und Verfahren, die die Anwendung der echoplana­ ren Abbildung (EPI) in der klinischen Praxis ermöglichen würde. In der US-Patenten Nr.4 678 996, 4 733 188, 4 716 369, 4 355 282, 4 588 948 und 4 752 753 sind andere echoplanare Impulsfol­ gen offenbart.

Eine Variante des echoplanaren Abbildungsverfahrens ist die Schnellerfassungs-Folge mit verbesserter Relaxation (RARE-Folge (Rapid Acquisition Relaxation Enhanced Sequence)), die von J. Hennig et al. in einem Artikel in: Magnetic Resonanz in Medici­ ne 2, S.823-833 (1986), mit dem Titel -RARE Imaging: A Fast Imaging Method for Clinical MR" beschrieben wurde. Der wesent­ liche Unterschied zwischen der Schnellerfassungs-Folge mit verbesserter Relaxation (RARE-Folge) und der echoplanaren Ab­ bildungsfolge (EPI-Folge) besteht in der Art und Weise, auf die Echosignale erzeugt werden. Die Schnellerfassungs-Folge mit verbesserter Relaxation (RARE-Folge) verwendet von einer Carr- Purcell-Meiboom-Gill-Folge erzeugte nachfokussierte Hochfre­ quenz-Echos (nachfokussierte RF-Echos), während die echoplana­ ren Abbildungsverfahren (EPI-Verfahren) hervorgerufene Gradien­ ten-Echos verwenden.

Derzeit wurde von D.A. Feinberg und K.Oshio im Artikel "GRASE (Gradient and Spin Echo) MR Imaging: A New Fast Clinical Ima­ ging Technique" in Radiology, 181: S.597-604, 1991, eine andere Variante beschrieben.

Alle diese "ultraschnellen" Abbildungsverfahren schließen die Erfassung einer Vielzahl von Echosignalen auf einen einzelnen Erregungsimpuls ein, bei dem jedes erfaßte Echosignal einzeln phasenkodiert ist. Jede Impulsfolge oder jede "Aufnahme" hat die Erfassung einer Vielzahl von Ansichten zur Folge. Bei einer Einzelaufnahmen-Erfassung kann das bisher zur Beseitigung von Bildartefakten aufgrund von Grundlinienfehlern verwendete Ver­ fahren nicht zusammen mit diesen ultraschnellen Impulsfolgen verwendet werden, da es keine 1 : 1-Entsprechung zwischen dem Hochfrequenz-Erregungsimpuls (RF-Erregungsimpuls) und dem kern­ magnetischen Resonanz-Echosignal (NMR-Echosignal) gibt.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zur Beseitigung von Grundlinienfehler-Artefakten in unter Verwendung von ultra­ schnellen Impulsfolgen erzeugten kernmagnetischen Resonanz- Bildern (NMR-Bildern). Insbesondere, wenn eine ultraschnelle Impulsfolge durchgeführt wird, bei der eine Vielzahl von kern­ magnetischen Resonanz-Echosignalen (NMR-Echosignalen) folgend auf das Anlegen eines einzelnen Hochfrequenz-Erregungsimpulses (RF-Erregungsimpulses) erzeugt wird, wird die vorliegende Er­ findung angewendet, indem die Polarität der aufeinanderfolgenden phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR- Echosignale) während ihres Empfangs verändert wird. Vor der Bild-Rekonstruktion werden die invertierten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) mit dem Resultat rück­ invertiert, daß irgendein während des Empfangs eingebrachter Gleichspannungs-Pegel (DC-Pegel) in wechselseitig phasenkodier­ ten Ansichten invertiert wird und zu einer Hochfrequenz-Kom­ ponente wird. Während der Bild-Rekonstruktion werden dann ir­ gendwelche Artefakte davon an den Phasenkodierungs-Grenzen des rekonstruierten Bilds angezeigt.

Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zugrunde, Artefakte aufgrund von Zeitbasisfehlern zu beseitigen, ohne die Abtast­ zeit zu erhöhen. Durch Verändern der Polarität der empfangenen kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) in ei­ nem Muster, das eine Invertierung von wechselseitigen Ansichten im k-Raum zur Folge hat, wird ein geeignetes Bild mittels einer ersten Rück-Invertierung von wechselseitigen Ansichten im k- Raum rekonstruiert. Die Rück-Invertierung invertiert auch einen beliebigen während des Empfangs erzeugten Gleichspannungs-Pegel (DC-Pegel) und die sich ergebende hohe Frequenz dieser Kompo­ nente wird während der nachfolgenden Fouriertransformation ent­ lang der Phasenkodierungs-Richtung an die Phasenkodierungs- Grenze des rekonstruierten Bilds übertragen.

