DE19842937A1 - Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Magnetresonanzabbildung unter Verwendung einer Fast-Spin-Echo-Erfassung - Google Patents
Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Magnetresonanzabbildung unter Verwendung einer Fast-Spin-Echo-ErfassungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen kernmagne
tische Resonanzabbildungsverfahren und -systeme. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine Mehrschnitt- und Mehrwin
kel-Erfassung von kernmagnetischen Resonanzdaten.
Wird eine Substanz, wie menschliches Gewebe, einem gleichmä
ßigen Magnetfeld (Polarisationsfeld B0) ausgesetzt, versuchen
die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe,
sich mit diesem Polarisationsfeld auszurichten, präzedieren
jedoch darum in zufälliger Ordnung an ihrer charakteristi
schen Larmorfrequenz. Wird die Substanz bzw. das Gewebe einem
Magnetfeld (Anregungsfeld B1) ausgesetzt, das in der X-Y-Ebene
liegt und sich nahe der Larmorfrequenz befindet, kann
das netto-ausgerichtete Moment Mz in die X-Y-Ebene zur Erzeu
gung eines netto-transversalen magnetischen Moments Mt ge
dreht bzw. gekippt werden. Nach Beendigung des Anregungs
signals B1 wird durch die angeregten Spins ein Signal emit
tiert, das zur Ausbildung eines Bildes empfangen und verar
beitet werden kann.
Bei der Ausnutzung dieser Signale zur Erzeugung von Bildern
werden Magnetfeldgradienten (Gx, Gy und Gz) verwendet. Typi
scherweise wird das abzubildende Gebiet durch eine Folge von
Meßzyklen abgetastet, in denen diese Gradienten sich entspre
chend dem verwendeten bestimmten Lokalisierungsverfahren ver
ändern. Der resultierende Satz empfangener kernmagnetischer
Resonanzsignale (NMR-Signale) wird zur Rekonstruktion des
Bildes unter Verwendung eines vieler bekannter Rekonstrukti
onsverfahren digitalisiert und verarbeitet.
Das Konzept zur Erfassung von NMR-Abbildungsdaten in einem
kurzen Zeitabschnitt ist seit 1977 bekannt, als die Echo-
Planar-Impulsfolge durch Peter Mansfield vorgeschlagen wurde
(J. Phys. C.1O: L55-L58, 1977). Gegenüber Standardimpulsfol
gen erzeugt die Echo-Planar-Impulsfolge einen Satz von NMR-Signalen
für jeden RF-Anregungsimpuls. Diese NMR-Signale kön
nen separat phasenkodiert werden, so daß eine gesamte Abta
stung von 64 Ansichten in einer einzigen Impulsfolge von 20
bis 100 Millisekunden Dauer erfaßt werden kann. Der Vorteil
der Echo-Planar-Abbildung (EPI) ist bekannt, und es besteht
seit langem das Bedürfnis nach einem Gerät und Verfahren, die
eine bessere Ausübung der Echoplanarabbildung in einer klini
schen Situation ermöglichen. Andere Echo-Planar-Impulsfolgen
sind in den US-Patenten 4678996, 4733188, 4716369, 4355282,
4588948 und 4752735 offenbart.
Eine Variante des Echo-Planar-Abbildungsverfahrens ist die
Schnell-Erfassungs-, Relaxations-verbesserte (RARE-)Folge
("Rapid Acquisition Relaxation Enhanced Sequence"), die von
J. Hennig et al. in einem Artikel in der Druckschrift
"Magnetic Resonance in Medicine" 3, 823-833 (1986) mit dem
Titel "RARE Imaging: A Fast Imaging Method for Clinical MR"
beschrieben ist. Der grundlegende Unterschied zwischen der
RARE-Folge und der EPI-Folge liegt in der Art und Weise, wie
Echosignale erzeugt werden. Bei der RARE-Folge werden
RF-nachfokussierte aus einer Carr-Purcell-Meiboom-Gill-Folge er
zeugte Echos verwendet, während bei den EPI-Verfahren Gra
dienten-Rückruf-Echos verwendet werden.
