DE19816961A1 - Verfahren zur Gewinnung eines dreidimensionalen Rohdatensatzes für die MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die in den Anfangszeiten der Kernspintomographie im Verhält­ nis zu anderen Schnittbildverfahren lange Meßzeit konnte durch Entwicklung unterschiedlicher Sequenztypen kontinuier­ lich reduziert werden. Neben dem angewandten Sequenztyp be­ stimmt vor allem die Leistungsfähigkeit des Gradientensystems die Meßzeit. Besonders deutlich wird dies bei Sequenzen vom EPI-Typ (Echo Planar Imaging) wie er ursprünglich in dem US- Patent 4,165,479 beschrieben wurde. Beim sogenannten "Single Shot"-EPI-Verfahren kann nach einem einzigen Hochfrequenz- Anregepuls der gesamte, im allgemeinen quadratische k-Raum vollständig abgetastet werden. Damit kann man die Meßzeit für einen zweidimensionalen Datensatz bis unter 100 ms reduzie­ ren.

Daneben gibt es auch dreidimensionale Varianten des EPI-Ver­ fahrens. Die schnellere ist das sogenannte EVI-(Echo Volumar Imaging)-Verfahren, wie es in der Literaturstelle Howseman et al., 14^th SMRM, 240 (1988), beschrieben ist. Dabei wird nach einer einzigen Anregung ein kompletter dreidimensionaler Da­ tensatz gewonnen, indem man einen Phasencodiergradienten in zwei Richtungen schaltet. Dabei ist je nach Auflösung in der dritten Raumrichtung eine gegenüber dem zweidimensionalen EPI-Verfahren vervielfachte Anzahl von Refokussierungen in­ nerhalb eines T2*-Zerfalls des Kernresonanzsignals erforder­ lich, so daß das EVI-Verfahren extreme Anforderungen an das Gradientensystem stellt.

In einer langsameren Variante (3D-EPI) werden nacheinander mehrere aufeinanderfolgende Schichten selektiv angeregt. Nach jeder Anregung wird hier nur ein zweidimensionaler Datensatz aus der angeregten Schicht gemessen. Durch Zusammenführung der Signale aus den einzelnen Schichten erhält man wieder ei­ nen dreidimensionalen Rohdatensatz, aus dem ein dreidimensio­ naler Bilddatensatz gewonnen werden kann.

Die Meßzeit wird bei Sequenzen vom EPI-Typ und dessen Varian­ ten hauptsächlich durch die reine Auslesezeit bestimmt. Die Auslesezeit ist wiederum gegeben durch die Geschwindigkeit, mit der die Punkte im k-Raum abgetastet werden können. Da der k-Raum sich bekanntlich aus dem Gradientenintegral ableitet, gehen in diese Abtastgeschwindigkeit sowohl die Gradienten­ amplitude als auch die Anstiegszeit der Gradientenpulse ein. Bezüglich beider Kriterien ist die Leistungsfähigkeit des Gradientensystems ein limitierender Faktor. Da die Gradien­ tenspulen eine induktive Last darstellen, wird die benötigte Spannungsfestigkeit des Gradientenverstärkers mit kürzerer Anstiegszeit höher. Die Gradientenamplitude ist bestimmt durch den Maximalstrom des Gradientensystems. Als weiterer limitierender Faktor kommt hinzu, daß schnell geschaltete Gradienten mit hoher Amplitude im Untersuchungsobjekt physio­ logische Stimulationen verursachen, die man vermeiden will.

Es wurden daher Wege gesucht, bei Anwendung des EPI-Verfah­ rens die extremen Anforderungen an das Gradientensystem zu verringern.

