DE3750449T2

DE3750449T2 - Bilderzeugung von bewegendem Material durch magnetische Kernresonanz mittels räumlich veränderlicher selektiver Anregung.

Info

Publication number: DE3750449T2
Application number: DE19873750449
Authority: DE
Inventors: Dwight George Nishimura
Original assignee: Leland Stanford Junior University
Current assignee: Leland Stanford Junior University
Priority date: 1986-08-07
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2007-08-01
Also published as: EP0256733B1; EP0256733A3; EP0256733A2; JPH0367407B2; DE3750449D1; JPS63177845A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf nukleare magnetische Resonanz (NMR) oder Abbildung mittels magnetischer Resonanz (MR) und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die selektive Projektionsabbildung sich bewegenden Materials durch einstellbare räumlich selektive Anregung.
In der magnetischen Resonanzangiographie sind Techniken bekannt, die zum Sichtbarmachen des Blutstromes verwendet werden. Beim U.S.-Patent Nr. 4,528,985 werden Zeit-Subtraktionstechniken zur Projektionsabbildung sich bewegenden Materials verwendet, bei denen Daten bei zwei verschiedenen Zeitintervallen ermittelt und subtrahiert werden, so daß sich Daten für statisches Material aufheben und Daten für sich bewegendes Material (z. B. Blut) ein Restbild ergeben. Bei einer in diesem Patent eröffneten Anordnung wird ein erster Bereich angeregt, der in Nachbarschaft zu einem zweiten abzubildenden Bereich liegt, wobei sich bewegendes Material vom ersten in den zweiten Bereich fließen kann. Der Empfänger wird auf den zweiten Bereich eingestellt, wobei nur die Spins des sich bewegenden Materials erfaßt werden. Bei einer anderen in diesem Patent eröffneten Anordnung wird während eines ersten Zeitintervalls ein abzubildendes Volumen angeregt, so daß ein Abklingsignal der freien Induktion (FID-Signal) erzeugt aber nicht verwendet wird. Sich bewegendes Material von außerhalb des Volumens kann dann hineinfließen, bevor das Volumen ein zweites Mal, nämlich zwecks Umklappens der Spins im statischen Material, angeregt wird. So erzeugen nur frische Kerne aus sich bewegendem Material ein Abklingsignal der freien Induktion, das dazu verwendet wird, eine Projektionsabbildung von sich bewegendem Material im Volumen bereitzustellen.
Bei U.S.-Patent Nr. 4,516,582 werden Kernspins in einem dünnen quaderförmigen Volumen angeregt und ein Gradientenfeld verwendet, um die angeregten Spins statischen Materials aus der Phase zu bringen. Bei diesem Verfahren werden die Kernspins im dünnen quaderförmigen Volumen angeregt, und nach einem Zeitintervall, in dem angeregte Blut-Kernspins aus dem dünnen quaderförmigen Volumen ausfließen, werden die angeregten Kernspins im Quadervolumen noch einmal angeregt. Weil die statischen Spins aus der Phase gebracht oder gesättigt werden, kommt im wesentlichen das ganze daraus resultierende NMR- Signal aus der Anregung der Spins im Blutstrom, die sich während des Zeitintervalls in das Quadervolumen verlagert. Dieses Signal kann zur Erzeugung einer Projektionsabbildung des Quadervolumens verwendet werden.
Im U.S.-Patent Nr. 4,647,857 mit dem Titel STROMMESSUNG UNTER VERWENDUNG NUKLEAR-MAGNETISCHER RESONANZ wird eine Spin- Echo-Technik verwendet, um die Auswirkungen statischer Kernspins auszuschließen, wodurch ein Restsignal aus dynamischen bzw. sich bewegenden Kernspins erzeugt wird.
In EP 0 126 381 wird ein NMR-Verfahren zum Messen und Abbilden von Flüssigkeitsströmen eröffnet. Bei diesem Verfahren wird die Abbildung eines Schnitts quer zur Flüssigkeitsstromrichtung erzeugt. Die Kerne im Bildschnitt werden zuerst markiert und dann zum Erzeugen eines ersten Signals angeregt. Die Kerne im Bildschnitt und einem Volumen stromaufwärts werden dann markiert und zum Erzeugen eines zweiten Signals angeregt. Das erste und das zweite Signal werden dann zum Erzeugen einer Abbildung des Querschnitts verwendet.
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abbilden sich bewegenden Materials unter Verwendung variabel räumlich ausgewählter Anregungen bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein verbessert es Verfahren zur Subtraktionsangiographie.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z- Orthogonalachsensystem unter Anwendung magnetischer Resonanz, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quadervolumen bewegt, mit folgenden Schritten:
a) Anordnen des Körpers in einem Magnetfeld (B&sub0;) mit einem ersten in Verbindung mit Hochfrequenz-(HF)-Impulsen angelegten Magnetfeldgradienten (Gz) zum Auswählen von Teilen des Körpers längs der Z-Richtung, die durch die HF-Impulse angeregt werden sollen,
b) Anlegen eines ersten HF-Impulses an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an das Quadervolumen um einen ersten Winkel zu kippen,
c) für eine ausreichende Zeit Abwarten, bis das sich bewegende Material im Quadervolumen aus dem Quadervolumen und sich bewegendes Material aus dem Bereich in das Quadervolumen geflossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung angelegt wird, und durch die Schritte:
d) Anlegen eines zweiten HF-Impulses an den Körper während einer Periode ruhiger Strömung mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf das Quadervolumen um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen,
e) Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls gekippten Kernspins,
f) Wiederholen des Schritts c ohne Anregen des Bereichs,
h) Wiederholen von Schritt d,
i) Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den HF-Impuls des Schritts h gekippten Kernspins,
j) Subtrahieren der ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten zum Ermitteln dritter Bilddaten des sich durch das Quadervolumen bewegenden Materials, und
k) Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbildes unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollenden der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z-Orthogonalachsensystem unter Anwendung magnetischer Resonanz, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quadervolumen bewegt, mit folgenden Schritten:
a) Anordnen des Körpers in einem Magnetfeld (B&sub0;) mit einem ersten in Verbindung mit Hochfrequenz-(HF)-Impulsen angelegten Magnetfeldgradienten (Gz) zum Auswählen von Teilen des Körpers längs der Z-Richtung, die durch die HF-Impulse angeregt werden sollen,
b) Anlegen eines ersten HF-Impulses an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an das Quadervolumen um einen ersten Winkel zu kippen,
c) für eine ausreichende Zeit Abwarten, bis das sich bewegende Material im Quadervolumen aus dem Quadervolumen und sich bewegendes Material aus dem Bereich in das Quadervolumen geflossen ist,
d) Anlegen eines zweiten HF-Impulses an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf das Quadervolumen um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen,
e) Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls gekippten Kernspins, dadurch gekennzeichnet, daß der erste HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung und der zweite HF- Impuls während einer Periode ruhiger Strömung angelegt wird, und ferner durch die Schritte:
f) Anlegen eines dritten HF-Impulses an den Körper unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung und mit einem Frequenzband, das für das Quadervolumen nicht selektiv ist, und ausreichender Stärke, um Kernspins in dem Körper, jedoch nicht begrenzt auf das Quadervolumen, um den ersten Winkel zu kippen,
g) Wiederholen von Schritt c,
h) Wiederholen von Schritt d,
i) Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den HF-Impuls des Schritts h gekippten Kernspins,
j) Subtrahieren der ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten zum Ermitteln dritter Bilddaten des sich durch das Quadervolumen bewegenden Materials, und
k) Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbildes unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollenden der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Magnetresonanzvorrichtung zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z- Orthogonalachsensystem, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quadervolumen bewegt, mit
a) einer Magneteinrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes (B&sub0;),
b) einer Gradienteneinrichtung zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldgradienten (Gz), der zum Auswählen durch die HF- Impulse längs der Z-Richtung anzuregender Teile des Körpers angelegt wird,
c) HF-Erzeugungseinrichtungen, die so programmiert sind, daß der erste HF-Impuls mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke an den Körper angelegt wird, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an das Quadervolumen um einen ersten Winkel zu kippen, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Erzeugungseinrichtung so programmiert ist, daß der erste HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode schnellen Stromes und der zweite HF-Impuls während einer Periode ruhigen Stromes an den Körper angelegt wird, nachdem bewegliches Material im Quadervolumen aus dem Quadervolumen heraus und bewegliches Material aus dem Bereich in das Quadervolumen fließen konnte, wobei der zweite HF- Impuls ein Frequenzband und ausreichende Stärke hat, um Kernspins begrenzt auf das Quadervolumen um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen, und durch
d) Einrichtungen zum Ermitteln erster Bilddaten in einer x-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls gekippten Kernspins,
e) wobei die HF-Erzeugungseinrichtungen ferner so programmiert sind, daß während einer Periode ruhigen Stromes an den Körper ein dritter HF-Impuls angelegt wird, nachdem bewegliches Material im Quadervolumen aus dem Quadervolumen strömen und sich bewegendes Material aus dem Bereich in das Quadervolumen strömen konnte, wobei der dritte HF-Impuls ein Frequenzband und eine ausreichende Stärke hat, um Kernspins begrenzt auf das Quadervolumen um den zweiten Winkel zu kippen, der ausreicht, ein Signal zu erzeugen,
f) Einrichtungen zum Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene aus den durch den dritten HF-Impuls gekippten Kernspins,