Beide dieser schnellen Abbildungsverfahren beinhalten die Er
fassung mehrerer Spin-Echo-Signale von einem einzigen Anre
gungsimpuls, wobei jedes erfaßte Echosignal separat phasenko
diert wird. Jede Impulsfolge oder Aufnahme ("shot") ergibt
demnach eine Erfassung einer Vielzahl von Ansichten. Aller
dings wird eine Vielzahl von Aufnahmen typischerweise zur Er
fassung eines vollständigen Satzes von Bilddaten verwendet,
wenn die RARE-Fast-Spin-Echo-Folge verwendet wird. Beispiels
weise kann eine RARE-Impulsfolge 8 oder 16 separate Echosi
gnale pro Aufnahme liefern, und ein 256 Ansichten erfordern
des Bild würde daher jeweils 32 oder 16 Aufnahmen erforder
lich machen.
Bei fast allen zweidimensionalen klinischen Abtastungen wer
den die NMR-Daten für eine Vielzahl von Schnittbildern er
faßt. Die Erfassung vieler Schnitte kann ohne Erhöhung der
Abtastzeit erreicht werden, da andernfalls beim Warten auf
die Wiederherstellung der Längsmagnetisierung ein großer Teil
der Abtastzeit verschwendet wird. Durch Verschachtelung der
Impulsfolgen für unterschiedliche Schnitte in jeder
TR-Periode wird diese ansonsten ungenützte Zeit zur Erfassung
zusätzlicher Schnitte verwendet.
Bei den meisten klinischen Abtastungen sind die während einer
verschachtelten Abtastung erfaßten Schnitte in parallelen
Ebenen einer nach dem anderen angeordnet. Es gibt allerdings
klinische Anwendungen, bei denen die Schnitte nicht parallel
sind. Eine derartige Anwendung ist beispielsweise die Abbil
dung der Wirbelsäule, wobei Schnitte durch verschiedene Wir
bel aufgrund der Krümmung des Rückgrats mit verschiedenen
Winkeln orientiert sind. Wie es in der US-A-4 871 966 offen
bart ist, ist es zur Erfassung von Daten bei einer verschach
telten Abtastung aus mit verschiedenen Winkeln orientierten
Schnitten erforderlich, die Abbildungsgradienten während der
Abtastung zur Drehung der separaten Schnitte in die erforder
lichen Orientierungen zu ändern. Eine mit derartigen ver
schachtelten Mehrwinkelabtastungen verbundene Schwierigkeit
besteht darin, daß Flußartefakt-Unterdrückungsverfahren, wie
in der US-A-4715383 beschrieben, nicht mit maximaler Effekti
vität verwendet werden können. Bei diesem Verfahren wird ein
Sättigungs-RF-Impuls vor jedem Satz verschachtelter Impuls
folgen zur Unterdrückung des Signals von fließenden Spins,
stromaufwärts der Bildschnitte verwendet. Für eine maximale
Effektivität sollte das Sättigungsband mit dem Satz von Bild
schnitten virtuell angrenzend sein, und dies ist nicht mög
lich, wenn die verschachtelten Schnitte mit unterschiedlichen
Winkeln orientiert und in verschiedenen Gruppen voneinander
beabstandet sind.
Eine weitere klinische Anwendung, bei der Mehrfachschnitte
bei verschiedenen Winkeln erfaßt werden, ist die Abbildung
des temporomandibularen Gelenks (TMJ). In diesem Fall können
die separaten Schnitte sich in ihrem Sichtfeld schneiden, und
wenn sie alle in der gleichen TR-Periode erfaßt werden, wie
es in der US-A-4 871 966 gelehrt wird, werden Spins an den
Überschneidungen gesättigt und ihre NMR-Signale werden in der
Amplitude verringert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mehr
schnitt- und Mehrwinkel-Abtastung durchzuführen, bei der NMR-Daten
aus mit dem gleichen Winkel orientierten Schnitten wäh
rend jeder TR-Periode erfaßt werden.
Ferner sollte eine Mehrschnitt-Mehrwinkel-Abtastung durchge
führt werden, bei der die Gesamtabtastzeit mit der von ver
schachtelten Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Abtastungen ver
gleichbar ist. Des weiteren sollte eine Mehrschnitt- und
Mehrwinkel-Abtastung durchgeführt werden, bei der Artefakte
aufgrund einer Spinsättigung an Schnittkreuzungen vermieden
werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur
Erfassung von Daten von einer Vielzahl von Bildschnitten ge
löst, die mit verschiedenen Winkeln orientiert sind. Insbe
sondere wird bei dem Verfahren der Erfindung eine Fast-Spin-
Echo-Impulsfolge zur Erfassung eines Satzes von n Echosigna
len aus einem Bildschnitt verwendet, wobei die Impulsfolge
m-mal während jeder TR-Periode zur Erfassung von n Echosignalen
aus m separaten aber parallelen Schnitten wiederholt wird,
und nach der Erfassung aller NMR-Daten von den m separaten
Schnitten der Vorgang für einen zusätzlichen Satz paralleler
Schnitte wiederholt wird, die gegenüber den m separaten
Schnitten mit einem unterschiedlichen Winkel orientiert sind.
