DE19853952A1 - Magnetresonanz-Spektroskopieabbildung mit verringerten parasitären Seitenbandsignalen - Google Patents

Magnetresonanz-Spektroskopieabbildung mit verringerten parasitären Seitenbandsignalen

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Magnetresonanz-Spektroskopie und insbesondere eine Volumenspektroskopie, bei der die parasitäre Signalinterferenz verringert ist.
Die Volumen-lokalisierte Magnetresonanz-Spektroskopie wurde zu einem nützlichen und weit verbreiteten klinischen Werkzeug insbesondere zur Erfassung von Anomalien, die zu diffusen chemischen Veränderungen im Gehirn führen. Es sind mehrere Verfahren zur direkten Anregung der Spins von Metaboliten, wie Cholin, Kreatin und NAA in einem in Frage kommenden Volumen und zum Erreichen einer dreidimensionalen Auswahl einschließlich der Verwendung stimulierter Echos und der Verwendung von Carr-Purcell-Echos bekannt. Bei diesen Verfahren wird ein lokalisiertes Spektrum bei einer einzelnen Abtastung erhalten. Beispielsweise verwendet die Punkt­ aufgelöste Spektroskopie (PRESS, US-A-4 480 228) eine Drei- Impuls-Sequenz, wobei jeder Impuls frequenzselektiv ist. Viele wichtige klinische Anwendungen der Protonen- Magnetresonanz-Spektroskopieabbildung MRSI beruhen auf der Phasenkodierung eines eingeschränktem Anregungsvolumens. Typischerweise wird die Volumenanregung unter Verwendung der PRESS erreicht, die sich den Vorteil dreier orthogonaler Schnitte in der Form eines Doppel-Spin-Echos zur Auswahl eines spezifischen in Frage kommenden Bereichs zu Nutze macht.
In den Metabolit-Signalen ist ein starkes Wassersignal vorhanden und wird zur Korrektur von Phasen- und Frequenzfehlern aufgrund äußerer Effekte verwendet. Allerdings können kohärente Seitenbänder von Restwasser die Messung von Metaboliten bei der lokalisierten Protonenspektroskopie stören. Typischerweise werden Niederfrequenzverzerrungen der Metabolit- und Restwassersignale unter Verwendung einer nicht unterdrückten Wasserreferenz korrigiert, jedoch befinden sich harmonische Verzerrungen über 20 Hz im Bereich der Metabolit-Frequenzen und werden durch dieses Vorgehen notwendigerweise nicht korrigiert. Es gibt eine Vielzahl möglicher Quellen für parasitäre Seitenbänder einschließlich akkustischer und Wirbelstromkopplungseffekte. Die Probleme verursachenden Seitenbänder sind jene, die mit dem chemischen In-Vivo- Protonenverschiebungsfrequenzbereich (30 Hz bis 220 Hz bei 2,5 T) übereinstimmen, Zeitkonstanten aufweisen, die größer als 10 ms sind, und Spitzenwert-Zu-Spitzenwert-Größen aufweisen, die größer als 0,2% sind. Diese Seitenbänder hängen vom Magnet- und Gradientensystem ab, und sind von der Impulssequenz und von TE abhängig. Bei typischen Sonden-p- (PRESS) Spektren mit TE 35 werden diese Seitenbänder über den in Frage kommenden spektralen Bereich beobachtet und reichen bezüglich der Größe von 0,1% bis über 1,0%. Typische Abklingkonstanten bedeuten kein ernstes Problem bei den TE 144-Spektren. Sie stellen auch kein Problem dar, wenn Wasser vollständig unterdrückt ist. Diese Bedingung wird allerdings durch Beschränkungen zur zwangsläufigen Wasserunterdrückung eingeschränkt, und wichtiger noch, durch das Erfordrnis eines relativ stärken Restwassersignals zur Korrektur temporärer (Einzelbild-Zu-Einzelbild) Phasen- und Frequenzfehler aufgrund Wirbelstromeffekten, die sehr lange zeitlich konstant sind, einer B0-Feld-Drift und einer Patientenbewegung. Somit besteht das Bedürfnis nach Beseitigung dieser Seitenbänder aus einem ansonsten nützlichen Wassersignal ohne Auswirkung auf das Signalrauschverhältnis (SNR).
