DE19860488C1 - Impulssequenz für ein Kernspintomographiegerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Impulssequenz für ein Kernspintomographiegerät, bei der Bilddaten gemäß einer SSFP- oder FISP(Fast Image Steady Precession)-Impulssequenz erhalten werden. Nach der Beendigung der FISP-Impulssequenz wird ein Ausschwing-Hochfrequenzimpuls mit einem Flipwinkel von ungefähr alpha/2 mit zum letzten Anregeimpuls (RF¶3¶) invertierter Phasenlage eingestrahlt, wobei alpha der Flipwinkel der Anregungsimpulse (RF1, RF2, RF3) der FISP-Impulssequenz ist. Der Ausschwing-Hochfrequenzimpuls (RF¶a¶) wird dabei in einem Abstand T¶R¶/2 nach dem letzten Anregeimpuls (RF¶3¶) eingestrahlt, wobei T¶R¶ die Repetitionszeit der FISP-Impulssequenz ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Impulssequenz für ein Kernspintomographiegerät sowie auf ein Kernspintomo­ graphiegerät.

Dabei bezieht sich die Erfindung auf Techniken, die Impuls­ sequenzen verwenden, bei denen im Gleichgewichts (Steady- State)-Zustand der Magnetisierungsvektor bei Anregungsimpul­ sen von ±α zwischen +α/2 und -α/2 schwingt. Beispiele für solche Impulssequenzen sind die SSFP- und die FISP-Impulsse­ quenz, die im folgenden erläutert werden.

Aus der DE 44 27 497 C2 ist eine Impulssequenz für ein Kern­ spintomographiegerät bekannt. Bei dieser Impulssequenz wird eine üblicherweise als "FISP" (Fast Imaging with Steady Pre­ cission) bezeichnete Impulssequenz verwendet. Der Begriff "FISP" ist auf dem Gebiet der Kernspintomographie ein fest­ stehender Begriff für eine bestimmte Impulssequenz und ist beispielsweise in E. Krestel, "Imaging Systems for Medical Diagnostics", Siemens AG, 2. Auflage, 1990, S. 544 bis 547, ausdrücklich erläutert. Gemäß der in der DE 44 27 497 C2 be­ schriebenen Impulssequenz wird eine solche FISP-Impulssequenz dahingehend abgeändert, daß vor der FISP-Impulssequenz in ei­ ner Präparationsphase ein Hochfrequenzimpuls eingestrahlt wird. Dieser Hochfrequenzimpuls ist frequenzselektiv und wird unter der Wirkung eines Schichtselektionsgradienten einge­ strahlt, so daß nur eine Schicht des Untersuchungsobjekts an­ geregt wird. Die mit dem Schichtselektionsgradienten verur­ sachte Dephasierung wird durch den entgegengesetzt gerichte­ ten Gradienten wieder rückgängig gemacht. Der Hochfrequenzim­ puls weist dabei einen Flipwinkel aus, der eine Auslenkung der Magnetisierung erzeugt, wie sie sich im stationären Zu­ stand der nachfolgenden Impulssequenz einstellt. Allgemein schwingt der Magnetisierungsvektor bei Anregungsimpulsen von ±α zwischen +α/2 und -α/2 und der Hochfrequenzimpuls muß dann einen Flipwinkel von α/2 mit einer zum nachfolgenden Hochfre­ quenz-Anregungsimpuls invertierten Phasenlage haben.

Im Gleichgewichts(Steady-State)-Zustand schwingt wie gesagt der Magnetisierungsvektor bei Anregungsimpulsen von ±α zwi­ schen +α/2 und -α/2. Hinsichtlich einer schnellen Bildgebung stellt die Spinmagnetisierung ein Problem dar, da sich diese bei Meßbeginn noch nicht im eingeschwungenen Zustand (Steady- State) befindet und zu Signalschwankungen zwischen den Echos, d. h. Rohdatenzeilen führt, die Bildartefakte hervorrufen. Das in der DE 44 27 497 C2 vorgeschlagene Verfahren löst die­ ses Problem vor Beginn der eigentlichen FISP-Sequenz dadurch, daß die Magnetisierung durch einen Einschwing-HF-Anregeimpuls in einen Näherungszustand des eingeschwungenen Zustands ver­ setzt wird.

Weiterhin ist bspw. aus E. Krestel, "Imaging Systems for Me­ dical Diagnostics", Siemens AG, 2. Auflage, 1990, S. 544 bis 547, eine sogenannte SSFP-Impulssequenz (Steady State Free Precission) bekannt, die sich von der FISP-Sequenz im wesent­ lichen dadurch unterscheidet, daß refokussierende Gradienten­ impulse in allen drei Richtungen verwendet werden.

