DE4436801B4 - MRI-Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Empfängerverstärkung - Google Patents

MRI-Vorrichtung und Verfahren zur dynamischen Empfängerverstärkung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Rekonstruieren eines Bildes aus mehreren gewonnenen MR-Signalen, gekennzeichnet durch:
a) Speichern einer Normierungstabelle (225), die mehrere Amplituden- und Phasenkorrekturwerte (A, θ) enthält, wobei jeder Amplituden- und Phasenkorrekturwert einem entsprechenden von mehreren Empfänger-Dämpfungswerten (RA) zugeordnet ist,
b) Normieren eines gewonnenen MR-Signals durch Ändern seiner Amplitude und Phase um einen Betrag, der durch den Amplituden- und den Phasenkorrekturwert (A, θ) in der Normierungstabelle (225) ermittelt wird, die einem der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) zugeordnet sind, wobei das MR-Signal mit einem Empfänger (207) gewonnen worden ist, dessen Verstärkung auf den einen der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt worden ist,
c) Wiederholen des Schrittes b), um weitere MR-Signale mit einer Empfänger-Verstärkung zu gewinnen, die auf andere der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt worden sind, und
d) Rekonstruieren eines Bildes unter Benutzung der normierten, gewonnenen MR-Signale.

Description

  • Die Erfindung betrifft bildgebende Magnetresonanz-Verfahren und -Vorrichtungen (magnetic resonance imaging (MRI)). Insbesondere betrifft die Erfindung das Einstellen der Empfängerverstärkung, um rauscharme Bilder unter sich ändernden Signalbedingungen zu erhalten.
  • Wenn ein Stoff, beispielsweise menschliches Gewebe, einem homogenen Magnetfeld (polarisierendes Feld B0) ausgesetzt ist, suchen sich die einzelnen magnetischen Momente der Spins in dem Gewebe mit diesem polarisierenden Feld auszurichten, wobei sie aber in einer willkürlichen Ordnung um das polarisierende Feld herum mit ihrer charakteristischen Larmor-Frequenz präzedieren. Wenn der Stoff oder das Gewebe einem magnetischen Feld (Anregungsfeld B1) ausgesetzt ist, welches in der x-y-Ebene liegt und dessen Frequenz in der Nähe der Larmor-Frequenz liegt, kann das ausgerichtete Netto-Moment Mz in die x-y-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um ein transversales, magnetisches Netto-Moment Mt zu erzeugen. Ein Signal wird von den angeregten Spins emittiert, nachdem das Anregungssignal B1 abgeschaltet worden ist. Dieses Signal kann empfangen, digitalisiert und verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.
  • Wenn diese Signale zum Erzeugen von Bildern benutzt werden, werden magnetische Feldgradienten (Gx, Gy und Gz) verwendet. Typischerweise wird der abzubildende Bereich durch eine Folge von Meßzyklen abgetastet, in dem diese Gradienten gemäß dem angewandten, besonderen Ortungsverfahren variieren. Der resultierende Satz von empfangenen MR-Signalen wird digitalisiert und verarbeitet, um unter Anwendung eines der vielen bekannten Rekonstruktionstechniken das Bild zu rekonstruieren.
  • Die Amplitude des empfangenen MR-Signals, welches zum Rekonstruieren eines Bildes benutzt wird, schwankt erheblich in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren. Beispielsweise nimmt die MR-Signalamplitude mit zunehmender Schicht- oder Scheibendicke, einer verlängerten Impuls-Wiederholungszeit (TR von repetition time), einer verkürzten Echozeit (TE von echo time), einer erhöhten Patientengröße, einem vermehrten Fettanteil des Patienten sowie von der Wahl der Empfängerspule (das ist eine Ganzkörperspule, Oberflächenspule, Kopfspule usw.) ab. Diese Faktoren bleiben während des Abtastens relativ konstant, wobei die Empfängerverstärkung während eines Vorabtast-Prozesses typischerweise auf einen einzigen Wert gesetzt wird, der sicherstellt, daß der Spitzenwert der MR-Signalamplitude den Analog-Digital-Wandler nicht übersteuert. Eine solche Vorabtastung ist beispielsweise in der US-PS 4,806,866 mit dem Titel "Automatic RF Frequency Adjustment For Magnetic Resonance Scanner" beschrieben.