Bisher wurde eine Anzahl von Linienform-Korrekturverfahren zur Korrektur von frequenzunabhängigen Zeilenformfehlern verwendet, allerdings wird bei diesen Verfahren das Referenzsignal extrahiert und durch ein ideales Signal dividiert und dann als Multiplikator zur Korrektur des rohen Spektrums verwendet. Dieses Vorgehen ist bezüglich des Verfahrens zur Extraktion der Referenzlinienform äußerst empfindlich und führt oft zusätzliches Rauschen ein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Probleme zu lösen.
Erfindungsgemäß wird ein geeignet skalierter Abschnitt des Rein-Wasser-Referenzsignals von einem teilweise unterdrückten Magnetreferenzsignal zur Beseitigung störender Seitenbänder des Restwassers subtrahiert.
Es wurde herausgefunden, daß die höheren Frequenzverzerrungen des Wassersignals von externen Quellen, wie Wirbelstromeffekten, B0-Feld-Drift und Patientenbewegung mit der Restamplitude des Hauptwassersignalspitzenwerts unabhängig von der Frequenzselektivität des Unterdrückungsverfahrens steigen. Somit entfernt ein nicht unterdrücktes Signal minus einem teilweise unterdrückten Wasserspektrum die in Frage kommenden Metabolit-Signale, wobei lediglich die Wasserlinienreferenz und ihre parasitären Seitenbänder übrig bleiben. Das resultierende Signal ist die Rein-Wasser-Referenz mit Seitenbändern.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein nicht unterdrücktes Magnetresonanz-Wasserreferenzsignal zusammen mit den teilweise Wasser­ unterdrückten Daten erfaßt.
Eine Niedrigfrequenz-Wasser-Phasenkorrektur wird bei der Wasserreferenz und den Daten angewendet, wie es beispielsweise bei Webb et al., "Magnetic Resonance in Medicine" 31: 365-373 (1994) beschrieben ist.
Die Wasser-Phase-korrigierten Daten werden dann von Wasser- Phase-korrigierten nicht unterdrückten Daten zum Erhalten einer Rein-Wasser-Referenz ohne Metabolit-Signaldaten subtrahiert.
Die Wasser-Phase-korrigierten Daten werden über die Abtastzeit integriert und durch das Integral über die Abtastzeit der Rein-Wasser-Referenz geteilt. Der Realteil des Quotienten wird dann als Multiplikator R verwendet.
Das Produkt aus dem Multiplikator R und der Rein-Wasser-Referenz wird dann von den B0-korrigierten teilweise unterdrückten Daten zur Beseitigung von Störwassersignalen subtrahiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. A eine Kurve über die Frequenz (Hz) nicht unterdrückter Daten, eine Rein-Wasser-Referenz und den Rest der Subtraktion einer geeignet skalierten Rein-Wasser-Referenz von den nicht unterdrückten Daten.
Fig. 1B eine Kurve über die Frequenz (parts per million, ppm) der Daten in Fig. 1A.
Die Fig. 1A und 1B zeigen -Kurven über die Frequenz jeweils in Hz und ppm nicht unterdrückter Daten, einer erfindungsgemäß erhaltenen Rein-Wasser-Referenz und der nicht unterdrückten Daten, von denen Störwassersignale durch Subtraktion einer geeignet skalierten Rein-Wasser-Referenz von den nicht unterdrückten Daten beseitigt sind.
Die herkömmlichen nicht unterdrückten Daten an der oberen Position zeigen eine breite positive Basislinienverzerrung zwischen 20 Hz und 100 Hz und ein schärferes negatives Seitenband bei 108 Hz. Diese zusammen verzerren die sichtbaren Pegel der zu messenden Metaboliten, insbesondere die relativen Mengen an Cholin, Kreatin und NAA. Das gepunktete Spektrum der mittleren Kurve ist die Rein-Wasser- Referenz, die auf die Größe des Restwassers geeignet skaliert ist. Das dritte Spektrum an unterer Position sind die Daten nach der Anwendung der Rein-Wasser-Subtraktion.
Die Daten können durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden:
nicht_unterdrückte_daten = SignalH20 + Signalmetabolite + Rauschenref (1)
teilweise_unterdrückte_daten = SignalRest_H20 + Signalmetabolite + Rauschendaten (2)
rein_wasser = nicht_unterdrückte_daten - teilweise_unterdrückte_daten = Signal(H20_Rest) + RMS(Rauschenref + Rauschendaten) (3)
PWS_korrigierte_daten = Signalmetabolite + Rauschendaten + R (Rauschenrein_wasser) (4)
(R = Signalrest_H20/Signalrein_wasser < 0,1) (5)
Zur Vermeidung jeder meßbaren Auswirkung des Rauschens der Wasserkorrekturdaten sollte die Wasserunterdrückung ein Minimum von 10 : 1 sein, was keine außerordentliche Anforderung darstellt. In diesem Fall ist eine Überdrehung der Wassermagnetisierung (-Mz) etwas besser als eine Unterdrehung (+Mz), da die "Rein-Wasser-Referenz" durch den Rest bei der Überdrehung erhöht wird, was zu einem kleineren Multiplikator R führt.
