DE19652559B4

DE19652559B4 - Verfahren zur Magnet-Resonanz-Angiographie unter Verwendung eines Zustroms mit Quer-Spin-Magnetisierung

Info

Publication number: DE19652559B4
Application number: DE19652559A
Authority: DE
Inventors: Charles Lucian Dumoulin; Erika Schneider
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2016-12-18
Also published as: DE19652559A1; JPH09276250A; JP3814354B2; US5671742A

Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Magnet-Resonanz-Angiogrammen eines Objekts, mit den Schritten:
a) Anordnen des Objekts in einem Magnetfeld (B0) zur Polarisierung von Kernspins;
b) Anlegen eines Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610) an das Objekt, zum Nutieren von Kernspins innerhalb des Objekts zum Zweck der Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung;
c) Anlegen eines Anregungs-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (320; 420; 520; 620) an das Objekt gleichzeitig mit dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um die Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung auf einen ausgewählten Teil innerhalb des Objekts einzuengen;
d) Anlegen einer Refokussierungs-Hochfrequenz-Impuls-Teilfolge (330, 330a bis 330d; 430, 430a bis 430d; 530, 530a bis 530d; 630, 630a bis 630d) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um eine Kohärenz der erzeugten Quer-Spin-Magnetisierung beizubehalten;
e) Anlegen eines Phasenverschiebungs-erzeugenden Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (360; 460; 560; 660) mit einer ausgewählten Amplitude in einer ersten ausgewählten Richtung (230) an das Objekt...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnet-Resonanz(MR)-Abbildung und insbesondere auf die Erzeugung von Magnet-Resonanz-Angiogrammen von einem Patienten.
Es werden gegenwärtig zahlreiche Verfahren zur Erfassung von Magnet-Resonanz-Angiogrammen verwendet. Die meisten dieser Verfahren können entweder als ”Laufzeit”-Verfahren oder als ”phasen-empfindliches” Verfahren klassifiziert werden. Jede Klasse von Verfahren bezieht sich auf besondere physikalische Phänomene und jede Klasse besitzt gewisse Einschränkungen.
Die Laufzeit-Verfahren beziehen sich auf den Zustrom von Längs-Spin-Magnetisierung in dem abgebildeten Bereich. Typischerweise wird die Laufzeit-Angiographie mittels wiederholtem Anlegen von Hochfrequenz(RF)-Impulsen durchgeführt, die sowohl zur Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung zur Abbildung als auch zur Verringerung von Längs-Magnetisierung innerhalb des abgebildeten Bereichs dienen. Blut, das sich außerhalb des abgebildeten Volumens befindet, erfährt jedoch das Anlegen der Hochfrequenz-Impulse nicht und besitzt demzufolge vollständig relaxierte Längs-Spin-Magnetisierung. Sowie das relaxierte Blut in das abgebildete Volumen fließt, erscheint es viel heller als seine Umgebung, da die vollständig relaxierte Längs-Spin-Magnetisierung ein stärkeres Magnet-Resonanz-Signal ausbildet als die von stationärem Gewebe.
Unglücklicherweise erzeugen Laufzeit-Angiogramme keine vollständige Unterdrückung von stationärem Gewebe innerhalb des abgebildeten Volumens, da die vollständige Unterdrückung des stationären Gewebes auch das Signal von bewegtem Blut unterdrücken würde. Laufzeit-Angiogramme werden auch in Bereichen des Körpers mit Geweben mit einer kurzen Längs-Relaxationszeit eingeschränkt verwendet, da schnell relaxierende Gewebe eine Magnet-Resonanz-Signal-Intensität besitzen, die genauso stark wie im zuströmenden Blut sein kann.
Die zweite Klasse von Magnet-Resonanz-Angiographie-Verfahren bezieht sich auf die Erzeugung von Phasenverschiebungen bei der Quer-Spin-Magnetisierung, die proportional zur Geschwindigkeit sind. Diese Phasenverschiebungen werden hervorgerufen, indem ein Fluss-kodierender Magnetfeld-Gradienten-Impuls nach der Erzeugung von Quer-Magnetisierung durch einen Hochfrequenz-Anregungsimpuls erzeugt wird. Im Gegensatz zu den Laufzeit-Verfahren können Phasen-empfindliche Verfahren eine vollständige Unterdrückung von stationären Geweben erzeugen und erfassen Signale von Gewebe mit einer kurzen Längs-Relaxationszeit nicht. Unglücklicherweise befindet sich bei vielen klinischen Anwendungen sich bewegendes Blut sowohl in gewünschten als auch in unerwünschten Adern im interessierenden Bereich und Phasen-empfindliche Verfahren können bewegtes Blut in einer abzubildenden gewünschten Ader nicht von ungewünschtem sich bewegenden Blut oder Gewebe unterscheiden.
