DE19842937B4

DE19842937B4 - Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Magnetresonanzabbildung unter Verwendung einer Fast-Spin-Echo-Erfassung

Info

Publication number: DE19842937B4
Application number: DE19842937A
Authority: DE
Inventors: Steven Gousheng Waukesha Tan; Matthew Abraham Waukesha Bernstein; Steven M. Delafield Metcalfe
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-09-19
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: US6134464A; DE19842937A1; CN1229076C; IL126133A0; JP4219014B2; CN1212145A; JPH11164821A

Abstract

Verfahren zur Abbildung der Wirbelsäule eines Subjekts mit einem MRI-System, mit den Schritten
a) Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schnitten (352–356), wobei jede Schnittgruppe eine Vielzahl von Schnitten aufweist, die mit einem einer Vielzahl verschiedener Winkel orientiert sind und einen einer Vielzahl verschiedener Wirbel der Wirbelsäule schneiden,
b) Erfassen (374) von MR-Daten von einer der Schnittgruppen durch Erfassen eines Satzes von Phasenkodierungsansichten für jeden 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) für einen anderen Satz von Phasenkodierungsansichten, bis alle Phasenkodierungsansichten 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).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen kernmagnetische Resonanzabbildungsverfahren und -systeme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Erfassung von kernmagnetischen Resonanzdaten.
Wird eine Substanz, wie menschliches Gewebe, einem gleichmäßigen 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 charakteristischen 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 M_z in die X-Y-Ebene zur Erzeugung eines netto-transversalen magnetischen Moments M_t gedreht bzw. gekippt werden. Nach Beendigung des Anregungssignals B₁ wird durch die angeregten Spins ein Signal emittiert, das zur Ausbildung eines Bildes empfangen und verarbeitet werden kann.
Bei der Ausnutzung dieser Signale zur Erzeugung von Bildern werden Magnetfeldgradienten (G_x, G_y und G_z) verwendet. Typischerweise wird das abzubildende Gebiet durch eine Folge von Meßzyklen abgetastet, in denen diese Gradienten sich entsprechend dem verwendeten bestimmten Lokalisierungsverfahren verändern. Der resultierende Satz empfangener kernmagnetischer Resonanzsignale (NMR-Signale) wird zur Rekonstruktion des Bildes unter Verwendung eines vieler bekannter Rekonstruktionsverfahren 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 10: L55–L58, 1977). Gegenüber Standardimpulsfolgen erzeugt die Echo-Planar-Impulsfolge einen Satz von NMR-Signalen für jeden RF-Anregungsimpuls. Diese NMR-Signale können separat phasenkodiert werden, so daß eine gesamte Abtastung 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 klinischen Situation ermöglichen. Andere Echo-Planar-Impulsfolgen sind in den US-Patenten US 4 678 996 , US 4 733 188 , US 4 716 169 , US 4 355 282 , US 4 588 948 und US 4 752 735 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 erzeugte Echos verwendet, während bei den EPI-Verfahren Gradienten-Rückruf-Echos verwendet werden.
Beide dieser schnellen Abbildungsverfahren beinhalten die Erfassung mehrerer Spin-Echo-Signale von einem einzigen Anregungsimpuls, wobei jedes erfaßte Echosignal separat phasenko diert wird. Jede Impulsfolge oder Aufnahme („shot") ergibt demnach eine Erfassung einer Vielzahl von Ansichten. Allerdings wird eine Vielzahl von Aufnahmen typischerweise zur Erfassung eines vollständigen Satzes von Bilddaten verwendet, wenn die RARE-Fast-Spin-Echo-Folge verwendet wird. Beispielsweise kann eine RARE-Impulsfolge 8 oder 16 separate Echosignale pro Aufnahme liefern, und ein 256 Ansichten erforderndes Bild würde daher jeweils 32 oder 16 Aufnahmen erforderlich machen.