Indessen bleibt bei dieser bekannten Technik die Magnetisie­ rung nach der Messung z. B. eines Bilddatensatzes unbeachtet. Wird nämlich in kurzem Zeitabstand ein weiteres Bild akqui­ riert, kann die Magnetisierung, die von dem vorherigen Bild­ datensatz herstammt, als Störsignal in Erscheinung treten und Bildartefakte hervorrufen.

Aus der DE-198 18 292 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung der Pulssequenz für eine Kernspintomographieanlage und Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Dabei ist eine flexibel programmierbare Sequenzsteuerung dargelegt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, deren Impulssequenz es ermöglicht, bei Kern­ spintomographieaufnahmen in kurzem Zeitabstand nach einem er­ sten Bild ein weiteres Bild zu akquirieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche bilden den Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter.

Erfindungsgemäß ist also eine Impulssequenz für ein Kernspin­ tomographiegerät vorgesehen, bei der Bilddaten gemäß einer Impulssequenz erhalten werden, bei der im Gleichgewichts (Steady-State)-Zustand der Magnetisierungsvektor bei Anre­ gungsimpulsen von ±α zwischen +α/2 und -α/2 schwingt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nach Beendigung beispielswei­ se einer SSFP- oder FISP-Impulssequenz ein Ausschwing-Hoch­ frequenzimpuls mit einem Flipwinkel von ca. α/2 mit zum letz­ ten Anregeimpuls invertierter Phasenlage eingestrahlt, wobei α der Flipwinkel der Anregungsimpulse der Impulssequenz ist.

Der Ausschwenk-Hochfrequenzimpuls wird in einem Abstand T_R/2 nach dem letzten Anregeimpuls eingestrahlt, wobei T_R die Re­ petitionszeit der Impulssequenz ist. Der Begriff "Repetiti­ onszeit" ist ebenfalls ein feststehender Ausdruck auf dem Ge­ biet der Kernspintomographie.

Nach Beendigung der Impulssequenz und in einem Abstand T_R/2 vor der Einstrahlung des Ausschwing-Hochfrequenzimpulses kann alternativ ein weiterer Ausschwenk-Hochfrequenzimpuls mit ei­ nem Flipwinkel von ungefähr α und mit zu dem Ausschwing- Hochfrequenzimpuls invertierter Phasenlage eingestrahlt wer­ den, wobei T_R wiederum die Repetitionszeit der Impulssequenz ist.

Zusätzlich zu dem Ausschwing-Hochfrequenzimpuls kann nach Be­ endigung der Impulssequenz ein Gradientenimpuls mit einem ho­ hen Produkt t × G_z eingestrahlt werden, wobei z die Schichtse­ lektionsrichtung der Kernspintomographie und t die Impuls­ zeitdauer ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Kernspin­ tomograph vorgesehen, der eine Steuerung aufweist, die zur Ausführung der oben genannten Schritte programmiert ist.

Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung bezugnehmend auf die Figuren der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Modifikation einer FISP-Impulssequenz nach dem Ende der eigentlichen FISP- Impulssequenz, und

Fig. 2-5 dienen zur Erläuterung einer sogenannten TRUE-FISP-Impulssequenz.

Bezugnehmend auf Fig. 2 bis 5 wird nunmehr zuerst eine soge­ nannte TRUE-FISP(Fast Imaging with Steady Precision)-Sequenz erläutert. Jede Teilsequenz beginnt in einem Zeitabschnitt 1 mit einem Hochfrequenz-Anregepuls RF₁, der im Ausführungsbei­ spiel einen Flipwinkel von 90° aufweist. Der Hochfrequenzpuls RF₁ ist frequenzselektiv und wird unter einem Schichtselekti­ onsgradientenpuls GS2 eingestrahlt, so daß nur eine selek­ tierte Schicht des Untersuchungsobjekts angeregt wird. In ei­ nem Zeitabschnitt II erfolgt durch einen Gradienten G_R2 eine Dephasierung der Kernmagnetisierung in Ausleserichtung. Fer­ ner wird im Zeitabschnitt II ein Phasencodiergradientenimpuls G_P2 sowie ein entgegengesetzt zum Schichtselektionsgradien­ tenpuls GS₂ gerichteter Gradientenpuls GS₃ eingeschaltet. Durch den Gradientenpuls GS₃ wird die durch den Schichtselek­ tionsgradientenpuls GS₂ verursachte Dephasierung wieder kom­ pensiert.