Gegenwärtig besteht ein Bedarf nach Magnet-Resonanz-Angiographie-Verfahren, die eine vollständige Unterdrückung von umgebendem Gewebe ausbilden und in ausgewählten Adern fließendes Blut von unerwünschten Magnet-Resonanz-Signalen von sich bewegenden Strukturen innerhalb des Körpers unterscheiden.
Es sind Impulsfolgen zur ausgewählten Erfassung von Blut innerhalb Arterien und Venen offenbart. Die Impulsfolgen verwenden eine Laufzeit-(TOF; ”Time-of-Flight”-)Strategie, aber von den vorstehend offenbarten Laufzeit-Verfahren unterscheiden sie sich darin, dass Quer-Spin-Magnetisierung eher als Längs-Spin-Magnetisierung gefolgt wird. Die Impulsfolgen verwenden einen räumlich auswählenden Anregungsimpuls, der zur Erzeugung einer Quer-Spin-Magnetisierung in einem ausgewählten Bereich eines Objekts verwendet wird. Dieser Bereich wird typischerweise gestaltet, dass er den Kern der abzubildenden Ader enthält. Nach der Anregung wird die Quer-Magnetisierung mittels einer Serie von Refokussierungs-Hochfrequenz-Impulsen beibehalten, während sich das Blut entlang der Ader bewegt. Die Quer-Magnetisierung wird dann zu einem oder mehr ausgewählten Zeitpunkten nach der Anregung mit herkömmlichen Abbildungs-Strategien abgetastet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von Magnet-Resonanz-Angiogrammen auszubilden, das einen hohen Grad von Hintergrund-Unterdrückung erzeugt und unempfindlich gegenüber sich bewegendem Blut außerhalb der interessierenden Adern innerhalb eines Objekts ist.
Die als neu angesehenen Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen genau dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch, sowohl ihr Aufbau als auch die Funktionsweise zusammen mit anderen Aufgaben und Vorteilen können am ehesten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verstanden werden.
Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der Hauptkomponenten eines zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Magnet-Resonanz-Abbildungs-Systems,
2 ein Diagramm einer Ader in einem abgebildeten Volumen, das eine relative Ausrichtung von ausgewählten Richtungen zeigt,
3 ein Impulsfolgen-Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das zur Erfassung von bewegtem Blut innerhalb eines Objekts verwendet werden kann,
4 ein Impulsfolgen-Diagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das zur Erfassung von bewegtem Blut innerhalb eines Objekts verwendet werden kann,
5 ein Impulsfolgen-Diagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das zur Erfassung von bewegtem Blut innerhalb eines Objekts verwendet werden kann, und
6 ein Impulsfolgen-Diagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das zur Erfassung von bewegtem Blut innerhalb eines Objekts verwendet werden kann.
1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der Hauptkomponenten eines Magnet-Resonanz-Abbildungs-Systems, das zur Verwendung mit der hier beschriebenen Erfindung geeignet ist. Das System besteht aus einem Allzweck-Mini-Computer 2, der funktionell mit einer Plattenspeichereinrichtung 2a und einer Schnittstelleneinrichtung 2b verbunden ist. Eine Hochfrequenz(RF)-Sende-/Empfangs-Einrichtung 3, eine Signal-Mittler-Einrichtung 4 und Gradienten-Energieversorgungs-Einrichtungen 5a, 5b und 5c, die alle mit dem Computer 2 über die Schnittstelleneinrichtung 2b verbunden sind. Die Gradienten-Energieversorgungs-Einrichtungen 5a, 5b und 5c versorgen die Gradientenspulen 12-1, 12-2 und 12-3 mit Energie, um Magnetfeld-Gradienten G_X, G_Y bzw. G_Z in den ”X”-, ”Y”- bzw. ”Z”-Richtungen über das gewünschte abzubildende Objekt zu erzeugen. Die Hochfrequenz(RF)-Sende-/Empfangs-Einrichtung 3 wird mit Impuls-Hüllkurven vom Computer 2 aufgetastet, um Hochfrequenz(RF)-Impulse mit der erforderlichen Modulation zur Anregung eines Magnet-Resonanz-Antwortsignals von dem Objekt zu erzeugen. Die Hochfrequenz(RF)-Impulse werden in einer Hochfrequenz(RF)-Leistungs-Verstärkereinrichtung 6 aus sich von 2 Watt (W) bis zu einigen Kilowatt (kW) verändernden Pegel verstärkt, abhängig vom Abbildungs-Verfahren, und an eine Hochfrequenz(RF)-Sende-/Empfangs-Spule 14-1 angelegt. Die höheren Leistungspegel sind für große Abtastvolumen erforderlich, wie beispielsweise bei einer Ganzkörper-Abbildung, und wo Impulse kurzer Dauer zur Anregung großer Magnet-Resonanz-Frequenz-Bandbreiten in größeren Hochfrequenz-Spulen erforderlich sind.