Aus der Literaturstelle M. A. Bernstein: Are the corners of k-space worth preserving?, Proceedings of the Society of Ma­ gnetic Resonance, 1995, Vol. 2, p. 734, ist es bekannt, daß die Ecken des k-Raums keine direkt für das Bild verwertbare Information enthalten. Berücksichtigt werden müssen lediglich alle k-Raumwerte, die für den Fall einer quadratischen Bild­ matrix die Bedingung |k| ≦ k_xmax erfüllen. Ausgehend von die­ ser Erkenntnis wurde in folgender Literaturstelle vorgeschla­ gen, beim zweidimensionalen EPI-Verfahren lediglich einen kreisförmigen Bereich des k-Raums zu messen: Pauly J. M. et al., 3. SMRM, 106 (1995). Durch die Abtastung eines kreisför­ migen Bereichs des k-Raums werden die abgetasteten Zeilen zum Rand des k-Raums hin kürzer, so daß man dort Auslesegradien­ ten mit geringerer Amplituden-Zeit-Fläche, d. h. im speziellen kürzerer Zeitdauer, einsetzen kann. Damit läßt sich die Meß­ zeit für einen zweidimensionalen Datensatz um bis zu 27% verkürzen.

Aus der Literaturstelle Kashmar G. et al., 6. SMRM, 454 (1987), ist es für das zweidimensionale EPI-Verfahren ferner bekannt, die Stärke des Auslesegradienten dadurch zu erhöhen, daß man ihn in einem Koordinatensystem, das durch die von den Gradientenspulen jeweils einzeln erzeugten physikalischen Gradientenrichtungen definiert ist, diagonal liegt. Die durch die Gradientenspulen jeweils einzeln erzeugten sogenannten physikalischen Gradienten können nämlich durch gleichzeitiges Einschalten zu einem sogenannten logischen Gradienten überla­ gert werden. Dessen Stärke ist beispielsweise um den Faktor √2 höher als die Stärke zweier einzelner physikalischer Gra­ dienten gleicher Stärke, sofern der logische Gradient in ei­ nem Winkel von 45° zu den physikalischen Gradienten liegt und diese gleich stark sind. Da die Abtastgeschwindigkeit im k- Raum der Gradientenamplitude des Auslesegradienten proportio­ nal ist, kommt man mit einem solchen diagonal liegenden Aus­ lesegradienten zu entsprechend kürzeren Abtastzeiten.

In der Literaturstelle Heid O. et al., 4. ISMRM, 1483 (1996), wurde vorgeschlagen, die beiden obengenannten Verfahren zur Verkürzung der Meßzeit durch entsprechende Abtastung des k- Raums zu verbinden. Es wird also die Messung auf einer diago­ nalen k-Raum-Trajektorie und in einem kreisförmigen Bereich des k-Raums durchgeführt. Da die Zeitersparnis aus der kreis­ förmigen Belegung des k-Raums und der diagonalen Abtastung jeweils unabhängig voneinander sind, kann man die jeweilige relative Zeitersparnis miteinander multiplizieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Gewinnung ei­ nes dreidimensionalen Rohdatensatzes anzugeben, das bei sonst gleichen Voraussetzungen eine noch höhere relative Zeiter­ sparnis gegenüber der vollständigen Abtastung des k-Raums er­ gibt bzw. bei gleichbleibender Akquisitionszeit zu geringeren Leistungsanforderungen an das Gradientensystem führt und fer­ ner das Problem der Stimulation eines zu untersuchenden Pati­ enten entschärft.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 7.

Bei der für den planaren Fall bekannten kreisförmigen Bele­ gung des k-Raums werden nach wie vor alle k-Raumzeilen gemes­ sen. Lediglich die Länge der k-Raumzeilen wird zum Rand der Rohdatenmatrix hin kürzer, so daß man kürzere Abtastinterval­ le, und damit eine Ersparnis der Akquisitionszeit, erhält.

Durch den Übergang auf eine ellipsoidförmige Belegung eines dreidimensionalen k-Raums tritt ebenfalls eine Verkürzung der k-Raumzeilen zum Rand hin ein, wobei jedoch zusätzlich ganze k-Raumzeilen wegfallen. Damit ist die relative Meßzeiterspar­ nis gegenüber einer vollen Belegung des k-Raums noch größer.