Bei fast allen zweidimensionalen klinischen Abtastungen werden die NMR-Daten für eine Vielzahl von Schnittbildern erfaßt. 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 Abbildung der Wirbelsäule, wobei Schnitte durch verschiedene Wirbel aufgrund der Krümmung des Rückgrats mit verschiedenen Winkeln orientiert sind. Wie es in der US 4 871 966 offenbart ist, ist es zur Erfassung von Daten bei einer verschachtelten Abtastung aus mit verschiedenen Winkeln orientierten Schnitten erforderlich, die Abbildungsgradienten während der Abtastung zur Drehung der separaten Schnitte in die erforderlichen Orientierungen zu ändern. Eine mit derartigen verschachtelten Mehrwinkelabtastungen verbundene Schwierigkeit besteht darin, dass Flußartefakt-Unterdrückungsverfahren, wie in der US 4 715 383 beschrieben, nicht mit maximaler Effektivität verwendet werden können. Bei diesem Verfahren wird ein Sättigungs-RF-Impuls vor jedem Satz verschachtelter Impulsfolgen zur Unterdrückung des Signals von fließenden Spins, stromaufwärts der Bildschnitte verwendet. Für eine maximale Effektivität sollte das Sättigungsband mit dem Satz von Bildschnitten virtuell angrenzend sein, und dies ist nicht möglich, 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 4 871 966 gelehrt wird, werden Spins an den Überschneidungen gesättigt und ihre NMR-Signale werden in der Amplitude verringert.
In der US 5 548 216 A sind Verfahren für eine gleichzeitige Erfassung. mehrerer Magnetresonanzbilder unter Verwendung einer phasenmodulierten Erregung beschrieben. Ein multiplanares Abbildungsverfahren verwendet Magnetresonanz zur Erfassung von Bilddaten von einer Vielzahl von Ebenen in einem Subjekt. Daten von jeder Ebene werden im Ansprechen auf denselben Auslesegradienten und gleichzeitig erfasst. Die Bildebenen können untereinander und im Hinblick auf Auslese- und Phasenkodier-Magnetfeldgradientenimpulse bei Bedarf willkürlich orientiert sein. Ein Überlappen von Bilddaten jeder erregten Bildebene im erfassten Bild wird durch Modulieren der Phase jedes RF-Erregungsimpulses zusammen mit der Amplitude des Phasenkodiergradientenimpulses verhindert, um eine Verschiebung der Bilddaten von jeder Erregungsebene um einen eindeutigen Betrag in der Phasenkodierrichtung zu verursachen.
Des Weitern ist aus der US 5 438 263 A ein Verfahren einer Magnetresonanzbildgebung mit wählbarer Auflösung bekannt. Dabei werden mehrere Schnittregionen in einem Subjekt definiert, und die Schnittregionen werden zum Emittieren von NMR-Signalen erregt. Die NMR-Signale sind ortskodiert, und zumindest zwei ausgewählte Schnittregionen werden zum Emittieren von NMR-Signalen erregt, die mit unterschiedlichen Ortsauflösungen kodiert sind.
Ferner sind in der US 4 871 966 eine Vorrichtung und ein Verfahren zur mehrwinkligen schrägen Magnetresonanzbildgebung beschrieben. Eine Vorrichtung zum Erhalten von NMR-Bilddaten für eine Vielzahl ausgewählter Ebenen in einem Subjekt während einer einzelnen Abtastung, die mit verschiedenen Winkeln orientiert sind, verwendet einen Schnittzeiger zum Ausgeben eines Signals, das eine bestimmte Ebene anzeigt, zu einem Multiplizierer- und Offsetparameter-RAM, das Multiplizierer- und Offsetausdrücke entsprechend dem Winkel der Ebene bereitstellt. Eine Erzeugungseinrichtung erzeugt einen generischen Gradientensignalverlauf für eine Arithmetikeinheit, die diesen Signalverlauf mit den Multiplizierer- und Offsetparametern aus dem RAM zur Erzeugung von Signalverläufen kombiniert, die die Schnittauswahleinrichtung und die Auslesegradienten drehen, wenn sie an die Gradientenspulen einer NMR-Vorrichtung angelegt werden, wodurch Bilddaten in Ebenen mit unterschiedlichen Winkeln erhalten werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Abtastung durchzuführen, bei der NMR-Daten aus mit dem gleichen Winkel orientierten Schnitten während jeder TR-Periode erfasst werden.