Magnet-Resonanz-Antwortsignale werden von einer Empfangsspule 14-2 erfasst, von einer Vorverstärkereinrichtung 9 mit niedrigem Rauschen verstärkt und passieren für eine weitere Verstärkung, Erfassung und Filterung zu einer Empfangseinrichtung 10. Das Signal wird dann zur Mittelung durch die Signal-Mittler-Einrichtung 4 und zur Verarbeitung durch den Computer 2 digitalisiert. Die Vorverstärkereinrichtung 9 und die Empfangseinrichtung 10 werden vor den Hochfrequenz(RF)-Impulsen während eines Durchlasses durch aktives Austasten oder durch passive Filterung geschützt.
Der Computer 2 erzeugt Austastung und Hüllkurven-Modulation für die Magnet-Resonanz-Impulse, Austastung für die Vorverstärkereinrichtung und Hochfrequenz(RF)-Leistungs-Verstärkereinrichtung und Spannungssignalformen für die Gradienten-Energieversorgungs-Einrichtungen. Der Computer 2 führt auch eine Datenverarbeitung, wie beispielsweise eine Fourier-Transformation, Bildrekonstruktion, Datenfilterung, Abbildungsanzeige und Speicherfunktionen (die alle herkömmlich und außerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung sind) durch.
Die Hochfrequenz(RF)-Sende-/Empfangs-Spule 14-1 und die Empfangs-Spule 14-2 können, wenn es gewünscht ist, eine Einzelspule umfassen. Alternativ können zwei separate Spulen, die elektrisch orthogonal sind, verwendet werden. Die letztere Ausführung besitzt den Vorteil eines verringerten Hochfrequenz(RF)-Impuls-Durchbruchs in die Empfangseinrichtung während einer Impulsübertragung. In beiden Fällen ist das mit den Spulen verbundene Magnetfeld zur Richtung eines durch eine Magneteinrichtung 11 erzeugten statischen Magnetfelds B₀ orthogonal. Die Spulen können von dem Rest des Systems durch das Einschließen in einem Hochfrequenz-(RF)-geschirmten Käfig isoliert werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Objekt innerhalb des Magneten eines Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-Systems angeordnet. Der Bereich, über den die Erfassung angiographischer Bilder gewünscht ist, wird dann durch einen Bediener identifiziert, vielleicht unter Zuhilfenahme einer herkömmlichen Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-Folge. Eine Impulsfolge wird dann angelegt und die Daten werden rekonstruiert.
2 ist ein Diagramm, das ein Abbildungsvolumen 200 veranschaulicht, das eine mit der vorliegenden Erfindung abzubildende Ader 210 enthält. Die Ader 210 überschneidet sich mit einem Anregungsvolumen 260. Das den Anregungsimpulsen unterworfene Blut fließt stromabwärts und füllt einen distalen Teil 220 einer Ader 210. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Quer-Spin-Magnetisierung innerhalb des distalen Teils 220 der Ader 210 erfasst und räumlich aufgelöste Daten in einer ersten Richtung 230, einer zweiten Richtung 240 und einer dritten Richtung 250 werden erfasst, um gemäß der vorliegenden Erfindung ein Magnet-Resonanz(MR)-Angiogramm zu erzeugen.
3 ist ein Impulsfolgen-Zeitablauf-Diagramm von in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz(RF)-Impulsen und Magnetfeld-Gradienten-Impulsen, die von dem Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-System ausgeführt werden können. Eine Impulsfolge 300 besteht aus einem in der Gegenwart eines gleichzeitig angelegten Schnitt-auswählenden Gradienten-Impulses 320 angelegten Anregungs-Hochfrequenz(RF)-Impuls 310. Der Anregungsimpuls 310 nutiert die Spin-Magnetisierung in einem ausgewählten Teil des Objekts, der durch die Frequenz der Hochfrequenz(RF)-Impulse 310 und die Amplitude und Richtung des Schnitt-auswählenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 320 bestimmt ist. Der Grad der Nutation kann durch Auswahl der Dauer und Amplitude der Anregungsimpulses 310 ausgewählt werden.
Der Schnitt-auswählende Magnetfeld-Gradienten-Impuls 320 wird gefolgt von einem Refokussierungs-Impuls 325, der die Hälfte der Fläche des Schnitt-auswählenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 320 besitzt. Dies verursacht, dass die Phase der Quer-Spin-Magnetisierung für alle angeregten Kernspins innerhalb des Objekts am Ende des letzten Refokussierungs-Impulses 325 im Wesentlichen dieselbe ist.
Nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz(RF)-Impulses 310 und des Schnitt-auswählenden Gradienten-Impulses 320 wird eine Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 angelegt. Die Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 besteht aus einer Reihe von Hochfrequenz(RF)-Impulsen, die zur Beibehaltung einer Phasenkohärenz bei der Quer-Magnetisierung entworfen sind. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 aus einem ersten Refokussierungs-Impuls 330a, einem zweiten Refokussierungs-Impuls 330b, einem dritten Refokussierungs-Impuls 330c und einem vierten Refokussierungs-Impuls 330d. Jeder der Refokussierungs-Impulse besitzt einen Kippwinkel im Wesentlichen gleich 180°. Im gegenwärtigen Ausführungsbeispiel besitzen der dritte Refokussierungs-Impuls 330c und der vierte Refokussierungs-Impuls 330d entgegengesetzte Polarität zu der des ersten Refokussierungs-Impulses 330a und des zweiten Refokussierungs-Impulses 330b, um Ungenauigkeiten bei den Hochfrequenz(RE)-Impulsen zu kompensieren. Refokussierungs-Impuls-Teilfolgen 330 können, wenn gewünscht, aus weniger oder mehr Hochfrequenz(RF)-Impulsen bestehen.
Alternative Ausführungsbeispiele, in denen Spin-blockierende Hochfrequenz-Impulse viel längere Dauern besitzen, sind auch möglich, wie in ”Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, A Physicochemical View”, Seiten 91–93, von Robin K. Harris, veröffentlicht von Pittman Books, Ltd. Marshfield, MA (1983) beschrieben. Die Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 fokussiert die Quer-Magnetisierung über die Teile des Objekts nach, die innerhalb der Anregungsspule liegen. Die Teile des Objekts, die der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 unterworfen sind, aber nicht dem Anregungs-Impuls 310, werden keine bemerkenswerten Mengen von Quer-Spin-Magnetisierung besitzen. Während der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 fließt das durch den Hochfrequenz(RF)-Anregungs-Impuls 310 innerhalb der Adern angeregte Blut stromabwärts und füllt den distalen Teil der Adern.
Nach dem Anlegen der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 330 wird eine Abbildungs-Teilfolge 340 angelegt. Die Abbildungs-Teilfolge 340 besteht aus einem Phasenverschiebungen-verursachenden Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 360 mit ausgewählter Amplitude. Der Phasenverschiebungen-verursachende Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 360 wird in der ersten Richtung 230 angelegt, wie in 2 gezeigt, und kann orthogonal zum Schnitt-auswählenden Gradienten-Impuls 320 sein, wenn gewünscht. Der Phasenverschiebungen-verursachende Auslese-Impuls 360 verursacht eine Quer-Magnetisierung an verschiedenen Positionen entlang der Richtung des Phasenverschiebungen-verursachenden Auslese-Magnetfeld-Gradienten, um Phasenverschiebungen zu erhalten, die proportional zur Position in der Auslese-Richtung sind.
Folgend auf das Anlegen des Phasenverschiebungen-verursachenden Auslese-Impulses 360 wird ein Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 370 angelegt. Der Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 370 wird in derselben Richtung angelegt wie der Phasenverschiebungen-verursachende Auslese-Impuls 360, bekommt aber entgegengesetzte Polarität. Die Amplitude und Dauer des Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses 370 werden derart ausgewählt, dass im Wesentlichen alle Quer-Magnetisierungen während des Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses 370 eine identische Phasenverschiebung an einem ausgewählten Punkt besitzt.
Im Wesentlichen gleichzeitig mit dem Anlegen des Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses 370 wird ein Daten-Erfassungssignal-Impuls 380 zu einem Daten-Erfassungs-Untersystem gesendet, das ein Teil des Abbildungs-Systems ist. Magnet-Resonanz-Antwortsignale werden während des Daten-Erfassungs-Impulses 380 digitalisiert. Da die von resonanten Kernen innerhalb der ausgewählten Teile des Objekts kommenden Magnet-Resonanz(MR)-Antwortsignale während des Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses 370 erfasst werden, wird jedes erfasste Magnet-Resonanz(MR)-Antwortsignal eine Frequenz besitzen, die proportional zum Ort des resonanten Kerns ist, der das Signal erzeugt. Der Ort jeder Signalquelle kann durch Anlegen einer Fourier-Transformation an die erfassten Signaldaten auf eine dem Fachmann wohlbekannte Art bestimmt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impulsfolge 300 eine Vielzahl Y von Malen wiederholt. Bei jeder der Y Wiederholungen wird die Verschiebung des Anregungs-Impulses 310 verändert, indem seine Mittenfrequenz um ein ausgewähltes Ausmaß entlang der zweiten Richtung 240 gemäß 2 verändert wird. Auf Vervollständigung der Y Wiederholungen hin werden die Fourier-transformierten Daten von jeder der Y Wiederholungen in einer Bildmatrix angeordnet, in der die Verschiebung jedes während jedes Daten-Erfassungs-Impulses 380 erfassten Datenvektors proportional zu der Verschiebung des entsprechenden Anregungs-Impulses 310 angeordnet wird, um ein Zeilen-Abtast-Bild auf eine für den Fachmann wohlbekannte Weise zu ergeben.
4 ist ein Impulsfolgen-Zeitablauf-Diagramm von in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz(RF)-Impulsen und Magnetfeld-Gradienten-Impulsen, die von dem Magnet- Resonanz(MR)-Abbildungs-System ausgeführt werden können. Impulse 410, 420, 425, 430, 460, 470 und 480 entsprechen den und funktionieren wie die Impulse 310, 320, 325, 330, 360 bzw. 370.