Ein Vorsättigungs-RF-Impuls wird zur Unterdrückung von Bild
artefakten in den m sparaten Schnitten erzeugt.
Durch dieses Verfahren wird die Anwendung eines Vorsätti
gungsimpulses ermöglicht, der ein Band sättigt, das an den
Satz der n Schnitte virtuell angrenzt.
Anstelle der Verschachtelung von Schnitten bei unterschiedli
chen Winkeln während jeder TR-Periode werden erfindungsgemäß
n Ansichten jedes der m Schnitte während jeder TR-Periode er
faßt. Ist n gleich der Anzahl verschiedener Schnittwinkel,
aus denen Daten während der Abtastung zu erfassen sind, be
trägt die Gesamtabtastzeit die gleiche wie bei einer ver
schachtelten Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Abtastung.
Da die NMR-Daten in verschiedenen TR-Perioden aus mit unter
schiedlichen Winkeln orientierten Schnitten erfaßt werden,
sind die Spins an der Überschneidung der Schnitte nicht ge
sättigt. Resultierende Bildartefakte werden somit beseitigt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Aus
führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zei
chnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines MRI-Systems, bei dem die Er
findung angewendet wird,
Fig. 2 eine graphische Darstellung einer bevorzugten Fast-
Spin-Echo-Impulsfolge, die zur Ausübung der Erfindung verwen
det wird,
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm der durch das MRI-System in Fig. 1
unter Verwendung der Impulsfolge in Fig. 2 durchgeführten Ab
tastung und
Fig. 4 eine bildliche Darstellung beispielhafter Schnittbil
der, die unter Verwendung der in Fig. 3 dargestellten Abta
stung vom Rückgrat erfaßt werden.
Fig. 1 zeigt die Hauptkomponenten eines bevorzugten Magnetre
sonanzabbildungssystems (MRI-Systems), das die Erfindung be
inhaltet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkon
sole 100 aus gesteuert, die eine Tastatur und ein Steuerpult
102 und eine Anzeigeeinrichtung 104 aufweist. Die Konsole 100
kommuniziert über eine Verbindung 116 mit einem separaten
Computersystem 107, das einem Bediener die Steuerung der Er
zeugung und die Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm bzw.
der Anzeigeeinrichtung 104 ermöglicht. Das Computersystem 107
beinhaltet eine Anzahl von Einrichtungen, die miteinander
über eine Rückwandplatine kommunizieren. Diese enthalten eine
Bildverarbeitungseinrichtung 106, eine Zentraleinheit 108 und
eine Speichereinrichtung 113, die in der Technik als Voll
bildpuffer zur Speicherung von Bilddatenarrays bekannt ist.
Das Computersystem 107 ist mit einer Plattenspeichereinrich
tung 111 und einem Bandlaufwerk 112 zur Speicherung von Bild
daten und Programmen verbunden, und kommuniziert über eine
serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 115 mit einer separa
ten Systemsteuerung 122.
Die Systemsteuerung 122 beinhaltet einen Satz von Einrichtun
gen, die miteinander durch eine Rückwandplatine verbunden
sind. Diese beinhalten eine Zentraleinheit 119 und eine Im
pulserzeugungseinrichtung 121, die über eine serielle Verbin
dung 125 mit der Bedienerkonsole 100 verbunden ist. Über die
se Verbindung 125 empfängt die Systemsteuerung 122 Befehle
von dem Bediener, die die durchzuführende Abtastfolge anzei
gen. Die Impulserzeugungseinrichtung 121 bedient die System
komponenten zur Ausführung der gewünschten Abtastfolge. Sie
erzeugt Daten, die den Zeitverlauf, die Amplitude und Form
der zu erzeugenden RF-Impulse (Hochfrequenzimpulse) und den
Zeitverlauf und die Länge des Datenerfassungsfensters anzei
gen. Die Impulserzeugungseinrichtung 121 ist mit einem Satz
von Gradientenverstärkern 127 zur Anzeige des Zeitverlaufs
und der Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gra
dientenimpulse verbunden. Die Impulserzeugungseinrichtung 121
empfängt auch Patientendaten von einer physiologischen Erfas
sungssteuereinrichtung 129, die Signale von einer Anzahl ver
schiedener mit dem Patienten verbundener Sensoren empfängt,
wie EKG-Signale von Elektroden oder Atmungssignale von der
Lunge. Schließlich ist die Impulserzeugungseinrichtung 121
mit einer Abtastraumschnittstellenschaltung 133 verbunden,
die Signale von verschiedenen mit dem Zustand des Patienten
verbundenen Sensoren und von dem Magnetsystem empfängt. Über
die Abtastraumschnittstellenschaltung 133 empfängt ein Pati
entenpositionierungssystem 134 Befehle zur Bewegung des Pati
enten an die gewünschte Position zur Abtastung.