Eine speziellere Aufgabe besteht darin, Artefakte aufgrund von Grundlinienfehlern ohne kostenträchtige Hardwarewechsel oder aufwendige Änderungen der Magnetresonanzabbildungs-System-Soft­ ware (MRI-System-Software) zu verringern. Die Invertierung der empfangenen kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosi­ gnale) wird durch Invertierung des während der Demodulation der empfangenen Echosignale verwendeten Bezugssignals leicht er­ reicht. Eine derartige Invertierung wird durch dieselben Ma­ gnetresonanzabbildungs-Systemkomponenten und -Software gesteu­ ert, die für die Durchführung der schnellen Kernspin-Echo-Im­ pulsfolge verwendet wird.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Magnetresonanzabbildungs- Systems (MRI-Systems), bei dem die vorliegende Erfindung ange­ wendet wird,

Fig. 2 ein elektrisches Blockschaltbild der Sender-/Empfänger­ einrichtung, die einen Teil des Magnetresonanzabbildungs- Systems (MRI-Systems) aus Fig. 1 bildet, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung einer echoplanaren Impuls­ folge (EPI), die im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung verwendet wird.

Im folgenden wird Bezug auf Fig. 1 genommen. In Fig. 1 werden die Hauptbestandteile eines bevorzugten Magnetresonanz-Abbil­ dungssystems (MRI-Systems) gezeigt, das die vorliegende Erfin­ dung enthält. Der Betrieb des Systems wird von einer Bediener­ konsole 100 aus gesteuert, die eine Tastatur und eine Steuer- Bedientafel 102 und eine Anzeigeeinrichtung 104 enthält. Die Bedienerkonsole 100 steht über eine Verbindungsleitung 116 mit einem separaten Computersystem 107 in Verbindung, das dem Be­ diener eine Steuerung der Herstellung und Anzeige von Bildern auf der Anzeigeeinrichtung 104 ermöglicht. Das Computersystem 107 beinhaltet eine Anzahl von Modulen, die miteinander über eine Rückwandplatine in Verbindung stehen. Diese Rückwandplati­ ne enthält ein Bildverarbeitungseinrichtungs-Modul 106, ein Zentralverarbeitungseinheits-Modul 108 und ein Speichereinrich­ tungs-Modul 113, das im Stand der Technik als Bildspeicherein­ richtung zur Speicherung von Bilddatenfeldern bekannt ist. Das Computersystem 107 ist mit einer Plattenspeichereinrichtung 111 und einer Bandlaufwerkseinrichtung 112 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden und steht mit einer separa­ ten Systemsteuereinrichtung 122 über eine serielle Hochge­ schwindigkeits-Verbindungsleitung 115 in Verbindung.

Die Systemsteuereinrichtung 122 enthält einen Satz von Modulen, die untereinander über eine Rückwandplatine verbunden sind. Diese Module umfassen ein Zentralverarbeitungseinheits-Modul 119 und ein Impulserzeugungseinrichtungs-Modul 121, das über eine serielle Verbindungsleitung 125 mit der Bedienerkonsole 100 verbunden ist. Über diese Verbindungsleitung 125 empfängt die Systemsteuereinrichtung 122 Befehle vom Bediener, die die durchzuführende Abtastfolge aufzeigen. Das Impulserzeugungsein­ richtungs-Modul 121 wirkt auf die Systemkomponenten ein, um die gewünschte Abtastfolge durchzuführen. Es erzeugt Daten, die den Zeitpunkt, die Stärke und die Form der zu erzeugenden Hochfre­ quenzimpulse (RF-Impulse) und den Zeitpunkt und die Länge des Datenerfassungsfensters aufzeigen. Das Impulserzeugungseinrich­ tungs-Modul 121 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkerein­ richtungen 127 verbunden, um den Zeitpunkt und die Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gradientenimpulse auf zu­ zeigen. Das Impulserzeugungseinrichtungs-Modul 121 empfängt auch Patientendaten von einer physiologischen Erfassung-Steuer­ einrichtung 129, die Signale von einer Anzahl von mit dem Pa­ tienten verbundenen verschiedenen Sensoreinrichtungen empfängt, wie beispielsweise Elektrokardiogramm-Signale (EKG-Signale) von Elektroden oder Atemsignale von einer Ausdehnungsmanschette. Schließlich ist das Impulserzeugungseinrichtungs-Modul 121 mit einer Abtastraum-Schnittstellen-Schaltungsanordnung 133 verbun­ den, die mit dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems verbundene Signale von verschiedenen Sensoreinrichtungen emp­ fängt. Auch empfängt ein Patienten-Positionierungssystem 134 über die Abtastraum-Schnittstellen-Schaltungsanordnung 133 Be­ fehle zum Bewegen des Patienten zur für die Abtastung gewünsch­ ten Position.