Im Zeitabschnitt III wird eine Auslesegradientenpuls G_R3 ein­ geschaltet und damit eine Rephasierung der Kernspins er­ reicht, so daß ein Kernresonanzsignal S1 entsteht. Dieses Kernresonanzsignal S1 wird abgetastet und in herkömmlicher Weise zur Erstellung eines Bildes verwendet.

In einem Zeitabschnitt IV werden ein Schichtselektionsgra­ dientenpuls G_S4 in positiver Schichtselektionsrichtung, ein Gradientenpuls G_PS entgegengesetzt zum Gradientenpuls G_p2 und ein Gradientenpuls G_R4 in negativer Ausleserichtung einge­ schaltet.

In einem Zeitabschnitt IV werden ein Schichtselektionsgra­ dientenpuls G_S4 in positiver Schichtselektionsrichtung, ein Gradientenpuls G_P3 entgegengesetzt zum Gradientenpuls G_P2 und ein Gradientenpuls G_R4 in negativer Ausleserichtung einge­ schaltet.

In einem Zeitabschnitt V schließlich wird unter einem Schichtselektionsgradientenpuls G_S5 in negativer Schichtse­ lektionsrichtung ein Hochfrequenzpuls R_F2 mit einem Flipwin­ kel von -90° eingeschaltet. Damit wird ein neues Auslesein­ tervall eingeleitet. Die dargestellte Pulssequenz wird n mal mit unterschiedlichen Werten der Phasencodiergradientenpulse G_P2 wiederholt. Dabei wird die Phasenlage der Hochfrequenz- Anregepulse von Pulssequenz zu Pulssequenz invertiert, so daß die Vorzeichen der durch die Anregepulse RF bewirkten Flip­ winkel alternieren. Der Abstand zwischen zwei Hochfrequenz- Anregepulsen RF wird mit T_R (Repetitionszeit) bezeichnet. Al­ le Gradienten sind so geschaltet, daß ihr Zeitintegral über eine Repetitionszeit T_R Null ergibt.

Bei diesem Verfahren ist eine schnelle Bildgebung möglich, da die Repetitionszeit T_R wesentlich kürzer gemacht werden kann als die Relaxationszeiten T1 und T2.

Bei der dargestellten Pulssequenz wird die Auslenkung der Ma­ gnetisierung durch den ersten Hochfrequenz-Antregpuls RF₁ auf 90°, durch den zweiten Hochfrequenz-Anregepuls RF₂ auf etwa 0° gebracht, so daß in einem Einschwingvorgang nur jede zwei­ te Hochfrequenz-Anregung ein Signal liefert. Erst nach einem Einschwingvorgang, der etwa in der Größenordnung von T1 bzw. T2 liegt, wird ein stationärer steady-state-Zustand erreicht, bei dem der Flipwinkel sich zwischen +45° und -45° bewegt. Bis zur Erreichung dieses stabilen Zustands oszilliert das Kernresonanzsignal sehr stark und kann in der Praxis nicht ausgewertet werden.

Bei der vorliegenden Erfindung kann statt der FISP-Impuls­ sequenz beispielsweise eine SSFP-Impulssequenz verwendet wer­ den, die sich von der FISP-Sequenz im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß refokussierende Gradientenimpulse in allen drei Richtungen verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Technik, bei der Bilddaten gemäß einer Impulssequenz erhalten werden, bei der im Gleichgewichts(Steady-State)-Zustand der Magnetisierungsvektor bei Anregungsimpulsen von ±α zwischen +α/2 und -α/2 schwingt. FISP oder SSFP sind Beispiele für solche Impulssequenzen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 soll nunmehr die erfindungsgemäße Ausschwingphase nach der eigentlichen FISP-Sequenz erläutert werden. Wie in Fig. 1 ersichtlich, wird nach der eigentlichen TRUE-FISP-Sequenz ein starker Gradientenimpuls G_SP (Spoiler- Impuls), d. h. ein Gradientenimpuls mit einem großen Produkt G_Z × t eingestrahlt. Z ist dabei die Schichtselektionsrichtung der Computertomographie. Durch diesen Gradientenimpuls G_SP werden die Querkomponenten der Magnetisierung nach der TRUE- FISP-Sequenz, d. h die Komponenten in Bildschichtebene zer­ stört. Die durch die vorausgegangene Messung gestörte Z-Kom­ ponente der Magnetisierung bleibt indessen durch den Gradien­ tenimpuls G_SP unbeeinflußt und kann bei einer folgenden Bild­ akquisition je nach Schichtorientierung der nachfolgenden Messung dennoch Artefakte verursachen und beispielsweise die Signalamplitude drastisch reduzieren.