Die durch die Impulserzeugungseinrichtung 121 erzeugten Gra
dientensignalverläufe werden einem Gradientenverstärkersystem
127 aus Gx-, Gy- und Gz-Verstärkern zugeführt. Jeder Gradien
tenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in
einer allgemein mit 139 bezeichneten Anordnung zur Erzeugung
der zur Positionskodierung erfaßter Signale verwendeten Ma
gnetfeldgradienten. Die Gradientenspulenanordnung 139 bildet
einen Teil einer Magnetanordnung 141, die einen Polarisati
onsmagneten 140 und eine Ganzkörper-RF-Spule 152 enthält. Ei
ne Sende-/Empfangseinrichtung 150 in der Systemsteuerung 122
erzeugt Impulse, die durch einen RF-Verstärker
(Hochfrequenzverstärker) 151 verstärkt und der RF-Spule 152
mittels eines Sende-/Empfangsschalters (T/R-Schalters) 154
zugeführt werden. Die durch die angeregten Kerne in dem Pati
enten emittierten resultierenden Signale können durch die
gleiche RF-Spule 152 erfaßt und über den
Sende-/Empfangsschalter 154 einem Vorverstärker 153 zugeführt wer
den. Die verstärkten kernmagnetischen Resonanzsignale (NMR-Signale)
werden in dem Empfängerabschnitt der
Sende-/Empfangseinrichtung 150 demoduliert, gefiltert und digitali
siert. Der Sende-/Empfangsschalter 154 wird durch ein Signal
von der Impulserzeugungseinrichtung 121 zur elektrischen Ver
bindung des RF-Verstärkers 151 mit der Spule 152 während des
Sendemodus und zur Verbindung des Vorverstärkers 153 während
des Empfangsmodus gesteuert. Der Sende-/Empfangsschalter 154
ermöglicht auch die Verwendung einer separaten RF-Spule
(beispielsweise einer Kopfspule oder Oberflächenspule) entwe
der in dem Sende- oder dem Empfangsmodus.
Die durch die RF-Spule 152 aufgenommenen NMR-Signale werden
durch die Sende-/Empfangseinrichtung 150 digitalisiert und zu
einer Speichereinrichtung 160 in der Systemsteuerung 122
übertragen. Ist die Abtastung abgeschlossen und wurde ein ge
samtes Array von Daten in der Speichereinrichtung 160 erfaßt,
führt eine Arrayverarbeitungseinrichtung 161 eine Fourier-
Transformation der Daten in ein Array von Bilddaten durch.
Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 115 dem
Computersystem 107 zugeführt, wo sie auf der Plattenspei
chereinrichtung 111 gespeichert werden. Im Ansprechen auf von
der Bedienerkonsole 100 empfangene Befehle können diese Bild
daten auf dem Bandlaufwerk 112 archiviert oder durch die
Bildverarbeitungseinrichtung 106 weiter verarbeitet und der
Bedienerkonsole 100 zugeführt und auf der Anzeigeeinrichtung
104 dargestellt werden.
Für eine ausführlichere Beschreibung der
Sende-/Empfangseinrichtung 150 wird auf die US-A-4 952 877 und die
US-A-4 922 736 verwiesen, die als Referenz angeführt sind.