  • Die Qualität des rekonstruierten Bildes hängt von seinem Störabstand oder Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR von signal-to-noise ratio) ab, der sich verschlechtert, wenn die Empfängerverstärkung erniedrigt wird, um die größten Signale verarbeiten zu können. Dies tritt auf, da das Rauschverhalten in dem Empfänger der MRI-Vorrichtung zunimmt, wenn die Empfängerverstärkung abnimmt. Während einer typischen Abtastung liegen die MR-Signale aus verschiedenen Ansichten (Views) in einem Amplitudenbereich und die Empfängerverstärkung ist auf einen Wert fest eingestellt, der den gesamten Bereich des Analog-Digital-Wandlers benutzt, wenn die größte zu erwartende Signalamplitude empfangen wird. Dies bedeutet, daß viele MR-Signale mit niedrigem Pegel während des Abtastens gewonnen werden, ohne daß der gesamte Bereich des Analog-Digital-Wandlers benutzt wird, wobei allerdings der Störabstand geringer ist als das optimale SNR- Profil. Beispielsweise besitzen Ansichten mit minimalen, angelegten phasencodierenden Gradienten hohe Amplituden und müssen daher mit einer niedrigen Vorrichtungsverstärkung gewonnen werden, die ein geringeres als das optimale Rauschverhalten hervorruft. Andererseits besitzen die mit hohen, phasencodierenden Gradienten gewonnenen Ansichten kleine Amplituden, die allerdings mit einem Vorrichtungs-Rauschprofil gewonnen werden, welches für die größten Signalbedingungen eingestellt wird.
  • EP 0 380 174 A1 offenbart eine Kernresonanzeinrichtung, die auf diejenigen MR-Signale mit den größten Amplituden eine verringerte Verstärkung anwendet, um die Übersteuerung eines nachfolgenden A/D-Wandlers zu verhindern und insgesamt ein geringeres Quantisierungsrauschen zu erzielen.
  • DE 36 20 438 A1 und US 4 700 138 offenbaren eine automatische Verstärkerregelung in einem MR-Bildgebungssystem zur Anpassung der Verstärkung beim Empfang einer Anzahl von sich chronologisch abschwächenden Echosignalen, um die Echosignale in einem kleineren Dynamikbereich empfangen zu können.
  • Aus US 4 070 708 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Rauschabstandes der Ausgangssignale von einem analytischen Spektrometer durch eine Ensemble-Mittelung sich wiederholender Signale bekannt.
  • US 4 992 736 beschreibt einen Empfänger in einem MR-System, der Magnetresonanzsignale demoduliert und in IQ-Komponenten umwandelt und bei der Verarbeitung den Einfluss von Rauschen und Fremdsignalen minimiert.
  • Die Erfindung betrifft eine verbesserte MRI-Vorrichtung, bei der die Empfängerverstärkung während einer Abtastung dynamisch eingestellt wird, um den Störabstand für jedes empfangene MR-Signal zu optimieren. Vor der Bild-Rekonstruktion werden die so gewonnenen MR-Signale eingestellt, um die Unterschiede in der Amplitude und der Phase auszugleichen oder zu normieren, die durch die sich ändernden Empfänger-Verstärkereinstellungen verursacht werden. Insbesondere wird jedes MR-Signal während des Abtastens mit einer zugeordneten Empfänger-Verstärkungseinstellung gewonnen, die als eine Funktion eines Abtastparameters bestimmt ist, wobei jedes gewonnene MR-Signal unter Benutzung eines Wertes normiert wird, der aus einer gespeicherten Normierungstabelle ausgewählt wird, wobei ein Bild aus den normierten MR-Signalen, die während des Abtastens gewonnen werden, rekonstruiert wird. Ein solcher Abtastparameter ist beispielsweise die Amplitude des phasencodierenden, magnetischen Feldgradienten, wobei die Empfänger-Verstärkungseinstellungen als eine Funktion der zunehmenden Phasencodierung zunehmen.