g) eine Verarbeitungseinrichtung, die so programmiert ist, daß zur Gewinnung dritter Bilddaten des sich durch das Quadervolumen bewegenden Materials die ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten subtrahiert werden, und
h) eine Einrichtung zum Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbildes unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollendung der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.
Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Magnetresonanzvorrichtung zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z- Orthogonalachsensystem, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quadervolumen bewegt, mit
a) einer Magneteinrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes (B&sub0;),
b) einer Gradientspuleneinrichtung zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldgradienten (Gz), der zum Auswählen durch die HF-Impulse längs der Z-Richtung anzuregender Teile des Körpers angelegt wird,
c) HF-Erzeugungseinrichtungen, die so programmiert sind, daß der erste HF-Impuls mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke an den Körper angelegt wird, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an das Quadervolumen um einen ersten Winkel zu kippen, und zum Anlegen des zweiten HF-Impulse an den Körper, nachdem das sich bewegende Material im Quadervolumen aus dem Quadervolumen herausströmen und das sich bewegende Material außerhalb des Quadervolumens in das Quadervolumen hineinströmen konnte, wobei der zweite HF-Impuls ein Frequenzband und eine ausreichende Stärke hat, um auf das Quadervolumen begrenzte Kernspins um einen zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen, und
d) Einrichtungen zum Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls gekippten Kernspins, dadurch gekennzeichnet, daß
die HF-Erzeugungseinrichtung so programmiert ist, daß der erste HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode ruhiger Strömung und ein dritter HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung angelegt wird, und bei einem Frequenzband, das nicht selektiv für das Quadervolumen und von ausreichender Stärke ist, daß Kernspins im Körper, jedoch nicht begrenzt auf das Quadervolumen, um den ersten Winkel gekippt werden, und zum Anlegen eines vierten HF-Impulses, der identisch mit dem zweiten HF-Impuls ist, an den Körper während einer Periode ruhiger Strömung, nachdem sich bewegendes Material außerhalb des Quadervolumens in das Quadervolumen strömen konnte, ferner gekennzeichnet durch
f) Einrichtungen zum Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene aus den durch den dritten HF-Impuls gekippten Kernspins,
g) eine Verarbeitungseinrichtung, die so programmiert ist, daß zur Gewinnung dritter Bilddaten des sich durch das Quadervolumen bewegenden Materials die ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten subtrahiert werden, und
h) eine Einrichtung zum Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbildes unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollendung der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.
Ein Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung ist die Verwendung eines ersten Anregerimpulses, z. B. 180º, zum Umklappen von Kernspins in einem Quadervolumen. Nach einem Zeitraum, in dem strömendes Material von außerhalb des Quadervolumens in das Quadervolumen hineinfließt, wird ein zweiter Anregerimpuls, z. B. 90º, zum Erzeugen eines ersten Abbildungssignals aus dem strömenden Material im Quadervolumen angelegt. Danach wird für das Quadervolumen und mindestens für einen benachbarten Bereich einschließlich Material, das in das Quadervolumen hineinfließt, die Anregungssequenz wiederholt zum Erzeugen eines zweiten Abbildungssignals. Das zweite Abbildungssignal wird vom ersten Abbildungssignal subtrahiert, um jedes vom statischen Material herrührende Restsignal zu entfernen, wobei ein dem fließenden Material entsprechendes Differenzsignal erzeugt wird. Die erforderliche Datengewinnung wird auf dem erzeugten Signal längs der die Dicke des Quadervolumens charakterisierenden Achse durchgeführt zur Erzeugung einer zweidimensionalen Abbildung des Volumens unter Verwendung der Spin-Transformations-Abbildung oder anderer Verfahren wie zum Beispiel der planaren oder verallgemeinerten Spinechomethode mit zeitabhängigen Gradienten.
Da statisches Material im allgemeinen verschiedene T&sub1;- Werte aufweist, können Signale von statischem Material in den erzeugten Bildsignalen verbleiben. In dem Maß wie diese verbleibenden Signale die Blutsignale überdecken, werden sie durch Subtraktion der Signale ausgeschlossen. Das kann erfindungsgemäß leicht dadurch bewerkstelligt werden, daß das zweite Bildsignal mit der gleichen Komponente für statisches Material gewonnen wird wie das erste Bildsignal doch mit einer unterschiedlichen Signalkomponente für Blut.
Beispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1A-1D stellen die Anordnung der NMR-Vorrichtung und der darin erzeugten Magnetfelder dar.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der NMR-Abbildungsvorrichtung. Fig. 3 stellt eine grundlegende Impulssequenz zur Anregung eines Quadervolumens und die dabei entstehende Projektionsabbildung zur Verwendung in einer Ausführungsform der Erfindung dar.
Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung der von der Zeit abhängigen longitudinalen Relaxation nach dem Umklappen unter Verwendung der Impulssequenz von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine Darstellung einer Impulssequenz zur Erzeugung einer zweiten Abbildung zum erfindungsgemäßen Subtraktions-Abbilden.
Fig. 6A und 6B sind Draufsichten von Quadervolumina und benachbarter Bereiche, wobei die schraffierten Bereiche die von den 180º-Impulsen angeregten Bereiche in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung zum Erzeugen zweier Bildsignale darstellen.
Fig. 7A und 7B sind Draufsichten von Quadervolumina und benachbarter Bereiche, wobei die schraffierten Bereiche die von den 180º-Impulsen angeregten Bereiche in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zum Erzeugen zweier Bildsignale darstellen.
Fig. 1A ist eine perspektivische Teil-Schnittdarstellung, in der die Spulenvorrichtung im NMR-Abbildungssystem dargestellt ist, und Fig. 1B-1D sind Darstellungen von Feldgradienten, die in der in Fig. 1A dargestellten Vorrichtung erzeugt werden können. Diese Vorrichtung wird in Hinshaw und Lent, "An Introduction to NMR Imaging: From the Bloch Equation to the Imaging Equationll, ("Eine Einführung in die NMR-Abbildungstechnik: Von der Bloch-Gleichung zur Abbildungs-Gleichung"), Proceedings of the IEEE, Vol. 71, Nr. 3, März 1983, S. 338-350 erörtert. In Kürze ausgedrückt: Ein gleichförmiges statisches Feld B&sub0; wird durch den das Spulenpaar 10 aufweisenden Magneten erzeugt. Ein Gradientenfeld G(x) wird durch eine komplexe Gradientenspulenanordnung erzeugt, die auf den Zylinder 12 gewickelt sein kann. Ein HF-Feld B1 wird durch eine Sattelspule 14 erzeugt. Ein durch die Abbildungstechnik zu unsersuchender Patient würde entlang der Z-Achse in der Sattelspule 14 angeordnet.
In Fig. 1B ist ein X-Gradientenfeld dargestellt, das zum statischen Feld B&sub0; parallel verläuft und sich linear entlang der X-Achse, nicht jedoch entlang der Y- oder der Z-Achse verändert. Fig. 1C und 1D sind ähnliche Darstellungen des Y- Gradientenfeldes und des Z-Gradientenfeldes.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Abbildungsvorrichtung, die in NMR - A Perspective on Imaging, General Electric Company 1982 offenbart ist. Ein Rechner 20 wird so programmiert, daß er den Betrieb der NMR-Vorrichtung steuert und die daraus ermittelten FID-Signale verarbeitet. Das Gradientenfeld wird durch einen Gradienten-Verstärker 22 mit Energie versorgt, und die HF-Spulen zum Anlegen eines HF-Magnetfeldes mit Larmor- Frequenz werden vom Transmitter 24 und den HF-Spulen 26 gesteuert. Nach dem Kippen der ausgewählten Kerne werden die HF- Spulen 26 dazu verwendet, das FID-Signal zu erfassen, das an den Empfänger 28 weitergeleitet wird und von da durch die Digitalisiereinrichtung 30 zur Verarbeitung im Rechner 20.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird sich bewegendes Material wie z. B. Blutfluß durch variabel räumlich selektive Anregung abgebildet. Bei der Ausführungsform werden Laufzeiteffekte zum Unterscheiden der vom fließenden Blut ausgehenden Signale von denen, die von statischem Material ausgehen, verwendet. Das grundlegende Verfahren ist in Fig. 3 dargestellt mit den folgenden Schritten:
1. Selektives Anregen eines Quadervolumens 100 (senkrecht zur Z-Achse) mit einem Umkehrimpuls 120 (180º oder ein anderer großer Kippwinkel). Das stellt einen Vorbereitungsimpuls dar.
2. Abwarten von T1 Sekunden. Das ist der Entwicklungszeitraum.
3. Selektives Anregen des gleichen Quadervolumens 100 mit einem Impuls 140 oder mit zum Erzeugen eines Signals geeigneten Impulsen (z. B. 90º oder eine Kombination von 90º - 180º für Spin-Echo). Die HF-Impulse werden in der Anwesenheit eines Z-Gradienten, Gz, wie dargestellt, angelegt.
4. Nachdem das FID-Signal erzeugt wurde, wird die erforderliche Datengewinnung zur Bildung eines zweidimensionalen Bildes (in der X-Z-Ebene) des Volumens unter Verwendung der Spin-Transformationsabbildung oder anderer Abbildungsverfahren wie z. B. der planaren oder verallgemeinerten Spinechomethode mit zeitabhängigen Gradienten durchgeführt.
Das beim oben erläuterten Verfahren entstehende Bild enthält ein vergleichsweise großes Signal von Blut, wenn der Strom hauptsächlich in Z-Richtung verläuft. Nach dem 180º Impuls fließen frische, nicht angeregte Kernspins von Blut in das Quadervolumen hinein, wenn dann der 90º-Impuls zum Erzeugen des Signals angelegt wird. Das Ausmaß an Fluß während TI Sekunden ist ungefähr gleich der durchschnittlichen Z-Geschwindigkeit, Vz, multipliziert mit dem Wert von TI, und dieser Wert bestimmt die gewöhnliche Dicke des angeregten Quadervolumens. Zum Beispiel, wenn Vz gleich 20 cm/s und TI gleich 400 ms, dann müßte das angeregte Quadervolumen ungefähr 8 cm dick sein. Wenn das statische Material eine bekannte und relativ gleichförmige longitudinale Relaxationszeitkonstante T&sub1; hat, dann kann TI so gewählt werden, daß der 90º-Impuls am "Null"-Punkt des statischen Materials erfolgt, wenn die longitudinale Relaxation den Nullpunkt überschreitet, wie in Fig. 4 dargestellt. Da statisches Material jedoch verschiedene T&sub1;- Werte hat, werden einige Signale von statischem Material verbleiben. In dem Maße, wie diese verbleibenden Signale die Blutsignale überdecken, ist es wünschenswert, sie von dem Bild zu subtrahieren. Es sind mehrere Techniken zum Entfernen des statischen Materials durch Subtraktion verfügbar, indem ein zweites Bild erstellt wird, das für das statische Material die gleichen Signale aufweist wie das erste Bild, jedoch andere für das Blut.