Gemäß Fig. 2 ist die Fast-Spin-Echo-MR-Impulsfolge, die zur
Ausübung des bevorzugten Ausführungsbeispiels angewendet
wird, eine 2DTF-RARE-Folge, bei der eine Vielzahl von
MR-Echosignalen erfaßt wird. Aus Klarheitsgründen sind lediglich
vier Echosignale 301 bis 304 in Fig. 2 gezeigt, aber es ist
selbstverständlich, daß mehr oder weniger erzeugt und erfaßt
werden können. Diese MR-Echosignale werden durch einen
90-Grad-RF-Anregungsimpuls 305 erzeugt, der während der Anwesen
heit eines Gz-Schnittauswahlgradientenimpulses 306 zur Aus
bildung einer transversalen Magnetisierung bzw. Quermagneti
sierung in einem Schnitt durch den Patienten erzeugt wird.
Diese Quermagnetisierung wird durch selektive Nachfokussie
rungsimpulse 307 (die einen 180°-Kippwinkel haben können) zur
Erzeugung der MR-Spin-Echo-Signale 301 bis 304 nachfokus
siert, die während der Anwesenheit von
Gx-Auslesegradientenimpulsen 308 erfaßt werden. Jedes MR-Spin-
Echo-Signal 301 bis 304 wird separat phasenkodiert und danach
durch jeweilige Gy-Phasenkodierungsimpulse 309 bis 313 umge
spult. Die Amplitude des Phasenkodierungsimpulses verändert
sich und durchschreitet diskrete Werte zur Erfassung separa
ter Ansichten oder Abtastungen des ky-Raums. Jedes MR-Spin-
Echo-Signal wird durch Digitalisierung von Abtastungen jedes
Signals erfaßt, und infolgedessen wird bei der Beendigung ei
ner Abtastung für ein Bild ein zweidimensionales Array von
k-Raum-Daten erfaßt, aus dem ein Bild durch Durchführung einer
zweidimensionalen Fourier-Transformation wie vorstehend be
schrieben erzeugt werden kann.
Da sich die Amplitude der MR-Spin-Echo-Signale 301 bis 304
als Funktion der T2-Abfallkonstanten der abgebildeten Spins
verringert, wird eine Vielzahl von Maßnahmen zur Verringerung
des Abstands zwischen den Echosignalen unternommen. Diese
Maßnahmen beinhalten die Anwendung von RF-Echoimpulsen 307
mit minimaler Dauer und die Verwendung einer hohen Bandbreite
und/oder Auslesevorgänge mit geringerer Auflösung. Beide re
sultieren in einer geringeren Zeit zur Ausgabe der zugehöri
gen Gradientensignalverläufe mit einer daraus folgenden Ver
ringerung des Abstands zwischen den MR-Signalen 301 bis 304.
Die RF-Nachfokussierimpulse 307 sind unter Verwendung der in
der US-A-5 315 249 und der US-A-5 345 176 offenbarten Verfah
ren entwickelt und ihre Dauer ist beispielsweise von 3,2 ms
auf 1,92 ms verringert. Die Dauer des 90-Grad-RF-
Anregungsimpulses 305 wird von 4 ms auf 2,4 ms verringert.
Die Dauer des Auslesens jedes MR-Echosignals wird durch die
Verwendung des Null-Auffüllens in der Ebene beim Rekonstruk
tionsvorgang verringert. Dies ist ein bekanntes Verfahren,
das die Erfassung weniger k-Raum-Abtastungen entlang der
x- oder y-Achse ermöglicht. Die fehlenden Abtastungen werden
durch Nullen aufgefüllt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbei
spiel ermöglicht dies die Erfassung von weniger als 256 Abta
stungen während des Auslesens jedes MR-Signals 301 bis 304
mit einer daraus folgenden Verringerung des Echoabstands.
Schließlich wird das in der US-A-5 399 969 mit dem Titel
"Analyzer of Gradient Power Usage For Oblique MRI Imaging"
beschriebene Verfahren verwendet, um die effiziente und ge
eignete Erzeugung aller Gradientenimpulse in der
FSE-Impulsfolge für den vorgeschriebenen schrägen Schnittwinkel
zu ermöglichen. Die gegenwärtigen Einschränkungen der Gra
dientenverstärker 127 werden berücksichtigt, und die Gradien
tenimpulse mit der kürzesten Dauer werden innerhalb dieser
gegenwärtigen Grenzen erzeugt. Abgesehen von diesem Merkmal
muß die Gradientenimpulsamplitude für den schlimmsten Fall
gesenkt werden, wodurch sich eine Verlängerung ihrer Dauer
ergibt, woraus eine Erhöhung des Echoabstands resultiert.