    •
  • Es ist ein allgemeines Ziel der Erfindung, den Störabstand SNR von MR-Bildern zu erhöhen. Dies wird dadurch verwirklicht, daß der gesamte Bereich des Analog-Digital-Wandlers für gewonnene MR-Signale mit erheblich schwankenden Amplituden effizienter genutzt wird. Schwankungen in der MR-Signalamplitude hängen von einem Abtastparameter ab, der benutzt wird, um eine Empfängerverstärkung auszuwählen, die den Aussteuerbereich des Analog-Digital-Wandlers vollständig ausnutzt. Beispielsweise kann der Abtastparameter ein phasencodierender Wert oder ein Signal sein, welches auf die Atmung des Patienten oder auf andere Körperfunktionen hinweist, die eine vorhersagbare Änderung bezüglich der MR-Signalamplitude verursacht.
  • Ein spezielleres Ziel der Erfindung liegt darin, die während einer Abtastung mit verschiedenen Empfängerverstärkungen gewonnenen MR-Signale zu normieren. Eine Normierungstabelle speichert einen Amplituden- und einen Phasenkorrekturwert für jede mögliche Empfänger-Verstärkungseinstellung. Die Empfänger-Verstärkungseinstellung, die jedem gewonnenen MR-Signal zugeordnet ist, wird verwendet, um die richtigen Amplituden- und Phasenkorrekturwerte aus dieser Normierungstabelle auszuwählen, die dann angelegt werden, um das MR-Signal zu normieren.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Blockschaltbild einer MRI-Vorrichtung, die die Erfindung verwirklicht,
  • 2 ein elektrisches Blockschaltbild des Transceivers, der Teil der MRI-Vorrichtung nach 1 ist,
  • 3A und 3B schematische Darstellungen von zwei bevorzugten Ausführungsformen einer Normierungstabelle, die in der MRI-Vorrichtung nach 1 gespeichert und benutzt wird, um die Erfindung zu verwirklichen, und
  • 4 ein Flußdiagramm eines Programms, das von der MRI-Vorrichtung nach 1 ausgeführt wird, um die Erfindung zu verwirklichen.
  • In 1 sind die wesentlichen Komponenten einer bevorzugten MRI-Vorrichtung gemäß der Erfindung gezeigt. Der Betrieb der Vorrichtung wird von einer Bedienungskonsole 100 aus gesteuert, die eine Tastatur, ein Steuerpult 102 sowie eine Anzeigeeinrichtung 104 enthält. Die Konsole 100 kommuniziert über eine Verbindung 116 mit einem separaten Computersystem 107, das einer Bedienungsperson es ermöglicht, die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Bildschirm 104 zu steuern. Das Computersystem 107 weist eine Anzahl von Modulen auf, die miteinander über eine Rückwand-Platine kommunizieren. Diese Module umfassen ein Bildverarbeitungs-Modul 106, ein CPU-Modul 108 und ein Speichermodul 113, welches auf dem technischen Gebiet als Bildzwischenspeicher zum Speichern von Bilddatenfeldern oder Bilddatenvektoren bekannt ist. Das Computersystem 107 ist mit einem Plattenspeicher 111 und einem Magnetbandgerät 112 zum Speichern von Bilddaten und Programmen verbunden, wobei es über eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 115 mit einer separaten Systemsteuereinrichtung 122 kommuniziert.