Um sowohl die Querkomponenten wie auch die Z-Komponente der Magnetisierung, die aus der vorhergehenden Messung resultie­ ren, als Störquellen auszuschalten, wird erfindungsgemäß nach der eigentlichen Messung ein Ausschwing-Hochfrequenzimpuls RF_a bzw. RF_a' eingestrahlt.

Der eigentliche Ausschwing-Hochfrequenzimpuls ist in einem Zeitstand T_R/2 nach dem letzten Hochfrequenz-Anregungsimpuls mit vollem Flipwinkel angeordnet. Der Ausschwing-Hochfre­ quenzimpuls weist weiterhin etwa den halben Flipwinkel α"/2 des Flipwinkels der Hochfrequenz-Anregungsimpulse der FISP- Sequenz auf.

Dabei gibt es mehrere Alternativen: Um die Bedingung zu er­ füllen, daß der Ausschwing-Hochfrequenzimpuls um eine Zeit­ dauer T_R/2 nach dem letzten vollen Hochfrequenz-Anregungs­ impuls RF₃ eingestrahlt wird, kann wie in Fig. 1 mit Rf_a' be­ zeichnet für den Fall, daß der letzte Hochfrequenz-Anregungs­ impuls RF₃ einen Flipwinkel von +90° aufwies, um eine Zeit­ dauer T_R/2 nach diesem letzten Hochfrequenz-Anregungsimpuls RF₃ ein Ausschwing-Hochfrequenzimpuls RF_a' mit einem Flipwin­ kel von -45° eingestrahlt werden.

Um die Bedingung des Zeitversatz von T_R/2 nach dem letzten Hochfrequenz-Anregungsimpuls RF₃ zu erfüllen, kann es günstig sein, insgesamt zwei Ausschwing-Hochfrequenzimpulse nach dem letzten genutzten Echo S3 anzufügen.

In Fig. 1 ist dieser weitere Aussschwing-Hochfrequenzimpuls mit RF_a2 bezeichnet, der den vollen Flipwinkel α, im darge­ stellten Beispiel 90°, aufweist, und dessen Phasenlage im Vergleich zu dem eigentlichen noch folgenden Ausschwing- Hochfrequenzimpuls RF_a invertiert ist. Wie in Fig. 1 deutlich zu sehen ist der Abstand zwischen dem letzten Hochfrequenz- Anregungsimpuls und dem ersten Ausschwingimpuls gleich T_r und der Abstand zwischen den Ausschwingimpulsen T_R/2.

Die Phasenalternierung wird entsprechend dem Anregungs-Im­ pulszug fortgeführt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Bilderstellung mit einer Kernspintomogra­ phie, bei dem Bilddaten gemäß einer Impulssequenz erhalten werden, bei der im Gleichgewichtszustand der Magnetisierungs­ vektor bei Anregungsimpulsen von ±α zwischen +α/2 und -α/2 schwingt, dadurch gekennzeichnet, daß, zur Vorbereitung einer sich anschließenden Bildaquisiti­ on nach Beendigung der Impulssequenz ein Ausschwing-Hochfre­ quenzimpuls (RF_a) mit einem Flipwinkel von ungefähr α/2 mit zum letzten Anregeimpuls (RF₃) invertierter Phasenlage einge­ strahlt wird, wobei α der Flipwinkel der Anregungsimpulse der Impulssequenz ist, wobei der Ausschwing-Hochfrequenz­ impuls (RF_a) in einem Abstand T_R/2 nach dem letzten Anregeim­ puls (RF₃) eingestrahlt wird, oder wobei nach Beendigung der Impulssequenz und in einem Abstand T_R/2 vor der Einstrahlung des Ausschwing-Hochfrequenzimpulses (RF_a) ein weiterer Aus­ schwing-Hochfrequenzimpuls (RF_a2) mit einem Flipwinkel von ungefähr α und mit zu dem Ausschwing-Hochfrequenzimpuls (RF_a) invertierter Phasenlage eingestrahlt wird, wobei T_R die Repetitionszeit der Impulssequenz ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung der Impulssequenz ein Gradientenimpuls mit einem hohen Produkt t . G_z eingestrahlt wird, wobei z die Schichtselektionsrichtung und t die Gradientenimpulsdauer ist.

3. Kernspintomograph, aufweisend eine Steuerung, die zur Aus­ führung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 vorprogram­ miert ist.