Die mittels des Impulserzeugungseinrichtungs-Moduls 121 erzeug­ ten Gradientensignalformen werden einem Gradientenverstärker­ system 127 zugeführt, das G_X-, G_Y- und G_Z-Verstärkereinrich­ tungen aufweist. Jede Gradientenverstärkereinrichtung erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer allgemein mit 139 bezeichneten Anordnung, um die zur Positionskodierung erhalte­ ner Signale verwendeten magnetischen Feldgradienten zu erzeu­ gen. Die Gradientenspulenanordnung 139 stellt einen Teil einer Magnetanordnung 141 dar, die einen Polarisierungs-Magneten 140 und eine Ganzkörper-Hochfrequenzspule 152 enthält. Ein Sender- /Empfängereinrichtungs-Modul 150 in der Systemsteuereinrichtung 122 erzeugt Impulse, die mittels einer Hochfrequenzverstärker­ einrichtung 151 verstärkt und der Hochfrequenzspule 151 über einen Sende-/Empfangsschalter 154 zugeführt werden. Die sich ergebenden, von den erregten Kernen im Patienten abgestrahlten Signale können mittels derselben Hochfrequenzspule 152 erfaßt und über den Übertragungs-/Empfangsschalter 154 einer Vorver­ stärkereinrichtung 153 zugeführt werden. Die verstärkten kern­ magnetischen Resonanzsignale (NRM-Signale) werden in dem Emp­ fängerabschnitt des Sender-/Empfängereinrichtungs-Moduls 150 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangs­ schalter 154 wird mittels eines Signals von dem Impulserzeu­ gungseinrichtungs-Modul 121 gesteuert, um die Hochfrequenzver­ stärkereinrichtung (RF-Verstärkereinrichtung) 151 während der Sendebetriebsart elektrisch mit der Hochfrequenzspule (RF- Spule) 152 und während der Empfangsbetriebsart elektrisch mit der Vorverstärkereinrichtung 153 zu verbinden. Der Sende-/Emp­ fangsschalter 154 ermöglicht es auch, in der Sende- oder Emp­ fangsbetriebsart eine separate Hochfrequenzspule (RF-Spule) (beispielsweise eine Kopfspule oder eine Oberflächenspule) zu benutzen.