  • Die Systemsteuereinrichtung 122 umfaßt einen Satz von Modulen, die miteinander über eine Rückwand-Platine verbunden sind. Diese Module enthalten ein CPU-Modul 119 und ein Impulsgenerator-Modul 121, das über eine serielle Verbindung 125 mit der Bedienungskonsole 100 verbunden ist. Über diese Verbindung 125 empfängt die System-Steuereinrichtung 122 Befehle von der Bedienperson, die auf die Abtastfolge hinweisen, die auszuführen ist. Das Impulsgenerator-Modul 121 steuert die Systemkomponenten, um die gewünschte Abtastfolge auszuführen. Es erzeugt Daten, die den Takt, die Intensität und Form der HF-Impulse enthalten, die zu erzeugen sind, sowie den Takt und die Länge des Daten-Gewinnungsfensters. Das Impulsgenerator-Modul 121 ist mit einem Satz von Gradientenverstärkern 127 verbunden, um die Dauer und Form der Gradientenimpulse zu beeinflussen, die während der Abtastung erzeugt werden. Das Impulsgenerator-Modul 121 empfängt auch Patientendaten von einer physiologischen Gewinnungs-Steuereinrichtung 129, die Signale von mehreren verschiedenen Sensoren erhält, die an den Patienten angelegt sind, beispielsweise ECG-Signale von Elektroden oder Atmungssignalen aus einer Lunge. Schließlich ist das Impulsgenerator-Modul 121 mit einer Abtastraum- Schnittstellenschaltung 133 verbunden, die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die dem Zustand des Patienten und des Magnetsystems zugeordnet sind. Über diese Abtastraum-Schnittstellenschaltung 133 empfängt auch ein Patienten-Positionierungssystem 134 Befehle, um den Patienten für die Abtastung in die gewünschte Position zu bewegen.
  • Die Gradienten-Wellenformen, die durch das Impulsgenerator-Modul 121 erzeugt werden, werden an eine Gradientenverstärkereinrichtung 127 angelegt, die Gx-, Gy- und Gz-Verstärker aufweist. Jeder Gradientenverstärker erregt eine entsprechende Gradientenspule in einer allgemein mit 139 bezeichneten Baugruppe, um die magnetischen Feldgradienten zu erzeugen, die für gewonnene, positionscodierende Signale verwendet werden. Die Gradienten-Spulenbaugruppe 139 bildet den Teil einer Magnetbaugruppe 141, die einen polarisierenden Magneten 140 und eine Ganzkörper-HF-Spule 152 enthält.
  • Ein Transceiver-Modul 150 in der System-Steuereinrichtung 122 erzeugt Impulse, die von einem HF-Verstärker 151 verstärkt und über einen Sende-Empfangs-Schalter 154 an die HF-Spule 152 angelegt werden. Die resultierenden Signale, die von den angeregten Kernen in dem Patienten ausgestrahlt werden, können von derselben HF-Spule 152 abgefühlt und über den Sende-Empfangs-Schalter 154 zu einem Vorverstärker 152 übertragen werden. Die verstärkten MR-Signale werden in einem Empfängerteil des Transceivers 150 demoduliert, gefiltert und digitalisiert. Der Sende-Empfangs-Schalter 154 wird durch ein von dem Impulsgenerator-Modul 121 kommenden Signal gesteuert, um den HF-Verstärker 151 während des Sendebetriebs und den Vorverstärker 153 während des Empfangsbetriebs mit der Spule 152 elektrisch zu verbinden. Der Sende-Empfangs-Schalter 154 gibt eine getrennte HF-Spule (z.B. eine Kopfspule oder Oberflächenspule) frei, die entweder in dem Sende- oder Empfangsbetrieb benutzt wird.