Eine zusätzliche Zeitersparnis erzielt man, wenn man den lo­ gischen Auslesegradienten aus mindestens zwei Komponenten der physikalischen Gradienten derart zusammensetzt, daß sich eine maximale Stärke des logischen Auslesegradienten ergibt. Wei­ tere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 9 näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Sequenzschema vom herkömmlichen EPI-Typ,

Fig. 2 die k-Raum-Trajektorie für dieses Sequenzschema,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung abgewandelte EPI-Sequenz,

Fig. 4 eine Zeitscheibe aus der Sequenz nach Fig. 3,

Fig. 5 die k-Raum-Trajektorie für diese EPI-Sequenz,

Fig. 6 eine gegenüber dem physikalischen Gradientensystem gedrehte logische Gradientenlage,

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine erfindungs­ gemäß abgewandelte EPI-Sequenz,

Fig. 8 eine Zeitscheibe aus der Sequenz nach Fig. 6,

Fig. 9 schematisch eine Schaltungsanordnung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens.

Zur Erläuterung des Verfahrens wird nachfolgend eine Pulsse­ quenz nach dem EPI-Verfahren herangezogen, da hierbei die größte Einsparung an Meßzeit erzielt werden kann. Es ist je­ doch zu betonen, daß sich das erfindungsgemäße Prinzip auch auf andere Pulssequenzen anwenden läßt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung baut die nachfolgende Erläuterung auf eine herkömmliche EPI-Sequenz nach Fig. l auf, und zwar zur weiteren Vereinfachung auf einen zweidimen­ sionalen Fall. In diesem Beispiel werden die Kernspins zu­ nächst durch einen 90°-Hochfrequenzpuls RF1 angeregt, der un­ ter der Einwirkung eines Schichtselektionsgradienten G_S schichtselektiv wirkt. Nachfolgend erfolgt durch einen nega­ tiven Gradientenpuls in Schichtselektionsrichtung eine Repha­ sierung der Kernspins in dieser Richtung und durch Gradien­ tenpulse Gp1 bzw. Gr1 eine Vorphasierung in Phasencodierrich­ tung und Ausleserichtung. Durch einen zweiten Hochfrequenz­ puls RF2, der einen Flipwinkel von 180° aufweist, werden die Kernspins invertiert, so daß in bekannter Weise ein Spinecho entsteht. Die Kernresonanzsignale werden nun unter der Ein­ hüllenden dieses Spinechos abgetastet. Dabei wird ein Ausle­ segradient Gr geschaltet, der aus einer Folge von Gradienten­ pulsen wechselnder Polarität besteht. Unter jedem Gradienten­ puls erhält man ein Kernresonanzsignal, das abgetastet und phasenempfindlich demoduliert wird. Demodulierte und digita­ lisierte Abtastwerte dieser Kernresonanzsignale werden in noch zu erläuternder Weise in eine Rohdatenmatrix eingetra­ gen. Diese Rohdatenmatrix kann man als Meßdatenraum betrach­ ten, der im allgemeinen als k-Raum bezeichnet wird. Für den k-Raum gilt die folgende Definition:

Dabei ist γ die Larmorkonstante und Gx, Gy, Gz ein Magnet­ feldgradient in der Richtung x, y bzw. z eines kartesischen Koordinatensystems. Auf die Pulssequenz nach Fig. 1 übertra­ gen, könnte z. B. der Schichtselektionsgradient Gs in z- Richtung, der Phasencodiergradient Gp in y-Richtung und der Auslesegradient Gr in x-Richtung liegen, so daß für diesen Fall also gilt: Gz = Gs, Gy = Gp, Gx = Gr. Aus einem Rohda­ tensatz im k-Raum kann man nun ein Bild rekonstruieren, da zwischen dem Ortsraum (also dem Bild) und dem k-Raum unter Vernachlässigung von Relaxationseffekten mathematisch der Zu­ sammenhang über folgende mehrdimensionale Fourier-Transfor­ mation besteht.