Nach dem Anlegen der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 430 wird eine Abbildungs-Teilfolge 440 angelegt. Die Abbildungs-Teilfolge 440 besteht aus einem Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 450 mit einer ausgewählten Amplitude. Der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 450 wird in einer ausgewählten Richtung angelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel die in 2 gezeigte zweite Richtung 240 ist.
Während des Anlegens des Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 450 wird ein Phasenverschiebungen-verursachender Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 460 mit ausgewählter Amplitude angelegt. Der Phasenverschiebungen-verursachende Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 460 wird in der ersten Richtung 230 gemäß 2 angelegt und kann orthogonal zu einem Schnitt-auswählenden Gradienten-Impuls 420 und dem Phasen-kodierenden Gradienten-Impuls 450 sein, wenn gewünscht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impulsfolge 400 eine Vielzahl Y von Malen wiederholt. Bei jeder der Y Wiederholungen bekommt der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 450 eine verschiedene Amplitude. Der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 450 verursacht Phasenverschiebungen bei den erfassten Magnet-Resonanz(MR)-Signalen, die proportional zur Position der resonanten Kerne entlang der Richtung des Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 450 ist. Ansprechend auf verschiedene Amplituden des Phasen-kodierenden Gradienten 450 erfasste Daten können Fourier-transformiert werden, um die Position (in der Richtung des Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 450) der resonanten Kerne auf eine dem Fachmann wohlbekannte Weise zu ergeben. Diese Richtung wird im Allgemeinen als eine ”Phasen-kodierende” Richtung bezeichnet.
5 ist ein Impulsfolgen-Zeitablauf-Diagramm von in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Hochfrequenz(RF)-Impulsen und Magnetfeld-Gradienten-Impulsen, die von dem Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-System ausgeführt werden können. Ähnlich entsprechen Impulse 510, 520, 525, 530, 550, 560, 570 und 580 den und funktionieren wie die Impulse 410, 420, 425, 430, 450, 460, 470 bzw. 480.
Nach dem Anlegen der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 530 wird eine Abbildungs-Teilfolge 540 angelegt. Die Abbildungs-Teilfolge 540 besteht aus einem ersten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 550a mit einer ausgewählten Amplitude und einem zweiten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 550b. Der erste Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550a wird in einer ersten ausgewählten Richtung angelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel die in 2 gezeigte zweite Richtung 240 ist. Der zweite Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550b wird in einer zweiten ausgewählten Richtung angelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel die in 2 gezeigte dritte Richtung 250 ist.
Während des Anlegens des ersten Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 550a und des zweiten Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 550b wird ein Phasenverschiebungen-verursachender Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls 560 mit ausgewählter Amplitude angelegt. Der Phasenverschiebungen-verursachende Auslese-Gradienten-Impuls 560 wird in der ersten Richtung 230 gemäß 2 angelegt und kann orthogonal zu dem Schnitt-auswählenden Gradienten-Impuls 520, den ersten Phasen-kodierenden Gradienten-Impuls 550a und dem zweiten Phasen-kodierenden Gradienten-Impuls 550b sein, wenn gewünscht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impulsfolge 500 eine Vielzahl Y von Malen wiederholt und jede der Vielzahl von Y Wiederholungen wird eine Vielzahl Z von Malen für eine Gesamtanzahl von Wiederholungen gleich Y mal Z wiederholt. Bei jeder der Y Wiederholungen bekommt der erste Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550a eine verschiedene Amplitude. Der erste Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550a verursacht Phasenverschiebungen in den erfassten Magnet-Resonanz(MR)-Signalen, die proportional zur Position der resonanten Kerne entlang der Richtung des ersten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 550a sind. Ansprechend auf verschiedene Amplituden des ersten Phasen-kodierenden Gradienten 550a erfasste Daten können Fourier-transformiert werden, um die Position (in der Richtung des ersten Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 550a) der resonanten Kerne auf eine dem Fachmann wohlbekannte Weise zu ergeben. Diese Richtung wird allgemein als eine ”Phasen-kodierende” Richtung bezeichnet.
Außerdem bekommt bei jeder der Z Wiederholungen der zweite Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550b eine verschiedene Amplitude. Der zweite Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 550b verursacht Phasenverschiebungen bei den erfassten Magnet-Resonanz(MR)-Signalen, die proportional zur Position der resonanten Kerne entlang der Richtung des zweiten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 550b sind. Ansprechend auf verschiedene Amplituden des zweiten Phasen-kodierenden Gradienten 550b erfasste Daten können Fourier-transformiert werden, um die Position (in der Richtung des zweiten Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 550b) der resonanten Kerne auf eine dem Fachmann wohlbekannte Weise zu ergeben. Diese Richtung wird allgemein als die ”zweite Phasen-kodierende” Richtung bezeichnet.