  • Die von der HF-Spule 152 aufgenommenen MR-Signale werden durch das Transceiver-Modul 150 digitalisiert und zu einem Speichermodul 160 in der System-Steuereinrichtung 122 übertragen. Wenn die Abtastung ausgeführt worden ist und ein vollständiges Datenfeld in dem Speichermodul 160 gewonnen worden ist, führt ein Vektorprozessor 161 eine Fourier-Transformation der Daten in ein Feld von Bilddaten durch. Diese Bilddaten werden über die serielle Verbindung 115 zu dem Computersystem 107 übertragen, wo sie in dem Plattenspeicher 111 gespeichert werden. Unter Ansprechen auf die von der Bedienungskonsole 100 erhaltenen Befehle können diese Bilddaten auf dem Magnetbandgerät 112 archiviert oder von dem Bildprozessor 106 weiterverarbeitet, zu der Bedienerkonsole 100 übertragen und auf der Anzeige 104 dargestellt werden.
  • Gemäß den 1 und 2 erzeugt der Transceiver 150 das HF-Anregungsfeld B1 über den Leistungsverstärker 151 in einer Spule 152A und empfängt das in einer Spule 152B induzierte resultierende Signal. Wie oben beschrieben worden ist, können die Spulen 152A und B getrennt ausgebildet sein, wie dies in 2 gezeigt ist, oder sie können eine einzelne Ganzkörperspule bilden, wie sie in 1 dargestellt ist. Die Grund- oder Trägerfrequenz des HF-Anregungsfeldes wird unter Steuerung eines Frequenzsynthesizers 200 erzeugt, der einen Satz von digitalen Signalen (CF) von dem CPU-Modul 119 sowie dem Impulsgenerator-Modul 121 empfängt. Diese digitalen Signale enthalten die Frequenz und die Phase des HF-Trägersignals, das an einem Ausgang 201 erzeugt wird. Der HF-Befehlsträger wird an einen Modulator und einen Aufwärtsmischer 202 angelegt, in denen eine Amplitude unter Ansprechen auf ein Signal R(t) moduliert wird, welches ebenfalls von dem Impulsgenerator-Modul 121 erhalten wird. Das Signal R(t) definiert die Hüllkurve des HF-Anregungsimpulses, der zu erzeugen ist, und wird in dem Modul 121 durch sequentielles Auslesen einer Serie von gespeicherten, digitalen Werten erzeugt. Diese gespeicherten, digitalen Werte können wiederum von der Bedienerkonsole 100 geändert werden, um so jede gewünschte HF-Impulshüllkurve erzeugen zu können.
  • Die Größe des HF-Anregungsimpulses, der am Ausgang 205 erzeugt wird, wird von einer Anregungs-Dämpfungsschaltung 206 gedämpft oder geschwächt, die einen digitalen Befehl TA von der Rückwand-Platine 118 erhält. Die geschwächten HF-Anregungsimpulse werden an den Leistungsverstärker 151 angelegt, der die HF-Spule 152A erregt. Zwecks einer detaillierteren Beschreibung dieses Teils des Transceivers 122 wird auf die US-PS 4,952,877 Bezug genommen, die hierin unter Bezugnahme mit aufgenommen ist.
  • Gemäß den 1 und 2 wird das durch das Objekt erzeugte MR-Signal von der Empfängerspule 152B aufgenommen und über den Vorverstärker 153 an den Eingang einer Empfänger-Dämpfungseinrichtung 207 angelegt. Die Empfänger-Dämpfungseinrichtung 207 verstärkt das Signal weiter um einen Betrag, der durch ein digitales Dämpfungssignal (RA) bestimmt ist, welches von der Rückwand-Platine 118 empfangen wird. Aufgrund dieses benutzten Dämpfungs- oder Schwächungssignals (RA) wird die Empfängerverstärkung während einer Abtastung gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung dynamisch eingestellt.