S (k_x, k_y, k_z) = ∫∫∫ρ (x, y, z) e^{i (k_xx + k_yy + k_zz)}d_xd_yd_z

Dabei ist ρ (x,y,z) die Spindichteverteilung und S das erhal­ tene Signal. Da die Meßwerte als diskrete numerische Werte vorliegen, wird die Fourier-Transformation typischerweise als diskrete Fourier-Transformation mittels FFT(Fast Fourier Transform)-Verfahren durchgeführt.

Jedes Signal S in der Darstellung nach Fig. 1 belegt eine Zeile der Rohdatenmatrix. Die Zeilenposition ist dabei ent­ sprechend den obigen Ausführungen durch den Wert ky, also durch das Zeitintegral über den insgesamt vorausgehenden Pha­ sencodiergradienten Gp, festgelegt. Dieses Zeitintegral wird von einem negativen Maximalwert, der durch den Vorphasiergra­ dienten Gp1 definiert ist, schrittweise fortgeschaltet, und zwar durch kleine Gradientenpulse Gpb, die jeweils zwischen den Akquisitionsphasen der Kernresonanzsignale S geschaltet werden. Diese Gradientenpulse werden in der Fachliteratur auch als "Blips" bezeichnet.

Bei herkömmlichen Pulssequenzen ist jeder Einzelpuls des Aus­ lesegradienten Gr identisch.

Wenn man die so erhaltenen Meßwerte in dem oben definierten k-Raum aufträgt, erhält man ein k-Raum-Abtastschema nach Fig. 2. Die Position der Meßwerte im k-Raum ist dabei durch Punkte definiert. Mit jedem Signal S wird eine vollständige Zeile der k-Raummatrix, die jeweils von -kxmax bis +kxmax läuft gewonnen. Alle Meßwerte sind im k-Raum äquidistant. Ty­ pischerweise ist die k-Raummatrix quadratisch, d. h., sie deckt in y-Richtung denselben Bereich ab wie in x-Richtung. Es ist jedoch auch möglich, eine rechteckförmige k-Raummatrix zu gewinnen, indem man z. B. in y-Richtung durch weniger Pha­ sencodierschritte einen geringeren Bereich abdeckt als in x- Richtung.

In Fig. 2 ist auch die sogenannte k-Raumtrajektorie darge­ stellt, d. h. die Linie im k-Raum, auf der sukzessive die Roh­ daten gewonnen werden. Wie bereits erwähnt, beginnt die Da­ tenakquisition mit dem höchsten negativen k-Wert -kymax, d. h. der untersten k-Raumzeile. Unter dem ersten Teilpuls des Aus­ lesegradient Gr, der positiv ist, werden die k-Raumpunkte der Reihenfolge nach von links nach rechts gewonnen. Anschließend wird durch einen "Blip" Gpb des Phasencodiergradienten Gp die Phasencodierung um einen Schritt fortgeschaltet, d. h. im k- Raum eine Zeile höher. In der nächsten Akquisitionsphase ist der Auslesegradient negativ, d. h., hier läuft die Abtastung im k-Raum von rechts nach links usw.

Wie bereits eingangs ausgeführt, läßt sich der hier erläuter­ te zweidimensionale Fall auch auf drei Dimensionen erweitern.