Die FSE-Abtastung des bevorzugten Ausführungsbeispiels wird
unter der Steuerung eines durch das MR-System in Fig. 1 aus
geführten Programms durchgeführt. Die durch dieses Programm
ausgeführten/ Schritte sind in Fig. 3 gezeigt und werden unter
Verwendung einer in Fig. 4 dargestellten Beispielabtastung
beschrieben. Es wird eine vollständige Abtastung mehrfacher
Schnitte bei mehrfachen Winkeln oder Orientierungen unter
Verwendung des vorliegenden Verfahrens durchgeführt. In dem
Beispiel in Fig. 4 sind fünf Wirbel der Wirbelsäule 350 abzu
bilden. Fünf Bildschnitte sind durch jeden Wirbel zu erfas
sen, und jede Gruppe von Schnitten 352 bis 356 ist mit einem
unterschiedlichen Winkel orientiert. Die nach einer Seite an
geordneten Spins jeder Gruppe 352 bis 356 müssen zur Unter
drückung von Flußartefakten gesättigt werden, wie es in der
US-A-4 715 383 beschrieben ist, die als Referenz angeführt
ist. Die Sättigungsbänder sind durch gestrichelte Linien 358
bis 362 angezeigt und grenzen im wesentlichen an die jeweili
gen Schnittgruppen 352 bis 356 an und sind mit den gleichen
Winkeln orientiert. Der Ort und die Orientierung jeder
Schnittgruppe 352 bis 356 sowie die Anzahl von Schnitten in
jeder Gruppe werden durch den Bediener zusammen mit den durch
die FSE-Impulsfolge zu verwendenden bestimmten Parametern be
stimmt. In dem Beispiel werden fünf Schnitte in jeder Gruppe
erfaßt und die Anzahl der in jeder FSE-Aufnahme erfaßten MR-Echos
ist auf fünf eingestellt (d. h. ETL=5).
Gemäß Fig. 3 lädt das Computersystem nach der Durchführung
der üblichen Vorabtastfunktionen die Gradientensignalverläufe
und andere Impulsfolgenparameter in die Impulserzeugungsein
richtung 121, wie es durch den Verarbeitungsblock 370 ange
zeigt ist. Diese Parameter gehören zur ersten Schnittgruppe
352 und zu dem zugehörigen Sättigungsband 358. Ein Vorsätti
gungsimpuls (oder Impulse, wenn zusätzliche Sättigungsbänder
vorgeschrieben sind) wird erzeugt, wie es durch den Verarbei
tungsblock 372 angezeigt ist, und es erfolgt der Eintritt in
eine Schleife, in der MR-Daten aus jedem Schnitt in der
Schnittgruppe erfaßt werden. Das heißt, die FSE-Impulsfolge
in Fig. 2 wird im Verarbeitungsblock 374 zur Erfassung eines
Satzes von Ansichten (fünf im dem Beispiel) aus einem Schnitt
durchgeführt, und dann wird die Frequenz des Anregungsimpul
ses 305 im Verarbeitungsblock 376 zur Erfassung des gleichen
Satzes von Ansichten von dem nächsten Schnitt in der Gruppe
geändert. Wurden MR-Daten von jedem Schnitt in der Gruppe er
faßt, wie es im Entscheidungblock 378 bestimmt wird, wartet
das System im Entscheidungblock 380 auf den Ablauf der vorge
schriebenen TR-Periode und geht dann zur Erzeugung eines wei
teren Vorsättigungsimpulses im Block 372 zurück. Der Phasen
kodierungsgradient wird im Verarbeitungsblock 382 geändert,
so daß ein unterschiedlicher Satz von fünf Ansichten von je
dem Schnitt in der Gruppe bei der nächsten Iteration erfaßt
wird.
Wurden alle Phasenkodierungsansichten aus der Gruppe der
Schnitte erfaßt, wie es im Entscheidungsblock 384 bestimmt
wird, werden die Schnittbilder für diese Gruppe rekonstru
iert, wie es im Verarbeitungsblock 388 angezeigt ist. Es wird
ein zweidimensionales k-Raum-Datenarray für jeden Schnitt in
der Gruppe erfaßt, und die Bildrekonstruktion ist eine zwei
dimensionale Fast-Fourier-Transformation des zweidimensiona
len k-Raum-Datenarrays.
Dann kehrt das System zum Verarbeitungsblock 370 zur Wieder
holung der Datenerfassung für die nächste Schnittgruppe zu
rück, wie es durch den Verarbeitungsblock 386 angezeigt ist.