  • Die Frequenz des empfangenen Signals liegt bei oder in der Nähe der Larmor-Frequenz, wobei dieses Hochfrequenz-Signal in einem zweistufigen Prozeß durch einen Abwärtsmischer 208 heruntergemischt wird, der zuerst das MR-Signal mit dem Trägersignal auf einer Leitung 201 und anschließend das resultierende Differenzsignal mit dem 2,5-MHz-Bezugssignal auf einer Leitung 204 mischt. Das heruntergemischte MR-Signal wird an den Eingang eines Analog-Digital-(A/D)-Wandlers 209 angelegt, der das Analogsignal abtastet und digitalisiert und es an eine digitale Detektor- und Signalprozessor-Einrichtung 210 anlegt, die 16-Bit-In-Phase-(I)-Werte und 16-Bit-Quadratur-(Q)-Werte erzeugt, die dem empfangenen Signal entsprechen. Der resultierende Strom aus digitalisierten I- und Q-Werten des empfangenen Signals wird über die Rückwand-Platine 118 zu dem Speichermodul 160 übertragen, wo sie gemäß der Erfindung normiert und anschließend benutzt werden, um ein Bild zu rekonstruieren.
  • Das 2,5-MHz-Bezugssignal sowie das 250-kHz-Abtastsignal und die 5-, 10- und 60-MHz-Bezugssignale werden von einem Bezugsfrequenz-Generator 203 aus einem gemeinsamen 20-MHz-Haupttaktsignal erzeugt. Für eine detailliertere Beschreibung des Empfängers wird auf die US-PS 4,992,736 Bezug genommen, die hierin unter Bezugnahme mit aufgenommen wird.
  • Die Erfindung wird dadurch implementiert, daß man das digitale Dämpfungssignal (RA) ändert, das während der Abtastung an den Empfänger angelegt wird, so daß MR-Signale mit sich erheblich ändernden Amplituden bei einem verbesserten Störabstand SNR gewonnen werden können. Nachdem jedes MR-Signal gewonnen worden ist, muß daher seine gemessene Amplitude eingestellt werden, die für die besondere Empfangsdämpfung (RA von receive attenuation) wichtig ist, die während der Gewinnung benutzt wird. Diese Einstellung oder "Normierung" der MR-Signalamplituden gewährleistet, daß die relativen Amplituden der MR-Signale, die zum Rekonstruieren eines Bildes benutzt werden, aufrechterhalten werden, und daß jede Amplitude einen genauen Beitrag für das rekonstruierte Bild liefert. Wie nachfolgend beschrieben ist, erfolgen die Amplitudeneinstellungen mittels Multiplizieren des gewonnenen Signals mit einem Faktor (A), der das Signal mit einem MR-Signal normiert, welches bei dem optimalen Empfänger-Dämpfungswert (RA) gewonnen wird.
  • Da die MR-Signale während des Bildrekonstruktions-Prozesses Fourier-transformiert werden, muß auch die relative Phase der gewonnenen Signale bewahrt werden. Es ist zwar möglich, eine Signal-Dämpfungseinrichtung mit geringen oder keinen Schwankungen in der Phasenverschiebung zwischen den Einstellungen zu bauen, dies ist aber in der Praxis nicht wünschenswert. Daher ändern praktisch realisierte Empfänger nicht nur die Amplitude des gewonnenen MR-Signals als eine Funktion des Dämpfungswertes (RA), sondern sie ändern auch die Zeitverzögerung, die dem Signal aufgeprägt wird. Diese Zeitverzögerungen müssen normiert werden, um die relativen Phasen aller MR-Signale zu bewahren, die zur Rekonstruktion eines Bildes benutzt werden. Andernfalls wird die Bildauflösung aufgrund von Verschmier- oder Verschwimm-Effekten verringern, die durch Versetzungen der Spinsignale entlang der Auslese-Gradientenachse verursacht werden.