In Fig. 3 ist eine Pulssequenz als erstes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt. Dabei wird ein dreidimensio­ naler Rohdatensatz gewönnen, indem man nacheinander zweidi­ mensionale Datensätze aus mehreren Schichten (im Beispiel 11 Schichten) gewinnt. Die schichtselektive Anregung erfolgt in bekannter Weise durch Einstrahlen eines Hochfrequenzpulses RF unter der Einwirkung eines Schichtselektionsgradienten Gs. Auf jede Anregung folgt ein oszillierender Auslesegradient Gr, wobei in diesem Beispiel Dreieckpulse verwendet werden. Die zugehörige k-Raumtrajektorie (der Übersichtlichkeit wegen allerdings nur für drei Schichten) ist in Fig. 5 in einem Koordinatensystem kp, kr, ks dargestellt. Dabei steht kp für den k-Wert in Phasencodierrichtung, kr für den k-Wert in Richtung des Auslegegradienten Gr und ks für den k-Wert in Schichtselektionsrichtung. Man erkennt, daß die dreidimensio­ nale k-Raumstruktur kugelförmig ist, was folgende Konsequen­ zen hat: In den Randbereichender Schichtselektionsrichtung (also der Richtung ks) werden weniger k-Raumzeilen abgetastet als in den zentralen Bereichen, d. h., es sind entsprechend weniger Einzelpulse des oszillierenden Auslesegradienten er­ forderlich. Ferner wird die Länge des je Einzelpuls des Aus­ lesegradienten Gr zurückgelegten k-Raumwegs kleiner, wenn man sich vom Zentrum des kugelförmigen k-Raums entweder in ks- oder in kp-Richtung wegbewegt. Dies bedeutet, daß das Gra­ dientenzeitintegral je Einzelpuls des Auslesegradienten Gr außerhalb des Zentrums entsprechend kleiner wird. Im Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 3 erkennt man, daß zum einen die Gradientenamplituden zum Anfang und zum Ende der Gesamtse­ quenz hin kleiner werden und daß zum anderen nach jeder ein­ zelnen Anregung die Gradientenamplituden der Einzelimpulse des Auslesegradienten Gr zu- und dann wieder abnehmen.

Die Phasencodierung mit dem Phasencodiergradienten Gp, die in Fig. 3 nicht sichtbar ist, ist in Fig. 4 für eine einzelne Anregung in einem vergrößerten Zeitmaßstab dargestellt. Es wird zunächst ein negativer Phasencodiergradient Gp- geschal­ tet, so daß man, wie in Fig. 5 sichtbar, in kp-Richtung im negativen Bereich des k-Raums startet. Anschließend wird durch zwischen den Akquisitionsphasen des Kernresonanzsignals S geschaltete kleine Einzelpulse Gpb, sogenannte "Blips" die Phasencodierung stufenweise erhöht, so daß man in der Mitte zwischen zwei Anregungen zur Nullzeile im k-Raum und dann in den positiven Bereich des k-Raums gelangt.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 3 und 4 werden die in Ausleserichtung variierenden k-Raumstrecken dadurch reali­ siert, daß entsprechend dem jeweils erforderlichen Gradien­ tenzeitintegral die Zeitdauer der Einzelpulse dieses Auslese­ gradienten ebenfalls entsprechend variiert, wobei sich bei Dreieckspulsen gleichzeitig die Gradientenamplitude ändert. Wenn das Schwergewicht nicht so sehr bei einer Verkürzung der Datenakquisitionszeit, sondern bei einer Reduzierung der An­ forderungen an das Gradientensystem bzw. bei der Vermeidung von physiologischen Stimulationen des zu untersuchenden Pati­ enten liegt, kann man auch lediglich die Amplitude der Ein­ zelpulse absenken, was dann zu trapezförmigen Einzelpulsen des Auslesegradienten Gr führt. Dieser Fall ist in Fig. 5 dargestellt.

Bei der dargestellten kugelförmigen (oder allgemeiner gesagt:
ellipsoidförmigen) Belegung des k-Raums kommen zwei Effekte zusammen, die bei gleicher Leistungsfähigkeit des Meßsystems zu einer Verkürzung der Meßzeit führen. Zum einen ist dies der bereits aus dem zweidimensionalen Bereich bekannte Ef­ fekt, daß k-Raumzeilen verkürzt werden. Hinzu kommt noch die Zeitersparnis, die sich daraus ergibt, daß k-Raumzeilen ganz wegfallen, so daß man für den dreidimensionalen Fall relativ zur vollständigen k-Raumabtastung noch eine deutlich höhere Einsparung an Meßzeit erzielt als im zweidimensionalen Fall. Die effektive maximale Gradientenamplitude während der k- Raumabtastung wird nicht überschritten,wenn gilt:

Dabei ist γ die gyromagnetische Konstante, sr die Ausdehnung des Betrachtungsfensters in Ausleserichtung, N die Auflösung in Ausleserichtung und Gr. die Anstiegs-/Abfallrate des Aus­ lesegradienten. Die Zeit T für die Erfassung des dreidimen­ sionalen k-Raums mit einer Matrix mit L × M × N Meßpunkten beträgt:

Für die Abtastung eines rechteckigen dreidimensionalen k- Raums mit dreieckförmigen Gradientenhalbwellen und der Ver­ wendung einer physikalischen Gradientenachse für den Auslese­ gradienten ergibt sich ein Wert A=2. Mit der Anwendung der hier vorgeschlagenen kugelförmigen k-Raum-Belegung innerhalb eines quadratischen dreidimensionalen k-Raums erhält man ei­ nen Faktor von

Das heißt, die Akquisitionszeit für die kugelförmige k-Raum-Belegung beträgt nur 62,8% der Akquisitionszeit bei herkömmlicher k-Raum-Belegung im dreidi­ mensionalen Fall.

Eine weitere Ersparnis an Akquisitionszeit erhält man, indem man zur Erzeugung des logischen Auslesegradienten nicht nur eine Gradientenspule, sondern zwei oder drei physikalische Gradientenspulen einsetzt. Wie bereits eingangs erwähnt, ist zu unterscheiden zwischen den physikalischen Gradienten, wie sie einzeln von den physikalischen Gradientenspulen erzeugt werden, und logischen Gradienten, die in einem durch Schicht­ selektionsgradienten, Phasencodiergradienten und Auslesegra­ dienten vorgegebenen Koordinatensystem liegen. Die physikali­ schen Gradienten definieren z. B. ein kartesisches Koordina­ tensystem x,y,z. Durch gleichzeitiges Einschalten zweier oder dreier Gradientenspulen kann man einen logischen Auslesegra­ dienten erzeugen, der um den Faktor √2 bzw. √3 stärker als der einzelne physikalische Gradient ist. Voraussetzung dabei ist natürlich, daß alle drei Gradientensysteme für x-, y- und z-Richtung die gleiche Gradientenstärke liefern. Durch eine solche diagonale Lage des Auslesegradienten Gr im x-, y-, z- Koordinatensystem erhält man damit eine Verringerung der Akquisitionszeiten um 16% bei Überlagerung zweier physikali­ scher Gradienten und 24% bei Überlagerung dreier physikali­ scher Gradienten. In Fig. 6 ist dargestellt, daß das durch die logischen Gradienten Gp, Gr, Gs definierte Koordinatensy­ stem kp, kr, ks gegenüber dem physikalischen Gradientensystem gedreht ist.

Durch gleichzeitige Anwendung der beiden oben dargestellten Methoden zur Verkürzung der Akquisitionszeit, also der kugel­ förmigen k-Raum-Abtastung und des diagonalen Auslesegradien­ ten, gelangt man zu Werten von 52,8% (Überlagerung zweier physikalischer Gradienten) bzw. 47,7% (Überlagerung dreier physikalischer Gradienten) der Akquisitionszeit herkömmlicher Sequenzen. Hierbei ist besonders interessant, daß diese Re­ duktion der Akquisitionszeiten rein durch geschickte Abta­ stung der Meßwerte im k-Raum erreicht wird und mit keinerlei hardwareseitigem Aufwand verbunden ist.