Ferner sollte eine Mehrschnitt-Mehrwinkel-Abtastung durchgeführt werden, bei der die Gesamtabtastzeit mit der von verschachtelten Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Abtastungen vergleichbar 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 gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Insbesondere wird bei dem Verfahren der Erfindung eine Fast-Spin-Echo-Impulsfolge zur Erfassung eines Satzes von n Echosignalen 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 Bildartefakten in den m separaten Schnitten erzeugt.
Durch dieses Verfahren wird die Anwendung eines Vorsättigungsimpulses ermöglicht, der ein Band sättigt, das an den Satz der n Schnitte virtuell angrenzt.
Anstelle der Verschachtelung von Schnitten bei unterschiedlichen Winkeln während jeder TR-Periode werden erfindungsgemäß n Ansichten jedes der m Schnitte während jeder TR-Periode erfasst. Ist n gleich der Anzahl verschiedener Schnittwinkel, aus denen Daten während der Abtastung zu erfassen sind, beträgt die Gesamtabtastzeit die gleiche wie bei einer verschachtelten Mehrschnitt- und Mehrwinkel-Abtastung.
Da die NMR-Daten in verschiedenen TR-Perioden aus mit unterschiedlichen Winkeln orientierten Schnitten erfaßt werden, sind die Spins an der Überschneidung der Schnitte nicht gesättigt. Resultierende Bildartefakte werden somit beseitigt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichung näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines MRI-Systems nach dem Stand der Technik, bei dem die Erfindung angewendet wird,
2 eine graphische Darstellung einer bevorzugten Fast-Spin-Echo-Impulsfolge, die zur Ausübung der Erfindung verwendet wird,
3 ein Ablaufdiagramm der durch das MRI-System in 1 unter Verwendung der Impulsfolge in 2 durchgeführten Abtastung und
4 eine bildliche Darstellung der Anordnung beispielhafter Schnittbilder, die unter Verwendung der in 3 dargestellten Abtastung vom Rückgrat erfaßt werden.
1 zeigt die Hauptkomponenten eines bevorzugten Magnetresonanzabbildungssystems (MRI-Systems), das die Erfindung beinhaltet. Der Betrieb des Systems wird von einer Bedienerkonsole 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 Erzeugung 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 Vollbildpuffer zur Speicherung von Bilddatenarrays bekannt ist. Das Computersystem 107 ist mit einer Plattenspeichereinrichtung 111 und einem Bandlaufwerk 112 zur Speicherung von Bilddaten und Programmen verbunden, und kommuniziert über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 115 mit einer separaten Systemsteuerung 122.
Die Systemsteuerung 122 beinhaltet einen Satz von Einrichtungen, die miteinander durch eine Rückwandplatine verbunden sind. Diese beinhalten eine Zentraleinheit 119 und eine Impulserzeugungseinrichtung 121, die über eine serielle Verbindung 125 mit der Bedienerkonsole 100 verbunden ist. Über diese Verbindung 125 empfängt die Systemsteuerung 122 Befehle von dem Bediener, die die durchzuführende Abtastfolge anzeigen. Die Impulserzeugungseinrichtung 121 bedient die Systemkomponenten 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 anzeigen. Die Impulserzeugungseinrichtung 121 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 127 zur Anzeige des Zeitverlaufs und der Form der während der Abtastung zu erzeugenden Gradientenimpulse verbunden. Die Impulserzeugungseinrichtung 121 empfängt auch Patientendaten von einer physiologischen Erfassungssteuereinrichtung 129, die Signale von einer Anzahl verschiedener 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 Patientenpositionierungssystem 134 Befehle zur Bewegung des Patienten an die gewünschte Position zur Abtastung.