Nach Beendigung der Fourier-Transformation in der Auslese-, ersten Phasen-kodierenden und zweiten Phasen-kodierenden Richtung wird ein dreidimensionales Bild der durch den Anregungs-Hochfrequenz(RF)-Impuls 510 erzeugten Quer-Magnetisierung erhalten.
6 ist ein Impulsfolgen-Zeitablauf-Diagramm von in einem vierten Ausführungsbeispiel verwendeten Hochfrequenz(RF)-Impulsen und Magnetfeld-Gradienten-Impulsen, die von dem Magnet-Resonanz(MR)-Abbildungs-System ausgeführt werden können. In 6 entsprechen Impulse 610, 620, 625, 630, 640, 650, 660, 670 und 680 den und funktionieren wie die Impulse 510, 520, 525, 530, 550b, 560, 570 bzw. 580.
Nach dem Anlegen der Refokussierungs-Impuls-Teilfolge 630 wird eine Abbildungs-Teilfolge 640 angelegt. Die Abbildungs-Teilfolge 640 besteht aus einem ersten Fluss-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 655a mit einer ausgewählten Polarität. Der erste Fluss-kodierende Magnetfeld-Gradienten-Impuls besitzt ein erstes Moment ungleich Null und ruft Phasenverschiebungen in der Quer-Magnetisierung hervor, die proportional zur Spin-Geschwindigkeit entlang der Richtung des Fluss-kodierenden Gradienten ist. Der erste Fluss-kodierende Magnetfeld-Gradienten-Impuls 655a wird gefolgt von einem Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 650 mit einer ausgewählten Amplitude. Der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 650 wird in einer ausgewählten Richtung angelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel die in 2 gezeigte zweite Richtung 240 ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Impulsfolge 600 eine Vielzahl Y von Malen wiederholt und jede der Y Wiederholungen wird N Mal wiederholt für eine Gesamtanzahl von Wiederholungen gleich Y mal N. Bei jeder der Y Wiederholungen bekommt der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 650 eine verschiedene Amplitude. Der Phasen-kodierende Gradienten-Impuls 650 verursacht Phasenverschiebungen in den erfassten Magnet-Resonanz(MR)-Signalen, die proportional zur Position der resonanten Kerne entlang der Richtung des Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 650 ist. Ansprechend auf verschiedene Amplituden des Phasen-kodierenden Gradienten 660 erfasste Daten können Fourier-transformiert werden, um die Position (in der Richtung des Phasen-kodierenden Gradienten-Impulses 650) der resonanten Kerne auf eine dem Fachmann wohlbekannte Weise zu ergeben. Diese Richtung wird allgemein als eine ”Phasen-kodierende” Richtung bezeichnet.
Bei jeder der N Wiederholungen werden die Amplituden des ersten Fluss-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 655a verändert. In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist N = 2 und die Amplitude des ersten Fluss-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses 655a ist unverändert, aber die Polarität wird umgekehrt, um einen zweiten Fluss-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impuls 655b zu ergeben. Die ersten und zweiten Fluss-kodierenden Impulse rufen Phasenverschiebungen in der Quer-Magnetisierung hervor, die proportional zur Spin-Geschwindigkeit und zur Amplitude des Fluss-kodierenden Gradienten sind. Für Spins, die im Wesentlichen stationär sind, gibt es keine hervorgerufene Phasenverschiebung. Demzufolge können ansprechend auf jeder der N Anwendungen erfasste Daten mathematisch kombiniert werden, um von stationären Spins herrührende Signalkomponenten zu entfernen, während von bewegten Spins herrührende Signalkomponenten beibehalten werden. Für das Ausführungsbeispiel, in dem N = 2 ist, sind komplexe Differenz- und Phasen-Differenz-Berechnungen nützlich. Für Ausführungsbeispiele, in denen N > 2 ist, sind dem Fachmann von Phasen-empfindlicher Magnet-Resonanz(MR)-Angiographie andere Modulations-Schemata wohlbekannt. Es sollte beachtet werden, dass die im vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendeten Fluss-kodierenden Gradienten-Signalverläufe die Geschwindigkeit und Bewegungskomponenten höherer Ordnung kodieren. Kompliziertere Signalformen, die nur ausgewählte höhere Ordnungen der Bewegung kodieren, sind auch möglich.
Zahlreiche Varianten der vorliegenden Erfindung sind möglich. Beispielsweise kann die Anregung und Erfassung von Daten von M zusätzliche verschiedenen Sätzen von Anregungs-Volumina während Zeiträumen durchgeführt werden, in denen sich die Längs-Spin-Magnetisierung in dem ersten Volumen erholen darf. Dieses Ausführungsbeispiel der Impulsfolge erlaubt die Erfassung von mehr Bildern ohne Erhöhung der Gesamt-Abtastzeit.