Die durch die Hochfrequenzspule (RF-Spule) 152 erfaßten kernma­ gnetischen Resonanzsignale (NMR-Signale) werden mittels des Sender-/Empfängereinrichtungs-Moduls 150 digitalisiert und zu einer Speichereinrichtung 160 in der Systemsteuereinrichtung 122 übertragen. Wenn die Abtastung vollständig ist und eine gesamtes Datenfeld in der Speichereinrichtung 160 erfaßt wurde, führt eine Feld-Verarbeitungseinrichtung 161 eine Fouriertrans­ formation der Daten in ein Feld von Bildaten durch. Diese Bild­ daten werden über eine serielle Verbindungsleitung 115 dem Com­ putersystem 107 zugeführt, in dem sie in der Plattenspeiche­ reinrichtung 111 gespeichert werden. Ansprechend auf von der Bedienerkonsole 100 empfangene Befehle können diese Bilddaten auf dem Bandlaufwerk 112 archiviert werden oder von dem Bild­ verarbeitungseinrichtungs-Modul 106 weiterverarbeitet, der Be­ dienerkonsole 100 zugeführt und auf der Anzeigeeinrichtung 104 dargestellt werden.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Das Sender-/Empfängereinrichtungs-Modul 150 erzeugt das Hochfre­ quenz-Erregungsfeld (RF-Erregungsfeld) B1 über die Leistungs- Verstärkereinrichtung 151 an einer Spule 152A und empfängt das sich ergebende, in einer Spule 152B induzierte kernmagnetische Resonanzsignal (NMR-Signal). Wie vorstehend erläutert, können die Spulen 152A und 152B, wie in Fig. 2 gezeigt, separat oder, wie in Fig. 1 gezeigt, eine einzelne Ganzkörperspule sein. Die Grund- oder Trägerfrequenz des Hochfrequenz-Erregungsfelds (RF- Erregungsfelds) wird unter der Steuerung einer Frequenz-Synthe­ tisiereinrichtung 200 erzeugt, die einen Satz von digitalen Signalen vom Zentralverarbeitungseinheits-Modul 119 und dem Impulserzeugungseinrichtungs-Modul 121 empfängt. Diese digita­ len Signale geben die Frequenz und Phase des an einem Ausgang 201 erzeugten Hochfrequenz-Trägersignals (RF-Trägersignals) an. Der " geforderte" Hochfrequenzträger (RF-Träger) wird an eine Modulatoreinrichtung und Einrichtung zum Umsetzen in höhere Frequenzbereiche 202 angelegt, in der seine Amplitude anspre­ chend auf ein ebenfalls von dem Impulserzeugungseinrichtungs- Modul 121 empfangenes Signal R(t) moduliert wird. Das Signal R(t) definiert die Hüllkurve des zu erzeugenden Hochfrequenz- Erregungsimpulses (RF-Erregungsimpulses) und wird in dem Im­ pulserzeugungseinrichtungs-Modul 121 durch aufeinanderfolgendes Auslesen einer Serie von gespeicherten digitalen Werten er­ zeugt. Diese gespeicherten digitalen Werte können der Reihe nach von der Bedienerkonsole 100 aus geändert werden, um die Erzeugung irgendeiner gewünschten Hochfrequenz-Impulshüllkurve (RF-Impulshüllkurve) zu ermöglichen.

Die Größe des am Ausgang 205 erzeugten Hochfrequenz-Erregungs­ impulses (RF-Erregungsimpulses) wird durch eine Erregungsdämp­ fungsschaltungsanordnung 206 gedämpft, die einen digitalen Be­ fehl, TA, von der Rückwandplatine 118 empfängt. Die gedämpften Hochfrequenz-Erregungsimpulse (RF-Erregungsimpulse) werden an die Leistungs-Verstärkereinrichtung 151 angelegt, die die Hoch­ frequenz-Spule (RF-Spule) 152A treibt. Hinsichtlich einer ge­ naueren Beschreibung dieses Teils des Sender-/Empfängereinrich­ tungs-Moduls 150 wird auf das US-Patent Nr. 4 952 877 verwie­ sen.

Im weiteren wird wiederum auf die Fig. 1 und 2 Bezug genom­ men. Das durch das Objekt erzeugte kernmagnetische Resonanzsi­ gnal (NMR-Signal) wird von der Empfängerspule 152B aufgenommen und über eine Vorverstärkereinrichtung 153 an den Eingang einer Empfängerdämpfungseinrichtung 207 angelegt. Die Empfängerdämp­ fungseinrichtung 207 verstärkt das Signal weiter um eine durch ein von der Rückwandplatine 118 empfangenes digitales Dämp­ fungssignal (RA) bestimmte Menge.

Das empfangene Signal liegt bei oder in der Nähe der Larmorfre­ quenz und dieses Hochfrequenzsignal wird in einem Zwei-Schritt- Verfahren mittels einer Einrichtung 208 zum Umsetzen in niedri­ gere Frequenzbereiche in niedrigere Frequenzbereiche umgesetzt, wobei die Einrichtung 208 zum Umsetzen in niedrigere Frequenz­ bereiche zuerst das kernmagnetische Resonanzsignal (NMR-Signal) mit dem Trägersignal auf einer Leitung 201 und dann das sich ergebende Differenzsignal mit dem 2,5 MHz-Bezugssignal auf ei­ ner Leitung 204 mischt. Wie vorstehend beschrieben, wird die Phase des Trägersignals auf der Leitung 201 mittels der Fre­ quenzsynthetisiereinrichtung 200 ansprechend auf einen von dem Impulserzeugungseinrichtungs-Modul 121 empfangenen Phasenbefehl gesteuert. Zur Durchführung der vorliegenden Erfindung wird dieser Phasenbefehl während einer schnellen Spin-Echo-Impuls­ folge geändert, um das Trägersignal auf der Leitung 201 während des Empfangs von verschiedenen der kernmagnetischen Resonanz- Echosignale (NMR-Echosignale) in der Aufnahme zu invertieren (d. h. eine 180°-Phasenänderung). Die Invertierung des Trägersi­ gnals auf der Leitung 201 invertiert effektiv das kernmagneti­ sche Resonanz-Echosignal (NMR-Echosignal) am Ausgang der Ein­ richtung 208 zum Umsetzen in niedrigere Frequenzbereiche.