Beim Erhalten des Multiplikators R ist das Integral über die Abtastzeit tatsächlich eine Fourier-Auswahl des Reinabsorptions-Null-Frequenz-Wasser-Signals, was durch die Wasser-Phase-Korrektur im vorhergehenden Schritt sichergestellt ist. Dieser Schritt ist besonders bei der Schätzung für kleine Restwassersignale wichtig, wo die Metabolite einen signifikanten Bruchteil des teilweise Wasser-unterdrückten FID oder Echos ist. Wie vorstehend beschrieben, arbeitet das Verfahren vollständig im Zeitbereich, es kann aber auch ein äquivalentes Vorgehen im Frequenzbereich konstruiert werden.
Die Erfindung wurde in PROBE Recon im rechnerunabhängigen Verarbeitungspaket sage/idl implementiert und sowohl bei In- Vivo- als auch Phantom-Daten getestet. Ein In-Vivo-Beispiel des Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Rein-Wasser-Subtraktion zur Beseitigung störender Seitenbänder von Restwasser einschließlich der Beseitigung von Störsignalen von äußeren Quellen, wie Wirbelstromeffekten, B0-Magnetfeld-Drift, Patientenbewegung und dergleichen offenbart. Nicht unterdrückte und teilweise Wasser-unterdrückte Magnetsignaldaten werden erhalten, und bei diesen wird eine Niederfrequenz-Wasser-Phase-Korrektur angewendet. Die Wasser- Phase-korrigierten teilweise unterdrückten Daten werden von den Wasser-Phase-korrigierten nicht unterdrückten Daten zum Erhalten einer Rein-Wasser-Referenz subtrahiert (d. h. Metabolitsignale werden entfernt). Eine skalierte Version der Rein-Wasser-Referenz wird von den teilweise unterdrückten Daten zur Beseitigung von Störwassersignalen subtrahiert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Verarbeitung von Signalen zur Verringerung von störenden Seitenbändern einer Rein-Wasser-Referenz bei einer Magnetresonanz-Spektroskopie mit den Schritten
  • a) Erhalten nicht unterdrückter Magentresonanz-Signaldaten,
  • b) Erhalten teilweise Wasser-unterdrückter Signaldaten und
  • c) Subtrahieren skalierter Rein-Wasser-Referenz-Daten von den nicht unterdrückten Signaldaten zur Verringerung störender Seitenbänder und von Störwassersignalen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt a) eine Mittelung einer Vielzahl von Einzelbildern von Daten zum Erhalten gemittelter Daten enthält, und Schritt b) ein Erhalten einer gemittelten Rein-Wasser-Referenz enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt b) ein Anwenden einer Niederfrequenz-Wasser-Phase-Korrektur bei den gemittelten Daten und bei der gemittelten Rein-Wasser-Referenz zum Erhalten wasser-Phase-korrigierter Daten und Wasser-Phase-korrigierter nicht unterdrückter Daten enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei Schritt c) ein Teilen des Integrals über eine Abtastzeit der Wasser-Phase­ korrigierten Daten durch das Integral über eine Abtastzeit der Rein-Wasser-Referenz zum Erhalten eines Multiplikationsfaktors zur Skalierung der Rein-Wasser- Referenz-Daten enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Multiplikationsfaktor der Realteil des Quotienten ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Integral über die Abtastzeit eine Fourier-Auswahl des Rein-Absorptions- Null-Frequenz-Wassersignals ist.
7. Vorrichtung zur Verarbeitung von Signalen zur Verringerung störender Seitenbänder einer Rein-Wasser-Referenz bei einer Magnetresonanz-Spektroskopie mit
einer Einrichtung zum Erhalten nicht unterdrückter Magnetresonanz-Signaldaten,
einer Einrichtung zum Erhalten teilweise Wasser­ unterdrückter Signaldaten und
einer Einrichtung zur Subtraktion skalierter Rein-Wasser-Bezugsdaten von den nicht unterdrückten Signaldaten zur Verringerung störender Seitenbänder und von Störwassersignalen.
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