Eine andere Variante ist die Verwendung einer Refokussierungs-Teilfolge, die räumlich auswählend ist, um den interessierenden Bereich weiter zu begrenzen. Die Impulsfolgen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch erweitert werden durch die Erfassung von zusätzlichen Echos, um eine Vielzahl von Bildern zu erhalten, jedes mit einer einzigartigen Echozeit TE. Dies könnte durch Wiederholen der Refokussierungs-Teilfolge nach Beendigung der Datenerfassung und Anlegen eines zweiten Auslese-Gradienten-Impulses gleichzeitig mit einem zweiten Daten Erfassungs-Impuls erreicht werden. Zusätzliche Echos können auf diese Weise erfasst werden, wenn gewünscht.
Zusätzliche Veränderungen bei Mehrfach-Echo-Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind möglich. Diese enthalten die Aufnahme zusätzlicher Phasen-kodierender Gradienten-Impulse vor jedem Echo auf eine Weise ähnlich der bei herkömmlichen Schnell-Spin-Echo-Techniken verwendeten. Dies erlaubt eine kürzere Abtastzeit, da die zur Erfassung von Daten für die Bilderzeugung nötigen Y Phasen-kodierenden Schritte in Y/P Anwendungen der Impulsfolge erfasst werden wobei P die Anzahl der Echos darstellt.
Veränderungen der Anregungs-Geometrie sind auch möglich. Beispielsweise kann die in den veranschaulichten Beispielen gezeigte planare Anregung durch ein Anregungs-Schema ersetzt werden, das eine zylindrische, sphärische oder andere nicht-planare Geometrie besitzt.
Die zum Erhalten von Magnet-Resonanz(MR)-Bildern mit den zweiten, dritten und vierten veranschaulichten Ausführungsbeispielen verwendeten Abbildungs-Teilfolgen 440, 540, 640 verwenden herkömmliche Spin-Verzerrungs-Gradienten-Signalverläufe (”spin warp gradient waveforms”).
Andere Abbildungs-Teilfolgen, wie beispielsweise Projektions-Rekonstruktions-, echo-planare, spiralige und hybride Abbildungen können verwendet werden, wenn gewünscht. Echo-planare und spiralige Abbildungs-Verfahren sind typischerweise Hochgeschwindigkeits-Abbildungs-Verfahren und aufgrund ihrer Fähigkeit zur Erzeugung von Bildern in einem kurzen Zeitraum insbesondere wünschenswert.
Auch können mit der vorliegenden Erfindung erfasste Bilder kombiniert werden, um ein größeres Mosaikbild zu erzeugen. Dies erlaubt ein Endbild, das einen größeren Ansichtbereich besitzt, während ein Bildkontrast auf der Grundlage eines Zustroms von Blut über einen kleineren Abstand beibehalten wird.
Während zahlreiche gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele der neuen Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung von Quer-Magnetisierungs-Magnet-Resonanz(MR)-Angiogrammen genau beschrieben wurden, werden für den Fachmann viele Modifikationen und Veränderungen offensichtlich sein.

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Magnet-Resonanz-Angiogrammen eines Objekts, mit den Schritten: a) Anordnen des Objekts in einem Magnetfeld (B0) zur Polarisierung von Kernspins; b) Anlegen eines Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610) an das Objekt, zum Nutieren von Kernspins innerhalb des Objekts zum Zweck der Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung; c) Anlegen eines Anregungs-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (320; 420; 520; 620) an das Objekt gleichzeitig mit dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um die Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung auf einen ausgewählten Teil innerhalb des Objekts einzuengen; d) Anlegen einer Refokussierungs-Hochfrequenz-Impuls-Teilfolge (330, 330a bis 330d; 430, 430a bis 430d; 530, 530a bis 530d; 630, 630a bis 630d) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um eine Kohärenz der erzeugten Quer-Spin-Magnetisierung beizubehalten; e) Anlegen eines Phasenverschiebungs-erzeugenden Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (360; 460; 560; 660) mit einer ausgewählten Amplitude in einer ersten ausgewählten Richtung (230) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um eine Phasenverschiebung der Quer-Spin-Magnetisierung in einem Ausmaß proportional zum Ort der Quer-Magnetisierung in der ersten Richtung (230) zu verursachen, f) Anlegen eines Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (370) in der ersten ausgewählten Richtung (230) mit einer zu der des Phasenverschiebungs-erzeugenden Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (360; 460; 560; 660) entgegengesetzten Polarität, g) Erfassen eines durch die Quer-Spin-Magnetisierung in der Gegenwart des Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (370; 470; 570; 670) erzeugten Magnet-Resonanz-Antwortsignals mit einer bei einer ausgewählten Frequenz arbeitenden Empfangseinrichtung (14-2, 10), h) Wiederholen der Schritte ”b” bis ”g”, eine Vielzahl Y von Malen, und k) Erzeugen eines rekonstruierten Magnet-Resonanz-Bilds, das Magnet-Resonanz-Bilddaten aus der innerhalb des ausgewählten Teils des Objekts erzeugten Quer-Spin-Magnetisierung enthält, und das sich aus dem ausgewählten Teil bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das rekonstruierte Magnet-Resonanz-Bild durch Fouriertransformieren der Daten ansprechend auf den angelegten Auslese-Magnetfeld-Gradienten-Impuls (370; 470; 570; 670) erhalten wird, gefolgt von der Anordnung der Daten in einer Bildmatrix an Orten entsprechend den ausgewählten Teilen des Objekts.