Eine zur Anwendung mögliche Technik, die keine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, besteht darin, zum Erzeugen von Bild 1 die gleiche Sequenz, die in Fig. 3 dargestellt ist, zu wiederholen, wobei jedoch die Sequenz in dem Zeitintervall abläuft, in dem der Blutfluß im Vergleich zu Bild 1 relativ ruhig ist. Auf diese Weise fließt während TI nicht viel Blut in das Quadervolumen hinein. Wenn man TI so wählt, daß es auf den Nullpunkt des Bluts fällt, werden die Blutsignale in Bild 2 beträchtlich verringert. Die Signale für statisches Material bleiben für beide Bilder gleich und werden heraussubtrahiert. Außerdem tritt, wenn man die Zeit TI kurz hält, weniger T&sub1;-Relaxation auf, und es kann ein größeres Differenzsignal erfaßt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform muß eine Veränderung in der Abbildungsfolge in einer Weise erfolgen, daß nur fließendes Blut und kein stationäres Material davon betroffen ist. Eine solche Veränderung ist, die räumliche Selektivität des 180º-Umklappimpulses bei Aufnahme des zweiten Bildes zu verändern. Wenn z. B., wie in Fig. 5 dargestellt, durch einen nicht-selektiven 180º-Impuls eine Anregung verursacht wird, wird in das Quadervolumen fließendes, durch den 90º-Impuls definiertes Blut beiden Anregungen ausgesetzt gewesen sein. Dieses Blut erzeugt ein anderes Signal, wenn TI dem Nullpunkt des Bluts entspricht oder so kurz ist, daß keine bedeutende Relaxation auftritt. So wird für das Bild 1 der ursprünglich gewählte 180º-Impuls immer noch verwendet. Daher ist die Veränderung der Abbildungsparameter, die das fließende Blut unterscheiden, die räumliche Selektivität des 180º-Impulses. Dieses Subtraktionsverfahren ermöglicht das Plazieren beider Bilder auf den gleichen Teil des Herzzyklus, wodurch die Möglichkeit von Fehlmessungen minimiert wird. Eine weitere Minimierung ist durch die zeitliche Verschachtelung der Messungen für beide Bilder möglich. Es kann entweder phasenabhängige oder größenabhängige Subtraktion vorgenommen werden.
Bei dem gerade beschriebenen Verfahren zur Subtraktionsabbildung sind weitere Variationen möglich. So kann zum Beispiel direktionale Sensibilität hergestellt werden, indem aus dem 180º-Impuls für Bild 1 eine "halb-selektive" Anregung wird, wodurch das Quadervolumen und ein benachbarter Bereich angeregt werden. Das ist in Fig. 6A für das Quadervolumen 200 dargestellt, wobei der angeregte Bereich durch Schraffur hervorgehoben ist. In diesem Fall ist das Material, das vom angeregten Bereich in das Quadervolumen einfließt, bei beiden Bildern gleich und wird deshalb heraussubtrahiert. Es bleiben lediglich Signale, die von einem auf der gegenüberliegenden Seite des Quadervolumens befindlichen Bereich in das Quadervolumen eingeflossen sind. Zum Erzielen der gleichen Richtungssensibilität kann alternativ die räumliche Selektivität des 180&sup0;-Impulses beim zweiten Bild so eingestellt werden, daß er, wie in Fig. 7A und 7B dargestellt, das Quadervolumen und die gegenüberliegende Seite angeregt. In diesem Fall kann die Menge des von der nicht-angeregten Seite einfließenden Materials groß sein, doch ist sie bei beiden Bildern die gleiche und wird sich daher gegenseitig aufheben. Allgemein muß zum Ausschließen von Signalen durch von einer bestimmten Seite einfließendes Material der äußere Quadervolumen-Bereich, von dem es einfließt, bei beiden Bildern die gleiche Anregung erfahren.
Nach dem selektiven 90º-Impuls kann durch Anlegen eines 180º-Impulses ein Spin-Echo erzeugt werden. Dieser 180º-Impuls kann einen doppelten Zweck haben. Einmal kann er das Spin-Echo im Quadervolumen erzeugen, und zum anderen kann er den Bereich außerhalb des Quadervolumens umkehren, wenn der 180º-Impuls nicht selektiv ist. Die beiden Bilder werden durch Verändern der räumlichen Selektivität dieses 180º-Impulses abgeleitet. Im ersten Fall wirkt der 180º-Impuls auf das gleiche Quadervolumen selektiv. Deshalb enthält das Signal aus der nächsten Kombination aus einem 90º und einem 180º-Impuls ein starkes Blut-Signal, während nicht-angeregte Spins in das Quadervolumen einfließen. Im zweiten Fall ist der 180º-Impuls nicht selektiv (oder weniger selektiv), wobei im Quadervolumen- Innenbereich ein Spin-Echo entsteht und gleichzeitig im Quadervolumen-Außenbereich die Spins umgekehrt werden. Dadurch wird die folgende Kombination aus einem 90º und einem 180º- Impuls vorbereitet, wobei, wie oben beschrieben, ein kleines Signal entsteht. Die Selektivität des 180º-Impulses kann zwischen den Messungen hin- und herwechseln, um beide Messungsarten zeitlich miteinander zu koppeln. Die zeitliche Trennung beider Messungsarten ist bei einem pulsierenden Fluß erforderlich. Dieses Verfahren ist am brauchbarsten, wenn die Herzfrequenz verhältnismäßig hoch ist, so daß das Zeitintervall zwischen den Impulsen bei einer Kombination aus einem 90º und einem 180º-Impuls so kurz ist, daß eine ins Gewicht fallende T&sub1;-Relaxation der Blut-Komponente nicht auftritt.