In Fig. 7 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Pulssequenz dargestellt, die auf dem sogenannten "EVI"(Echo Volumar Imaging)-Verfahren beruht. Dabei wird nach einer Anregung durch einen Hochfrequenzpuls RF der gesamte k- Raum abgetastet. Der Hochfrequenzpuls RF wirkt durch einen gleichzeitig eingeschalteten Gradienten Gs volumenselektiv, d. h., im Gegensatz zur schichtselektiven Anregung beim 3D- EPI-Verfahren nach Fig. 3 wird hier eine dickere Scheibe im Untersuchungsobjekt angeregt, aus der dann Bilddaten in drei­ dimensionaler Auflösung gewonnen werden. In Fig. 8 ist ein Teil der Pulssequenz nach Fig. 7 in einem größeren Zeitmaß­ stab dargestellt, so daß hier auch die Phasencodiergradienten erkennbar sind. Wesentlich beim EVI-Verfahren ist, daß hier nicht nur in einer Raumrichtung, sondern in zwei Raumrichtun­ gen eine Phasencodierung durchgeführt wird, d. h. sowohl der Gradient Gp als auch der Gradient Gs zur Fortschaltung der Phasencodierung verwendet wird. Die k-Raumtrajektorie ist identisch zu der in Fig. 5 dargestellten. Durch einen an­ fänglichen positiven Puls des Gradienten Gs startet die Pulssequenz mit positiven ks-Werten. Nach zeilenweiser Abta­ stung der Schicht durch den oszillierenden Auslesegradienten Gr und schrittweiser Fortschaltung durch Gradienten-Blips Gp wird die ks-Position durch einen negativen Puls des Gradien­ ten Gs um einen Schritt nach links verschoben. Darauf wird eine weitere k-Raumebene abgetastet usw. Wie beim oben dar­ gestellten 3D-EPI-Verfahren benötigt man in den Randbereichen des k-Raums weniger k-Raumzeilen und geringere Gradienten­ amplituden. Durch die ellipsoidförmige Abtastung des k-Raums und gegebenenfalls die Zusammensetzung des logischen Auslese­ gradienten aus zwei bzw. drei physikalischen Gradienten läßt sich dieselbe relative Einsparung an Akquisitionszeit wie beim 3D-EPI-Verfahren erzielen. Das EVI-Verfahren ist von vorneherein schneller als das 3D-EPI-Verfahren, da für ein ganzes Volumen nur eine einzige Anregung durchgeführt wird.

Es ist zu betonen, daß die dargestellten Pulssequenzen nur als Ausführungsbeispiele zu verstehen sind und daß der we­ sentliche Gedanke in der ellipsoidförmigen k-Raumabtastung liegt. Dadurch können durch den vollständigen Wegfall ganzer k-Raumzeilen und die Verkürzung anderer k-Raumzeilen weitge­ hend unabhängig vom speziellen Akquisitionsverfahren Einspa­ rungen bei der Akquisitionszeit bzw. geringere Anforderungen an das Gradientensystem erreicht werden. Besonders vorteil­ haft ist das Verfahren natürlich dann, wenn die eigentlichen Datenakquisitionszeiten einen erheblichen Anteil der gesamten Messung ausmachen. Als weitere Beispiele für solche Pulsse­ quenzen seien genannt:

• - Turbospinechosequenzen, bei denen nach einer Anregung durch mehrere 180°-Refokussierungspulse mehrere Spinechos gewon­ nen werden,
• - Turbogradienten-Spinechosequenzen, bei denen nach einer An­ regung ebenfalls mehrere Hochfrequenz-Refokussierungspulse folgen und zwischen diesen durch mehrfache Gradienteninver­ sion wiederum mehrere Kernresonanzsignale gewonnen werden.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist schema­ tisch in Fig. 9 dargestellt. Ein Magnetsystem, bestehend aus den Spulen 5 bis 8, wird von einer Magnetstromversorgung 4 gespeist. Im Magnetsystem ist ein Gradientenspulensystem 10, 11 angeordnet, das von einem Gradientenverstärker 12 gespeist wird. Innerhalb des Gradientenspulensystems 10, 11 liegt wie­ derum eine Sende-/Empfangs-Antenne 9, über die sowohl Hoch­ frequenzenergie zur Anregung der Kernspins eingestrahlt wird als auch die Kernresonanzsignale empfangen werden. Diese An­ tenne 9 ist wechselweise mit einer Empfangseinheit 13 oder einer Sendeeinheit 14 verbunden. In der Empfangseinheit wer­ den die empfangenen Kernresonanzsignale phasenempfindlich de­ moduliert, abgetastet und digitalisiert. Die digitalisierten Werte werden in einer Speichereinheit 15 abgespeichert. Durch eine Bildrekonstruktionseinheit 16 wird aus den gespeicherten Meßwerten ein Bild zur Anzeige auf einem Monitor gewonnen. Sämtliche Einheiten werden durch eine Steuereinheit 18 so an­ gesteuert, daß man den oben beschriebenen Sequenzverlauf er­ hält.