  • Es wird nun insbesondere auf die 1, 3A und 3B Bezug genommen. Da jedes MR-Signal von dem Transceiver 150 gewonnen wird, wird es als eine Array oder Vektor von komplexen Zahlen in dem Speichermodul 160 gespeichert. Jede dieser komplexen Zahlen gibt die Phase und die Amplitude eines Abtastwertes des MR-Signals im Zeitbereich an. Wie weiter unten im einzelnen beschrieben ist, spricht das CPU-Modul 119 auf dieses gewonnene MR-Signal an, um seine Amplitude und Phase gemäß den jeweiligen Korrekturfaktoren (A) und (θ) zu normieren, die in einer Normierungstabelle 225, die in dem Speichermodul 160 enthalten ist, gespeichert werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Normierungstabelle 225 ist in 3A gezeigt und speichert Korrekturwerte A und θ im Zeitbereich für jeden möglichen Empfangs-Dämpfungswert (RA). Der Dämpfungswert A, bei dem das gespeicherte MR-Signal gewonnen wurde, wird als ein Index in dieser Tabelle 225 benutzt, wobei die Korrekturfaktoren A und θ ausgelesen und benutzt werden, um den MR-Signalabtastwert (It, Qt) im Zeitbereich wie folgt zu korrigieren: In = It(A)cosθ – Qt(A)sinθ Qn = It(A)sinθ + Qt(A)cosθ (1)
  • Das resultierende normierte MR-Signal (In, Qn) wird anschließend zum Array- bzw. Vektorprozessor 161 übertragen, der die Fourier-Transformationen ausführt, die zum Rekonstruieren eines Bildes notwendig ist.
  • Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Normierungstabelle 225 ist in 3B gezeigt, die Korrekturwerte A und θ im Frequenzbereich für jeden möglichen Empfangs-Dämpfungswert (RA) und bei jeder diskreten Frequenz eines Fourier-transformierten MR-Signals speichert. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird das gewonnene MR-Signal zunächst in den Frequenzbereich durch den Vektorprozessor 161 Fourier-transformiert und als ein Feld oder Vektor von komplexen Werten in diskreten Frequenz-"Fächern" gespeichert. Der Dämpfungswert RA, bei dem das gespeicherte MR-Signal gewonnen wurde, wird als ein Index in der Normierungstabelle 225 nach 3B benutzt, wobei die Frequenzfachzahl (f) eines besonderen MR-Signalwertes als ein zweiter Index benutzt wird, um die richtigen Korrekturfaktoren A und θ auszulesen. Die Korrekturfaktoren A und θ werden angelegt, um die Amplitude und die Phase der MR-Signalabtastwerte (If, Qf) im Frequenzbereich zu ändern und normierte Abtastwerte (In, Qn) zu erzeugen, wie dies in der oben angegebenen Gleichung (1) gezeigt ist. Nachdem alle Signalwerte getrennt korrigiert worden sind, wird das normierte MR-Frequenzbereichssignal zu dem Vektorprozessor 161 übertragen, der den Bildrekonstruktionsprozeß ausführt. Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt, wenn die Phasen- oder die Amplitudenänderungen, die dem MR-Signal durch den Empfänger aufgeprägt werden, nicht nur von der Empfangsdämpfung RA, sondern auch erheblich von der Frequenz abhängig sind. Mit anderen Worten, wenn die Phasenkorrektur θ für jede Empfangs-Dämpfungseinstellung (RA) nicht relativ konstant ist oder die Amplitude der Korrektur (A) frequenzabhängig ist, wird das komplexere Verfahren bevorzugt.