Die durch die Impulserzeugungseinrichtung 121 erzeugten Gradientensignalverläufe werden einem Gradientenverstärkersystem 127 aus G_x-, G_y- und G_z-Verstärkern zugeführt. Jeder Gradientenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer allgemein mit 139 bezeichneten Anordnung zur Erzeugung der zur Positionskodierung erfaßter Signale verwendeten Magnetfeldgradienten. Die Gradientenspulenanordnung 139 bildet einen Teil einer Magnetanordnung 141, die einen Polarisationsmagneten 140 und eine Ganzkörper-RF-Spule 152 enthält. Eine 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 Patienten emittierten resultierenden Signale können durch die gleiche RF-Spule 152 erfaßt und über den Sende-/Empfangsschalter 154 einem Vorverstärker 153 zugeführt werden. Die verstärkten kernmagnetischen Resonanzsignale (NMR-Signale) werden in dem Empfängerabschnitt der Sende-/Empfangseinrichtung 150 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-/Empfangsschalter 154 wird durch ein Signal von der Impulserzeugungseinrichtung 121 zur elektrischen Verbindung 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) entweder 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 gesamtes 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 Plattenspeichereinrichtung 111 gespeichert werden. Im Ansprechen auf von der Bedienerkonsole 100 empfangene Befehle können diese Bilddaten 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 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 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 Anwesenheit eines G_z-Schnittauswahlgradientenimpulses 306 zur Ausbildung einer transversalen Magnetisierung bzw. Quermagnetisierung in einem Schnitt durch den Patienten erzeugt wird. Diese Quermagnetisierung wird durch selektive Nachfokussierungsimpulse 307 (die einen 180°-Kippwinkel haben können) zur Erzeugung der MR-Spin-Echo-Signale 301 bis 304 nachfokussiert, die während der Anwesenheit von G_x-Auslesegradientenimpulsen 308 erfaßt werden. Jedes MR-Spin-Echo-Signal 301 bis 304 wird separat phasenkodiert und danach durch jeweilige G_y-Phasenkodierungsimpulse 309 bis 313 umgespult. Die Amplitude des Phasenkodierungsimpulses verändert sich und durchschreitet diskrete Werte zur Erfassung separater Ansichten oder Abtastungen des k_y-Raums. Jedes MR-Spin-Echo-Signal wird durch Digitalisierung von Abtastungen jedes Signals erfaßt, und infolgedessen wird bei der Beendigung einer Abtastung für ein Bild ein zweidimensionales Array von k-Raum-Daten erfaßt, aus dem ein Bild durch Durchführung einer zweidimensionalen Fourier-Transformation wie vorstehend beschrieben 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 resultieren in einer geringeren Zeit zur Ausgabe der zugehörigen Gradientensignalverläufe mit einer daraus folgenden Verringerung 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 Verfahren 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 Rekonstruktionsvorgang 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 Ausführungsbeispiel ermöglicht dies die Erfassung von weniger als 256 Abtastungen 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 geeignete Erzeugung aller Gradientenimpulse in der FSE-Impulsfolge für den vorgeschriebenen schrägen Schnittwinkel zu ermöglichen. Die gegenwärtigen Einschränkungen der Gradientenverstärker 127 werden berücksichtigt, und die Gradientenimpulse 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 1 ausgeführten Programms durchgeführt. Die durch dieses Programm ausgeführten Schritte sind in 3 gezeigt und werden unter Verwendung einer in 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 4 sind fünf Wirbel der Wirbelsäule 350 abzubilden. Fünf Bildschnitte sind durch jeden Wirbel zu erfassen, und jede Gruppe von Schnitten 352 bis 356 ist mit einem unterschiedlichen Winkel orientiert. Die nach einer Seite angeordneten Spins jeder Gruppe 352 bis 356 müssen zur Unterdrückung 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 jeweiligen 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 bestimmt. 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 3 lädt das Computersystem nach der Durchführung der üblichen Vorabtastfunktionen die Gradientensignalverläufe und andere Impulsfolgenparameter in die Impulserzeugungseinrichtung 121, wie es durch den Verarbeitungsblock 370 angezeigt ist. Diese Parameter gehören zur ersten Schnittgruppe 352 und zu dem zugehörigen Sättigungsband 358. Ein Vorsättigungsimpuls (oder Impulse, wenn zusätzliche Sättigungsbänder vorgeschrieben sind) wird erzeugt, wie es durch den Verarbeitungsblock 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 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 Anregungsimpulses 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 erfaßt, wie es im Entscheidungsblock 378 bestimmt wird, wartet das System im Entscheidungsblock 380 auf den Ablauf der vorgeschriebenen TR-Periode und geht dann zur Erzeugung eines weiteren Vorsättigungsimpulses im Block 372 zurück. Der Phasenkodierungsgradient wird im Verarbeitungsblock 382 geändert, so daß ein unterschiedlicher Satz von fünf Ansichten von jedem 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 rekonstruiert, 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 zweidimensionale Fast-Fourier-Transformation des zweidimensionalen k-Raum-Datenarrays.