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt Anlegen eines ersten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses (550a) mit einer ausgewählten Amplitude in einer zweiten ausgewählten Richtung (240) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (510), um eine um ein Ausmaß proportional zum Ort der Quer-Magnetisierung in der zweiten Richtung (240) Phasen-zu-verschiebende Quer-Spin- Magnetisierung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 3, mit dem Schritt Anlegen eines zweiten Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses (550b) mit einer ausgewählten Amplitude in einer dritten ausgewählten Richtung (250) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (510), um eine um ein Ausmaß proportional zum Ort der Quer-Magnetisierung in der dritten Richtung (250) Phasen-zu-verschiebende Quer-Spin-Magnetisierung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem Schritt Anlegen eines Fluss-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses (655a) mit einer ausgewählten Amplitude in einer ausgewählten Fluss-kodierenden Richtung an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (610), um eine um ein Ausmaß proportional zu der Geschwindigkeit der Quer-Magnetisierung in der ausgewählten Fluss-kodierenden Richtung Phasen-zu-verschiebende Quer-Spin-Magnetisierung zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte ”b” bis ”h” M Mal wiederholt werden, um Kernspins aus M zusätzlichen Teilen des Objekts zu nutieren und zu erfassen, um M zusätzliche rekonstruierte Magnet-Resonanz-Bilder zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anlegens der Refokussierungs-Hochfrequenz-Impuls-Teilfolge (330, 330a bis 330d; 430, 430a bis 430d; 530, 530a bis 530d; 630, 630a bis 630d) gleichzeitig mit einem Magnetfeld-Gradienten-Impuls einer ausgewählten Form, Amplitude und Dauer angelegt wird, um die Spin-Refokussierung auf einen ausgewählten Refokussierungs-Teil des Objekts zu begrenzen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schritte ”d” bis ”g” für P Wiederholungen für jede Wiederholung der Schritte (b) und (c) wiederholt werden, um P Magnet-Resonanz-Antwortsignale zu erzeugen, wobei jedes mit einer verschiedenen Zeitverzögerung nach dem zusammengesetzten Anregungs-Hochfrequenz-Impuls auftritt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei jede der P Wiederholungen auch das Anlegen eines zusätzlichen Phasen-kodierenden Magnetfeld-Gradienten-Impulses enthält, um eine schnellere Erfassung der zur Erzeugung des rekonstruierten Magnet-Resonanz-Bilds erforderlichen Magnet-Resonanz-Antwortsignale zu erlauben.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Anregungs-Hochfrequenz-Impuls (310; 410; 510; 610) eine Frequenz-Phasen-Bandbreite und -Amplitude über die Zeit und der Schnitt-auswählende Gradienten-Impuls (320; 420; 520; 620) eine Amplitude über die Zeit besitzt, um einen ausgewählten Teil des Objekts mit einer nicht-planaren Geometrie anzuregen.
Verfahren zum Erzeugen von Magnet-Resonanz-Angiogrammen eines Objekts, mit den Schritten: a) Anordnen des Objekts in einem Magnetfeld (B0) zur Polarisierung von Kernspins; b) Anlegen eines Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610) an das Objekt, zum Nutieren von Kernspins innerhalb des Objekts zum Zweck der Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung; c) Anlegen eines Anregungs-Magnetfeld-Gradienten-Impulses (320; 420; 520; 620) an das Objekt gleichzeitig mit dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um die Erzeugung von Quer-Spin-Magnetisierung auf einen ausgewählten Teil innerhalb des Objekts einzuengen; d) Anlegen einer Refokussierungs-Hochfrequenz-Impuls-Teilfolge (330, 330a bis 330d; 430, 430a bis 430d; 530, 530a bis 530d; 630, 630a bis 630d) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), um eine Kohärenz der erzeugten Quer-Spin-Magnetisierung beizubehalten; e) Anlegen einer Hochgeschwindigkeits-Abbildungs-Teilfolge (340; 440; 540; 640) an das Objekt zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Anlegen des Anregungs-Hochfrequenz-Impulses (310; 410; 510; 610), und f) Erzeugen eines rekonstruierten Magnet-Resonanz-Bilds, das Magnet-Resonanz-Bilddaten von der innerhalb des ausgewählten Teils des Objekts erzeugten Quer-Spin-Magnetisierung enthält, das sich aus dem ausgewählten Teil bewegt hat.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Hochgeschwindigkeits-Abbildungs-Teilfolge echo-planare Magnetfeld-Gradienten-Signalverläufe verwendet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Hochgeschwindigkeits-Abbildungs-Teilfolge spiralige Magnetfeld-Gradienten-Signalverläufe verwendet.