Neue Gradientensignalverläufe und Vorsättigungsparameter wer
den in die Impulserzeugungseinrichtung 121 geladen, und die
vorstehend beschriebenen Vorgänge werden für die nächste
Schnittgruppe wiederholt. Wurde die letzte Gruppe in der Ab
tastung erfaßt, wie es im Entscheidungsblock 390 angezeigt
ist, ist die Abtastung abgeschlossen und der Prozeß springt
an 392 aus.
Es ist offensichtlich, daß viele Vorteile durch die separate
Erfassung jeder Schnittgruppe auf verschachtelte Art und Wei
se gegenüber der Erfassung aller Schnitte in einer verschach
telten Erfassung erreicht werden. Zum ersten können die Vor
sättigungsbänder 358 bis 362 präzise bezüglich jeder Gruppe
zur Maximierung der Flußartefaktunterdrückung positioniert
werden. Beispielsweise ist das Vorsättigungsband 362 optimal
zur Unterdrückung der Flußartefakte für die Schnittgruppe 356
positioniert, überlappt allerdings einige der Schnitte in der
Gruppe 355. Bei einer einzigen verschachtelten Erfassung
könnte diese Anordnung nicht ausgeführt werden, da das Vor
sättigungsband 362 Spins in der Schnittgruppe 355 sättigen
würde. Durch die separate Erfassung jeder Schnittgruppe gemäß
der Erfindung wird dieses Problem allerdings vollständig ver
mieden. Das gleiche Sättigungsproblem kann auch auftreten,
wenn Schnitte in zwei Gruppen im Ansichtfeld überlappen. Die
Erfindung vermeidet die verminderte Intensität aufgrund der
Sättigung der Spins an diesen Überschneidungen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die
Schnitte in einer Gruppe rekonstruiert werden können, sobald
die zweidimensionalen k-Raum-Datenarrays für diese Gruppe er
faßt sind. Somit kann der Bildrekonstruktionsvorgang selbst
während der Erfassung von Daten für nachfolgende Gruppen
durchgeführt werden.
Die Gruppen der Schnitte können zueinander weitaus größere
Winkel als in Fig. 4 gezeigt haben. Insbesondere ist die Er
findung bei der Erfassung orthogonaler Schnitte verwendbar,
wie wenn ein sagittales oder axiales Bild erwünscht ist. Bei
derartigen orthogonalen Bilderfassungen ist es wahrschein
lich, daß sich Überschneidungen der Schnitte im in Frage kom
menden Gebiet der Schnittbilder befinden. Die Überschneidung
der Schnitte kann, wenn die Schnitte auf herkömmliche Art und
Weise erfaßt werden, beispielsweise bei alternierenden
Schnitterfassungen bei orthogonalen Winkeln, Bildartefaktbän
der an den Überschneidungen erzeugen, die durch die
RF-Sättigung des Gewebes an den Überschneidungen verursacht wer
den. Die Erfindung ermöglicht den Erhalt orthogonaler Bilder
schnell und ohne derartige RF-Sättigungseffekte.
Dieses Merkmal der Erfindung ist insbesondere dann nützlich,
wenn kleine Strukturen abgebildet werden, wo lediglich wenige
Schnittgruppen erforderlich sind, und wo die Überschneidung
der Schnitte der Gruppen zwangsläufig in dem in Frage kommen
den Gebiet liegen. Insbesondere im Fall der Kontrastabbildung
beispielsweise mit paramagnetischen Kontrastmitteln, wo das
Bild innerhalb möglichst kurzer Zeit infolge der Injektion
des Kontrastmittels erfaßt werden muß, macht die Erfindung
die Erfassung von zwei oder mehreren orthogonalen Bildsätzen
praktikabel. Ein Beispiel ist die Abbildung von pituitären
Adenomen, bei der das geringe Volumen des Gewebes und die
Verwendung von Kontrastmitteln andere Abbildungsverfahren we
niger wünschenswert werden läßt. Die vorliegende Erfindung,
die die Abtastzeit verringert, ist insbesondere bei Studien
unter Verwendung von Kontrastmitteln hilfreich, bei denen
Vor- und Nachkontrastmittelbilder erhalten werden müssen. Bei
derartigen Studien, bei denen auch orthogonale Bilder erfor
derlich sind, multipliziert sich der Nutzen der Erfindung in
der Verkürzung der Abtastzeit um das Vierfache.