Die Grundsequenz kann dadurch verändert werden, daß der 180º-Umklappimpuls nur den dem Quadervolumen benachbarten, durch den 90º-Impuls angeregten Bereich angeregt. Die Umkehrung markiert diesen benachbarten Bereich, so daß das Material aus dem markierten Bereich in das Quadervolumen so früh hineinfließt, daß der 90º-Impuls ein Signal erzeugen kann. Beim zweiten Bild wird der 180º-Impuls einfach nicht angelegt; statt dessen wird nur der 90º-Impuls eingesetzt, und das Signal wird schnell abgegeben. Dieses zweite Bild wird ein verhältnismäßig großes Signal aus statischem Material enthalten, da die Nullpunkt-Signalverringerung auf das System nicht zutrifft, doch heben sich die beiden Signale aus statischem Material gegenseitig auf. Die Signalkomponenten für das fließende Material unterscheiden sich und heben sich dadurch nicht auf.
Da Projektionsabbildung von Interesse ist, kann das angeregte Quadervolumen durch zweidimensionale Techniken abgebildet werden, wobei in Z-Richtung und in einer senkrechten Richtung räumliche Ortung vorgesehen ist. Da das Sichtfeld in der Z-Richtung durch die Dicke des Quadervolumens begrenzt ist, sind die Abbildungsanforderungen für diese Richtung weniger hoch als gewöhnlich. Wenn Spin-Transformations-Abbildung (zweidimensionale Fouriertransformation, 2D-FT) verwendet wird, kann Phasenkodierung in der gleichen Richtung wie die Schnittbild-Selektion vorgenommen werden, um die Zahl der Messungen bei gleicher Auflösung zu verringern oder um die Auflösung bei einer gleichen Anzahl von Messungen zu erhöhen. Außerdem wird im Gegensatz zu anderen angiographischen Methoden, bei denen bestimmte Gradienten-Pulsformen zum Erzeugen von Fließsensibilität verwendet werden, beim erfindungsgemäßen Verfahren ausschließlich Laufzeiteffekte benutzt, wodurch zum Abbilden eine größere Auswahl von Gradienten-Pulsformen zur Verfügung steht, einschließlich der Pulsformen, die zum Schnell-Abbilden geeignet sind. Die zum Abbilden verwendeten Gradienten-Pulsformen werden jedoch am besten so ausgewählt, daß sie auf Bewegung nicht ansprechen (wie zum Beispiel dadurch, daß für die ersten Augenblicke der Gradient gleich Null gesetzt wird), da die Laufzeiteffekte schon die erforderliche Fließ-Sensibilität schaffen. Die durch diese Verfahren sensibilisierte Flußrichtung muß nicht notwendigerweise ausschließlich in Richtung der Z-Achse verlaufen. Das Differenzsignal entsteht in den Bereichen, in die während TI frische Spins eingeflossen sind. Deswegen können die sichtbar gemachten Bereiche in verschiedene Richtungen orientiert sein, solange dem bestimmten Bereich innerhalb der Zeit TI von außerhalb des Quadervolumens frische Spins zufließen. Erfindungsgemäß wird bei Materialbewegung in pulsierendem Strom durch einen Bereich der 180º-Umkehrimpuls, der ein Beispiel für den ersten den Patentansprüchen entsprechenden HF-Impuls ist, unmittelbar vor dem Moment schnellen Flusses (z. B. Systole) angelegt, um das Ausmaß des Einfließens zu maximieren, und der 90º-Impuls während der Zeit ruhigen Flusses (z. B. Diastole), um Fehlmessungen und Signalverlust zu vermeiden, die durch potentielle, von den angelegten Gradientenfeldern herrührende, geschwindigkeitsabhängige Phasenverschiebungen zustande kommen.
Ein verbessertes Materialabbildungsverfahren und eine verbesserte Materialabbildungsvorrichtung wurden beschrieben, bei denen die räumliche Selektivität der Anregerimpulse so gesteuert wird, daß das statische Material aus der Abbildung entfernt und für das fließende Blut Differenzsignale erzeugt werden. Die Erfindung kann in einer Vielzahl von Gebieten bei Blutgefäßen einschließlich Herzkranzgefäßen eingesetzt werden. Das Verfahren eignet sich besonders zur Abbildung bei Herzkranzgefäßen, weil dort ohnehin nur ein begrenztes Sichtfeld gegeben und erforderlich ist. Außerdem sind Ausführungsformen der Erfindung mit der Anregung benachbarter Bereiche besonders geeignet, da das den Arterien zufließende Blut aus einem großen, gut abgegrenzten Bereich an der aufsteigenden Aorta kommt. Die Erfindung weist Ausführungsformen für pulsierenden Fluß auf und kann so eingerichtet werden, daß die Richtungssensibilität einseitig ist. Während das resultierende Bild ein begrenztes Sichtfeld darstellt, wird die Bildgewinnungszeit gegenüber herkömmlichen Abbildungsverfahren mit breitem Sichtfeld verringert, und der Vorgang kann bei anderen Quadervolumina wiederholt werden, um das Sichtfeld je nach Anforderung zu vergrößern.