Dann kehrt das System zum Verarbeitungsblock 370 zur Wiederholung der Datenerfassung für die nächste Schnittgruppe zurück, wie es durch den Verarbeitungsblock 386 angezeigt ist. Neue Gradientensignalverläufe und Vorsättigungsparameter werden in die Impulserzeugungseinrichtung 121 geladen, und die vorstehend beschriebenen Vorgänge werden für die nächste Schnittgruppe wiederholt. Wurde die letzte Gruppe in der Abtastung 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 Weise gegenüber der Erfassung aller Schnitte in einer verschachtelten Erfassung erreicht werden. Zum ersten können die Vorsättigungsbänder 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 Vorsättigungsband 362 Spins in der Schnittgruppe 355 sättigen würde. Durch die separate Erfassung jeder Schnittgruppe gemäß der Erfindung wird dieses Problem allerdings vollständig vermieden. 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 erfaßt 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 4 gezeigt haben. Insbesondere ist die Erfindung bei der Erfassung orthogonaler Schnitte verwendbar, wie wenn ein sagittales oder axiales Bild erwünscht ist. Bei derartigen orthogonalen Bilderfassungen ist es wahrscheinlich, daß sich Überschneidungen der Schnitte im in Frage kommenden 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, Bildartefaktbänder an den Überschneidungen erzeugen, die durch die RF-Sättigung des Gewebes an den Überschneidungen verursacht werden. 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 kommenden 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 Hypophysen-Adenomen, bei der das geringe Volumen des Gewebes und die Verwendung von Kontrastmitteln andere Abbildungsverfahren weniger 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 erforderlich sind, multipliziert sich der Nutzen der Erfindung in der Verkürzung der Abtastzeit um das Vierfache.
Natürlich kann das beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel 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 Gruppen kein einzelnes Cluster nahezu angrenzender Schnitte sein, sondern können mehr als ein derartiges Cluster aufweisen. Beispielsweise ist es bei der T₂-gewichteten Abbildung erwünscht, 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 abgetastet, 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 Erfassung 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

Verfahren zur Abbildung der Wirbelsäule eines Subjekts mit einem MRI-System, mit den Schritten a) Definieren einer Vielzahl von Gruppen von Schnitten (352–356), wobei jede Schnittgruppe eine Vielzahl von Schnitten aufweist, die mit einem einer Vielzahl verschiedener Winkel orientiert sind und einen einer Vielzahl verschiedener Wirbel der Wirbelsäule schneiden, b) Erfassen (374) von MR-Daten von einer der Schnittgruppen durch Erfassen eines Satzes von Phasenkodierungsansichten für jeden 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) für einen anderen Satz von Phasenkodierungsansichten, bis alle Phasenkodierungsansichten 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).
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 erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt c) den Schritt: Warten (380) eine TR-Periode lang zwischen den Wiederholungen des Schritts b) enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Schnitten in jeder in Schritt a) definierten Gruppe die gleiche ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei MR-Daten von einigen Schnitten in einigen Schnittgruppen nicht erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d) zur Rekonstruktion von Bildern für eine Schnittgruppe durchgeführt wird, während Schritt b) zur Erfassung von MR-Daten für eine andere Schnittgruppe durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) zur Erfassung 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 Nullen aufgefüllt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fast-Spin-Echo-Impulsfolge für jede Schnittgruppe verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fast-Spin-Echo-Impulsfolge die Erzeugung von Abbildungsgradientenimpulsen (306, 414, 308, 309–313) enthält, und die Abbildungsgradientenimpulse bezüglich der Dauer und Amplitude für jede Schnittgruppe optimiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schnitte von einer der Schnittgruppen (352–356) Schnitte von anderen Schnittgruppen überschneiden, und wobei der Schritt e) den Schritt: Warten (380) eine TR-Periode lang enthält, bevor die Schritte b), c) und d) wiederholt werden.