Natürlich kann das beschriebene bevorzugte Ausführungsbei
spiel auf vielerlei Arten abgewandelt werden. Beispielsweise
muß die Anzahl von in jeder Gruppe erfaßten Schnitten nicht
die gleiche sein, oder selbst wenn die Anzahl von Schnitten
in jeder Gruppe gleich ist, müssen nicht für alle Schnitte in
allen Gruppen Daten erfaßt werden. Außerdem müssen die Grup
pen kein einzelnes Cluster nahezu angrenzender Schnitte sein,
sondern können mehr als ein derartiges Cluster aufweisen.
Beispielsweise ist es bei der T2-gewichteten Abbildung er
wünscht, die Anzahl von Echos (ETL) in der FSE-Impulsfolge zu
erhöhen, und zur Verringerung der Gesamtabtastzeit wird die
Anzahl von Schnitten pro Gruppe erhöht. In diesem Fall können
die Schnitte in der Gruppe in Cluster eingeteilt sein, um
zwei separate in Frage kommende Gebiete (beispielsweise zwei
separate Wirbel) abzubilden.
Erfindungsgemäß wird eine Fast-Spin-Echo-(FSE-)Impulsfolge
zur Durchführung einer Mehrschnitt- und Mehrwinkel-MRI-
Abtastung durchgeführt. Die Schnitte werden in Gruppen abge
tastet, wobei alle Schnitte in jeder Gruppe mit dem gleichen
Winkel orientiert sind und auf verschachtelte Art und Weise
abgetastet werden. Die Gesamtabtastzeit wird durch die Erfas
sung mehrfacher separat phasenkodierter Echosignale während
jeder FSE-Impulsfolge verringert. Vorsättigungsbänder können
für jede Schnittgruppe zur Verringerung von Flußartefakten in
den rekonstruierten Schnittbildern erzeugt werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Erfassung von MR-Daten aus einer Viel
zahl von mit einer Vielzahl verschiedener Winkel orientierten
Schnitten, mit den Schritten
- a) Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schnitten (352-356), wobei jede Schnittgruppe eine Vielzahl von mit ei nem der Vielzahl verschiedener Winkel orientierten Schnitten aufweist,
- b) Erfassen (374) von MR-Daten von einer Schnittgruppe durch Verschachtelung der Erfassung von MR-Daten von jedem Schnitt in der Gruppe unter Verwendung einer Fast-Spin-Echo- Impulsfolge, bei der eine Vielzahl von MR-Echosignalen (301 bis 304) erzeugt wird,
- c) Wiederholen des Schritts b), bis alle MR-Daten zur Rekonstruktion von Bildern aus der Schnittgruppe erfaßt sind (384),
- d) Rekonstruieren (388) von Bildern der Schnitte in der Gruppe aus den MR-Daten und
- e) Wiederholen der Schritte b), c) und d) für jede in Schritt a) definierte Schnittgruppe (390).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt b) den
Schritt
Erzeugen (372) eines Vorsättigungsbandes (372) enthält,
das an die Schnittgruppe angrenzt, bevor MR-Daten daraus er
faßt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt c) den
Schritt
Warten (380) eine TR-Periode lang zwischen den Wiederho
lungen des Schritts b).
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von
Schnitten in jeder in Schritt a) definierten Gruppe die
gleich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei MR-Daten von einigen
Schnitten in einigen Schnittgruppen nicht erfaßt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d) zur
Rekonstruktion von Bildern für eine Schnittgruppe durchge
führt wird, während Schritt b) zur Erfassung von MR-Daten für
eine andere Schnittgruppe durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) zur Er
fassung von MR-Daten für ein zweidimensionales k-Raum-
Datenarray für jeden Schnitt in der Gruppe wiederholt wird,
und ein Abschnitt jedes zweidimensionalen k-Raum-Datenarrays
mit null aufgefüllt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fast-Spin-Echo-
Impulsfolge für jede Schnittgruppe verschieden ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fast-Spin-Echo-
Impulsfolge die Erzeugung von Abbildungsgradientenimpulsen
(306, 414, 308, 309-313) enthält, und die Abbildungsgradien
tenimpulse bezüglich der Dauer und Amplitude für jede
Schnittgruppe optimiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schnitte von einer
der Schnittgruppen (352-356) Schnitte von anderen Schnitt
gruppen überschneiden, und wobei der Schritt e) den Schritt
Warten (380) eine TR-Periode lang enthält, bevor die
Schritte b), c) und d) wiederholt werden.
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