Claims

1. Verfahren zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z-Orthogonalachsensystem unter Anwendung magnetischer Resonanz, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z- Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z- Richtung in einem Körper erstreckenden Quader (100) bewegt, mit folgenden Schritten:

a) Anordnen des Körpers in einem Magnetfeld (B&sub0;) mit einem ersten in Verbindung mit Hochfrequenz-(HF)-Impulsen (120, 140) angelegten Magnetfeldgradienten (Gz) zum Auswählen von Teilen des Körpers längs der Z-Richtung, die durch die HF- Impulse (120, 140) erregt werden sollen,

b) Anlegen eines ersten HF-Impulses (120) an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an den Quader um einen ersten Winkel zu kippen,

c) für eine ausreichende Zeit Abwarten, bis das sich bewegende Material im Quader (100) aus dem Quader (100) und sich bewegendes Material aus dem Bereich in den Quader (100) geflossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der HF-Impuls (120) unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung angelegt wird, und durch die Schritte:

d) Anlegen eines zweiten HF-Impulses (140) an den Körper während einer Periode ruhiger Strömung mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf den Quader (100) um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen,

e) Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls (140) gekippten Kernspins,

f) Wiederholen des Schritts c ohne Erregen des Bereichs,

h) Wiederholen von Schritt d,

i) Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den HF-Impuls des Schritts h gekippten Kernspins,

j) Subtrahieren der ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten zum Ermitteln dritter Bilddaten des sich durch den Quader (100) bewegenden Materials, und

k) Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbildes unser Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollenden der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt d zur Spin- Echosignalerfassung das Anlegen eines 90º-HF-Impulses und eines 180º-HF-Impulses beinhaltet.

3. Verfahren zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z-Orthogonalachsensystem unter Anwendung magnetischer Resonanz, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z- Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z- Richtung in einem Körper erstreckenden Quader (100) bewegt, mit folgenden Schritten:

a) Anordnen des Körpers in einem Magnetfeld (B&sub0;) mit einem ersten in Verbindung mit Hochfrequenz (HF)-Impulsen (120, 140) angelegten Magnetfeldgradienten (Gz) zum Auswählen des Körpers längs der Z-Richtung, die durch die Hf-Impulse (120, 140) erregt werden sollen,

b) Anlegen eines ersten HF-Impulses (120) an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an den Quader um einen ersten Winkel zu kippen,

c) für eine ausreichende Zeit Abwarten, bis das sich bewegende Material im Quader (100) aus dem Quader (1CD) und sich bewegendes Material aus dem Bereich in den Quader (100) geflossen ist,

d) Anlegen eines zweiten HF-Impulses (140) an den Körper mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke, um Kernspins begrenzt auf den Quader (100) um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen,

e) Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls (140) gekippten Kernspins, dadurch gekennzeichnet, daß der erste HF- Impuls unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung und der zweite HF-Impuls während einer Periode ruhiger Strömung angelegt wird, und ferner durch die Schritte:

f) Anlegen eines dritten HF-Impulses an den Körper unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung und mit einem Frequenzband, das für den Quader (100) nicht selektiv ist, und ausreichender Stärke, um Kernspins in dem Körper, jedoch nicht begrenzt auf den Quader (100), um den ersten Winkel zu kippen,

g) Wiederholen von Schritt c,

h) Wiederholen von Schritt d,

k) Rekonstruieren eines X-Z-Projektionsbi1des unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollenden der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der dritte HF-Impuls statt nicht-selektiv für den Quader selektiv ist für den Quader (100) und einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an den Quader (100)

5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt d das Kippen von Kernspins sich bewegenden Materials umfaßt, das während des Schritts c in den Quader (100) strömt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt b ferner das Kippen von Kernspins in einem ersten Bereich in Z-Richtung angrenzend an den Quader (200) und der Schritt j das Ermitteln dritter Bilddaten sich bewegenden Materials beinhaltet, das aus einem bezüglich des ersten Bereichs auf der gegenüberliegenden Seite des Quaders (200) in den Quader (200) strömt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei der erste Winkel etwa 180º und der zweite Winkel etwa 90º beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, soweit dieser auf Anspruch 3 bezogen ist, wobei die Schritte d und h auftreten, wenn die magnetischen Momente erregten statischen Materials etwa gleich Null sind.