Das in niedrigere Frequenzbereiche umgesetzte kernmagnetische Resonanz-Signal (NMR-Signal) wird an den Eingang einer Analog- /Digital-Wandlereinrichtung (A/D-Wandlereinrichtung) 209 ange­ legt, die das analoge Signal abtastet und digitalisiert, und es an eine digitale Erfassungs- und Signalverarbeitungseinrichtung 210 anlegt, die 16-Bit gleichphasige (I) Werte und 16-Bit Qua­ dratur (Q) Werte entsprechend dem empfangenen Signal erzeugt. Der sich ergebende Strom von digitalisierten I- und Q-Werten des empfangenen Signals wird über die Rückwandplatine 118 an die Speichereinrichtung 160 ausgegeben, in der er zur Rekon­ struktion eines Bilds verwendet wird.

Das 2,5 MHz-Bezugssignal ebenso wie das 250 kHz-Abtastsignal und die 5, 10 und 60 MHz-Bezugssignale werden mittels einer Bezugsfrequenz-Erzeugungseinrichtung 203 aus einem gemeinsamen 20 MHz-Haupttaktsignal erzeugt. Bezüglich einer detaillierteren Beschreibung des Empfängers wird auf das US-Patent Nr. 4 992 736 verwiesen.

Die im bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung verwendete echoplanare Impulsfolge (EPI-Impulsfolge) ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Hochfrequenz-Erregungsimpuls (RF- Erregungsimpuls) 250 wird in Anwesenheit eine G_Z-schnittauswäh­ lenden Gradientenimpulses 251 angelegt, um in einem Schnitt eine transversale Magnetisierung zu erzeugen. Die erregten Kernspins werden durch eine negative Auslenkung bzw. Keule 252 des schnittauswählenden Gradienten G_Z wieder in Phase gebracht und dann endet ein Zeitintervall, bevor die Auslesefolge be­ ginnt. Eine Gesamtheit von 128 einzelnen kernmagnetischen Reso­ nanz-Echosignalen (NMR-Echosignalen), die allgemein als 253 bezeichnet werden, wird während der echoplanaren Impulsfolge (EPI-Impulsfolge) erfaßt. Jedes kernmagnetische Resonanz-Echo­ signal (NMR-Echosignal) 253 stellt eine unterschiedliche An­ sicht dar, die zur Abtastung des k_Y-Raums in 128 monotonen er­ faßten Ansichten zentriert um k_Y=0 separat phasenkodiert ist. Die Auslesefolge ist derart positioniert, daß die bei k_Y=0 er­ faßte Ansicht zur gewünschten Echozeit (TE) auftritt.

Die kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) 253 sind von Gradienten hervorgerufene Echos, die durch Anlegen eines oszillierenden G_X-Auslesegradientenfelds 255 erzeugt wer­ den. Die Auslesefolge beginnt mit einer negativen Auslesegra­ dientenauslenkung bzw. -keule 256 und die kernmagnetischen Re­ sonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) 253 werden entsprechend der Oszillation des Auslesegradienten zwischen positiven und negativen Werten erzeugt. Eine Gesamtheit von 128 Abtastwerten wird während jedes Auslesegradientenimpulses 255 für jedes kernmagnetische Resonanz-Echosignal (NMR-Echosignal) 253 aufge­ nommen. Die aufeinanderfolgenden 128 kernmagnetischen Reso­ nanz-Echosignale (NMR-Echosignale) 253 werden einzeln mittels einer Reihe von 128 G_Y-phasenkodierender Gradientenimpulse 258 phasenkodiert. Der erste Impuls ist eine negative Auslenkung bzw. Keule 259, die vor der Erfassung der Echosignale zum Ko­ dieren der ersten Ansicht bei k_Y=-64 auftritt. Nachfolgende phasenkodierende Gradientenimpulse 258 treten auf, so wie die Auslesegradientenimpulse 255 die Polarität umschalten, und "steigern" die Phasenkodierung monoton durch den k_Y-Raum.