Claims (8)

1. Verfahren zur Gewinnung eines dreidimensionalen Rohda­ tensatzes für die MR-Bildgebung mit folgenden Schritten:

• a) Anregen von Kernresonanzsignalen (S) in einem Unter­ suchungsobjekt,
• b) Phasencodierung der Kernresonanzsignale (S),
• c) Auslesen der Kernresonanzsignale unter einem Auslese­ gradienten (Gr),
• d) phasenempfindliches Abtasten und Digitalisieren der Kernresonanzsignale (S),
• e) Eintrag der Abtastwerte als Rohdaten in eine dreidi­ mensionale Rohdatenmatrix im k-Raum entsprechend den Phasenfaktoren der Kernresonanzsignale,
• f) mehrfache Wiederholung der Schritte b) bis e) mit fortgeschalteter Phasencodierung, wobei ein ellip­ soidförmiger Bereich des k-Raums abgetastet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitdauer jedes Auslesegradientenpulses (Gr) entsprechend dem unter diesem Auslesegradientenpuls (Gr) abgetasteten k-Raumbereich vari­ iert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Amplitude jedes Auslesegradientenpulses (Gr) entsprechend dem unter diesem Auslesegradientenpuls (Gr) abgetasteten k-Raumbereich variiert.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der logische Auslesegradient (Gr) aus mindestens zwei Komponenten der physikalischen Auslesegradienten (Gx,Gy,Gz) derart zusam­ mengesetzt ist, daß sich eine maximale Stärke des logischen Auslesegradienten ergibt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Rohdatengewinnung Anregungen von Kernresonanzsignalen (S) in L Schichten des Untersuchungsobjektes durchgeführt werden, wobei nach jeder Anregung durch mehrfache Inversion eines Auslesegradienten N Kernresonanzsignale gewonnen werden, die so phasencodiert werden, daß der gewonnene Rohdatensatz einen planaren Teil des k-Raums abdeckt, und wobei durch Zusammen­ setzung der Rohdatensätze aus den l Schichten ein dreidimen­ sionaler Rohdatensatz gewonnen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zur Rohdatengewinnung nach einer Anregung von Kernresonanzsigna­ len durch mehrfache Inversion eines Auslesegradienten L × N × M Kernresonanzsignale gewonnen werden, die so phasencodiert sind, daß die Abtastwerte einen dreidimensionalen k-Raum ab­ decken.

7. Vorrichtung zur Gewinnung von Rohdaten mit folgenden Merkmalen:

• - einer Sendeeinheit (13) zum Anregen von Kernresonanz­ signalen (S),
• - einer Gradienteneinheit (10, 11, 12) zur Erzeugung von physikalischen Gradienten (Gx,Gy,Gz),
• - einer Empfangseinheit (14) zum Empfang, zur phasenemp­ findlichen Abtastung und zur Digitalisierung von Kern­ resonanzsignalen (S),
• - einer Speichereinheit (15), in der Abtastwerte mit dreidimensionaler Ortsauflösung nach Phasenfaktoren im k-Raum geordnet abgelegt werden,
• - einer Steuereinheit (18), mit der die Gradientenein­ heit (10, 11, 12) und die Empfangseinheit (14) so ange­ steuert werden, daß k-Raumpunkte, die außerhalb eines ellipsoidförmigen Bereichs des k-Raums liegen, nicht gemessen werden.

8. Vorrichtung zur Gewinnung von Rohdaten nach Anspruch 7, wobei die Gradienteneinheit so gesteuert wird, daß der logi­ sche Gradient (Gr), der während der Abtastung der Kernreso­ nanzsignale eingeschaltet ist, aus mindestens zwei Komponen­ ten der physikalischen Gradienten (Gx,Gy,Gz) so zusammenge­ setzt ist, daß sich eine maximale Stärke dieses physikali­ schen Gradienten ergibt.