9. Magnetresonanzvorrichtung zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z-Orthogonalachsensystem, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quader (100) bewegt, mit

a) einer Magneteinrichtung (10) zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes (B&sub0;)

b) einer Gradienteneinrichtung (12) zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldgradienten (Gz), der zum Auswählen durch die HF-Impulse (120, 140) längs der Z-Richtung zu erregender Teile des Körpers angelegt wird,

c) HF-Erzeugungseinrichtungen (20, 24, 26), die so programmiert sind, daß der erste HF-Impuls (120) mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke an den Körper angelegt wird, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in 1-Richtung angrenzend an den Quader um einen ersten Winkel zu kippen, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Erzeugungseinrichtung (20, 24, 26) so programmiert ist, daß der erste HF-Impuls (120) unmittelbar vor einer Periode schnellen Stromes und der zweite HF-Impuls (140) während einer Periode ruhigen Stromes an den Körper angelegt wird, nachdem bewegliches Material im Quader (100) aus dem Quader (100) heraus und bewegliches Material aus dem Bereich in den Quader (100) fließen konnte, wobei der zweite HF-Impuls (140) ein Frequenzband und ausreichende Stärke haben, um Kernspins begrenzt auf den Quader (100) um einen zweiten, zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen, und durch

d) Einrichtungen (26, 28, 39, 20) zum Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls (140) gekippten Kernspins,

e) wobei die HF-Erzeugungseinrichtungen (20, 24, 26) ferner so programmiert sind, daß während einer Periode ruhigen Stromes an den Körper ein dritter HF-Impuls angelegt wird, nachdem bewegliches Material im Quader aus dem Quader (100) strömen und sich bewegendes Material aus dem Bereich in den Quader (100) strömen konnte, wobei der dritte HF-Impuls ein Frequenzband und eine ausreichende Stärke haben, um Kernspins begrenzt auf den Quader (100) um den zweiten Winkel zu kippen, der ausreicht, ein Signal zu erzeugen,

f) Einrichtungen (26, 28, 30, 20) zum Ermitteln zweiter Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene aus den durch den dritten HF-Impuls gekippten Kernspins,

g) eine Verarbeitungseinrichtung (20), die so programmiert ist, daß zur Gewinnung dritter Bilddaten des sich durch den Quader (100) bewegenden Materials die ersten Bilddaten von den zweiten Bilddaten subtrahiert werden, und

h) eine Einrichtung (20) zum Rekonstruieren eines X-Z- Projektionsbildes unter Verwendung der dritten Bilddaten nach Vollendung der Datengewinnung mittels einer zweidimensionalen Abbildungstechnik.

10. Magnetresonanzvorrichtung zum Abbilden von Material in einem X-Y-Z-Orthogonalachsensystem, wobei sich das Material in einem pulsierenden Strom vorwiegend in Z-Richtung durch einen sich im wesentlichen senkrecht zur Z-Richtung in einem Körper erstreckenden Quader bewegt, mit

a) einer Magneteinrichtung (10) zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes (B&sub0;),

b) einer Gradientspuleneinrichtung (12) zur Erzeugung eines ersten Magnetfeldgradienten (Gz), der zum Auswählen durch die HF-Impulse (120, 140) längs der Z-Richtung zu erregender Teile des Körpers angelegt wird,

c) HF-Erzeugungseinrichtungen (20, 24, 26), die so programmiert sind, daß der erste HF-Impuls (120) mit einem Frequenzband und ausreichender Stärke an den Körper angelegt wird, um Kernspins begrenzt auf einen Bereich in Z-Richtung angrenzend an den Quader (100) um einen ersten Winkel zu kippen, und zum Anlegen des zweiten HF-Impulses (140) an den Körper, nachdem das sich bewegende Material im Quader aus dem Quader heraus strömen und das sich bewegende Material außerhalb des Quaders (100) in den Quader (100) hineinströmen konnte, wobei der zweite HF-Impuls (140) ein Frequenzband und eine ausreichende Stärke hat, um auf den Quader (100) begrenzte Kernspins um einen zur Erzeugung eines Signals geeigneten Winkel zu kippen, und

d) Einrichtungen (26, 28, 30, 20) zum Ermitteln erster Bilddaten in einer X-Z-Bildprojektionsebene von den durch den zweiten HF-Impuls (140) gekippten Kernspins, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-Erzeugungseinrichtung (20, 24, 26) so programmiert ist, daß der erste HF-Impuls (120) unmittelbar vor einer Periode ruhiger Strömung und ein dritter HF-Impuls unmittelbar vor einer Periode schneller Strömung angelegt wird, und bei einem Frequenzband, das nicht selektiv für den Quader (100) und von ausreichender Stärke ist, daß Kernspins im Körper, jedoch nicht begrenzt auf den Quader (100), um den ersten Winkel gekippt werden, und zum Anlegen eines vierten HF-Impulses, der identisch mit dem zweiten HF-Impuls ist, an den Körper während einer Periode ruhiger Strömung, nachdem sich bewegendes Material außerhalb des Quaders (100) in den Quader (100) strömen konnte, ferner gekennzeichnet durch

11. Magnetresonanzvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die HF- Erzeugungseinrichtung so programmiert ist, daß der dritte HF- Impuls mit einem Frequenzband an den Körper angelegt wird, das statt nicht-selektiv für den Quader selektiv ist für den Quader (100) und für einen in Z-Richtung an den Quader (100) angrenzenden Bereich.