Wenn die Phasenkodierung durch den k_Y-Raum gesteigert wird und die 128 kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) 253 erfaßt werden, wird der Phasenbefehl geändert, wie bei 260 gezeigt. Diese Änderungen stellen eine 180° Phasenverschiebung beim Trägersignal auf der Leitung 201 (Fig. 2) dar und verursa­ chen eine Invertierung der Polarität von aufeinanderfolgenden der kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) 253. Bei Beendigung der echoplanaren Impulsfolge (EPI-Impuls­ folge) wurden deshalb 128 einzelne frequenzkodierte Abtastwerte von 128 separaten phasenkodierten (eine abwechselnde Polarität besitzenden) kernmagnetischen Resonanz-Echosignalen (NMR-Echo­ signalen) 253 erfaßt. Das sich ergebende 128 × 128 Elementen­ feld von komplexen Zahlen stellt einen kernmagnetischen Reso­ nanz-Datensatz (NMR-Datensatz) dar, der zur Rekonstruktion ei­ nes Bilds verwendet wird.

Vor der Rekonstruktion des Bilds wird jedoch die Polarität von aufeinanderfolgenden Reihen von Abtastwerten in diesem kernma­ gnetischen Resonanz-Datensatz (NMR-Datensatz) rück-invertiert. Jede Reihe von Abtastwerten stellt ein phasenkodiertes kernma­ gnetisches Resonanz-Echosignal (NMR-Echosignal) dar und durch Rück-Invertierung aufeinanderfolgender Reihen ist die Polarität aller erfaßten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echo­ signale) wieder dieselbe. Wie vorstehend erläutert, invertiert jedoch diese Rück-Invertierung von aufeinanderfolgenden Reihen auch jeden beliebigen Gleichspannungspegel, der bei der Erfas­ sung in die kernmagnetischen Resonanz-Signale (NMR-Signale) eingebracht wurde. Demzufolge ist der Gleichspannungspegel nun eine Signalkomponente, die sich in der Polarität in der phasen­ kodierenden Richtung im k-Raum (d. h. entlang der k_Y-Achse des kernmagnetischen Resonanz-Datensatzes (NMR-Datensatzes)) än­ dert.

Eine Bildrekonstruktion wird mittels Anwendung einer zweidimen­ sionalen Fouriertransformation auf den veränderten kernmagneti­ schen Resonanz-Datensatz (NMR-Datensatz) durchgeführt. Als eine natürliche Folge der in der Spaltenrichtung (d. h. entlang der k_Y-Achse) durchgeführten Fouriertransformation wird die Hoch­ frequenz-ändernde Gleichstromkomponente an einen Ort im Bild­ raum an den Bildgrenzen (d. h. y=±64) transponiert. Folglich ist jedes beliebige sich ergebende, durch Grundlinienfehler verur­ sachte Artefakt weit von dem Zentrum des rekonstruierten Bilds entfernt, wo es keinen Einfluß auf die diagnostische Qualität des Bilds hat.

Während die Erfindung im Hinblick auf eine echoplanare Impuls­ folge (EPI-Impulsfolge) für Einzelaufnahmen beschrieben wurde, sollte für den Fachmann offensichtlich sein, daß ebenso unge­ radzahlig ineinander verschachtelte echoplanare und andere sehr schnelle Impulsfolgen für Mehrfachaufnahmen verwendet werden können. Beispielsweise erzeugt die Schnellerfassungs-Impuls­ folge mit verbesserter Relaxation (RARE-Impulsfolge) eine Viel­ zahl von kernmagnetischen Resonanz-Echosignalen (NMR-Echosi­ gnalen) folgend auf die Erzeugung einer transveralen Magneti­ sierung durch einen einzelnen Hochfrequenz-Erregungsimpuls (RF- Erregungsimpuls). Die Polarität dieser Signale kann auf diesel­ be Weise wie vorstehend beschrieben, durch Änderung des Phasen­ befehls vor jeder kernmagnetischen Resonanz-Echosignalerfassung (NMR-Echosignalerfassung), geändert werden.

Auch wird das besondere, zur Änderung der Polarität der erfaß­ ten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) verwendete Muster von der Ordnung abhängen, in der die Phasen­ kodierung den k-Raum durchquert. Bei der echoplanaren Impuls­ folge (EPI-Impulsfolge) des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird der k-Raum monoton durchquert und die kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) werden in der Polarität verändert, so wie sie empfangen werden. Wenn jedoch der k-Raum in einer anderen Ordnung durchquert wird, kann das Muster der kernmagnetischen Resonanz-Echosignal-Invertierung (NMR-Echo­ signal-Invertierung) anders sein. Der wichtige Punkt besteht darin, daß die in dem kernmagnetischen Resonanz-Datensatz (NMR- Datensatz) gespeicherten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (NMR-Echosignale) sich in der Polarität entlang der phasenko­ dierenden Richtung in der höchstmöglichen Rate ändern.

Es sollte auch offensichtlich sein, daß andere Einrichtungen zur Änderung der Polarität der kernmagnetischen Resonanz-Echo­ signale (NMR-Echosignale), so wie sie empfangen werden, verwen­ det werden können. Der wesentliche Faktor ist, daß diese Inver­ tierung vor dem Einbringen des Gleichspannungs-Pegels (DC-Pe­ gels) stattfindet, der den zu korrigierenden Grundlinienfehler erzeugt.

Verfahren und Vorrichtung zum Beseitigen von Grundlinienfehler­ artefakten in unter Verwendung von ultraschnellen Impulsfolgen erzeugten Resonanz-Bildern, einschließlich einer Änderung in der Phase eines Bezugsignals während des Empfangs der kernma­ gnetischen Resonanz-Echosignale zum Invertieren aufeinanderfol­ gender Ansichtung bei der Erfassung. Die invertierten Ansichten werden vor der Bildrekonstruktion rück-invertiert, so daß ein beliebiger, während der Erfassung eingebrachter Gleichspan­ nungspegel in eine hohe Raumfrequenz umgewandelt wird, die die sich ergebenden Artefakte zu den Grenzen des unter Verwendung einer Fouriertransformation rekonstruierten Bilds hinbewegt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Beseitigen von Grundlinienfehler-Artefakten in während einer Abtastung unter Verwendung einer ultraschnellen Impulsfolge erzeugten kernmagnetischen Resonanz-Bildern, mit den Schritten:
Durchführen einer ultraschnellen Impulsfolge, in der eine Serie von einzelnen phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz-Echosi­ gnalen (253) ansprechend auf eine durch einen einzelnen Hoch­ frequenz-Erregungsimpuls (251) erzeugte transversale Magneti­ sierung erzeugt wird,
Erfassen der Serien von einzelnen phasenkodierten kernmagneti­ schen Resonanz-Echosignalen (253) und Invertieren der Polarität aufeinanderfolgender der einzelnen phasenkodierten kernmagneti­ schen Resonanz-Echosignale, so wie sie erfaßt werden, Speichern eines kernmagnetischen Resonanz-Datensatzes aus wäh­ rend der Abtastung erfaßten aufeinanderfolgenden phasenkodier­ ten der einzelnen phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz- Echosignale (253),
Invertieren der Polarität von in dem kernmagnetischen Resonanz- Datensatz gespeicherten aufeinanderfolgenden phasenkodierten der einzelnen phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz-Echosi­ gnale (253), und
Rekonstruieren eines Bilds durch Anwenden einer Fouriertrans­ formation auf den kernmagnetischen Resonanz-Datensatz.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abtastung durch Ausführen einer einzelnen ultraschnellen Impulsfolge vervollständigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die ultraschnelle Impulsfolge eine echoplanare Impulsfolge ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die einzelnen phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz-Echosi­ gnale (253) einen Satz von phasenkodierten Werten in monotoner Reihenfolge abtasten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Serien von einzelnen phasenkodierten kernmagnetischen Reso­ nanz-Echosignalen (253) mit einer Empfängereinrichtung (152B, 208) empfangen werden, die jedes kernmagnetische Resonanz-Echo­ signal (253) mit einem Bezugsfrequenzsignal vermischt, und die Polarität von aufeinanderfolgenden phasenkodierten der einzel­ nen phasenkodierten kernmagnetischen Resonanz-Echosignale (253) ) mittels Invertieren der Polarität des Bezugsfrequenzsignals invertiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Polarität des Bezugsfrequenzsignals durch Verschieben sei­ ner Phase um 180° invertiert wird.