  • Die Korrekturwerte A und θ in der Normierungstabelle 225 werden für jeden Empfänger als Teil eines Kalibrierungsprozesses ermittelt und festgehalten. Die Normierungstabelle 225 nach 3A wird durch Anlegen einer Sinuswelle mit konstanter Amplitude A0 und durch Abtasten dieses Signals bei jeder möglichen Empfangs-Dämpfungseinstellung RA erzeugt. Die Korrekturwerte für die Normierungstabelle 225 nach 3B werden auf ähnliche Weise erzeugt, wobei aber für jede Dämpfungseinstellung (RA) die Frequenz der angelegten Sinuswelle durch den vollständigen Satz von Frequenzen der Auslese-Gradientenachse gewonnen wird. In beiden Fällen wird das empfangene Signal in dem Frequenzbereich Fourier-transformiert, wobei der komplexe Wert (If, Qf) in dem Frequenzfach, das der Frequenz der angelegten Sinuswelle entspricht, benutzt wird, um die Korrekturwerte für die RA-Einstellung und das Frequenzfach wie folgt zu berechnen:
    Figure 00130001
    wobei Anom und θnom die Amplituden- und Phasen-Werte sind, die in demselben Frequenzfach durch das angelegte Signal erzeugt werden, die mit der RA gemessen worden sind, die bezüglich des Empfänger-Rauschstandpunktes aus auf den optimalen Wert eingestellt ist. Die Korrekturwerte, die von dem Empfänger-Kalibrierungsprozeß ermittelt worden sind, werden als Normierungstabelle 225 in dem Speichermodul 160 gespeichert und während jeder nachfolgenden Abtastung benutzt, in welcher die Empfängerdämpfung (RA) dynamisch geändert wird.
  • Für den Fachmann sollte klar sein, daß, wenn mehrere Empfänger parallel benutzt werden, wie z.B. bei einer phasengesteuerten Empfangsspule, eine gesonderte Normierungstabelle 225 für jede nachfolgende Abtastung erzeugt und gesondert in nachfolgenden Abtastungen benutzt werden kann.
  • Gemäß 4 steuert das CPU-Modul 119 den Daten-Gewinnungsprozeß während einer Abtastung gemäß eines gespeicherten Programms. Wie im Prozeßblock 230 gezeigt ist, wird zunächst eine Vorabtastung ausgeführt, in der MR-Daten gewonnen werden, aus denen der Transceiver kalibriert wird, wie dies allgemein bekannt ist. Wie nachfolgend näher diskutiert wird, können die MR-Daten auch zu diesem Zeitpunkt gewonnen werden, um zu ermitteln, wie die MR-Signalamplitude sich während der Abtastung als Funktion bestimmter Abtastparameter, wie z.B. der phasencodierende Wert, dem Scheiben-Auswahlort sowie der Echozeit TE, ändert. Diese Information wird benutzt, um eine Tabelle von RA-Einstellwerten zu erzeugen, die zu dem Transceiver 150 übertragen werden, wenn die Abtastung "abgespielt" wird, wobei diese Abtastwerte geändert werden.
  • Nach der Vorabtastung 230 wird in eine Schleife eingetreten, in welcher die Abtastparameter zu dem Impulsgenerator 121 in dem Prozeßblock 232 übertragen werden. Der geeignete Empfangs-Dämpfungswert RA wird in dem Prozeßblock 234 zum Transceiver 150 übertragen, wobei die programmierte Impulsfolge anschließend eingeleitet wird, wie dies im Prozeßblock 236 gezeigt ist, um ein MR-Signal zu gewinnen, welches in dem Speichermodul 160 gespeichert ist, wie dies oben beschrieben worden ist. Wie im Prozeßblock 238 gezeigt ist, wird dieses gewonnene MR-Signal anschließend unter Anwendung eines der oben beschriebenen Verfahren normiert, wobei die Daten zur Bildrekonstruktion zum Vektorprozessor 161 übertragen werden. Dieser Prozeß wird nach dem Ändern der Abtastparameter in dem Prozeßblock 240 solange wiederholt, bis alle MR-Signale, die von dem Abtastprotokoll benötigt werden, gewonnen worden sind, wie dies im Entscheidungsblock 242 ermittelt wird. Die ausgeführte Abtastung wird angezeigt und das Bild oder die Bilder werden rekonstruiert und der Bedienperson zur Betrachtung oder einer Weiterverarbeitung verfügbar gemacht.
  • Die Tabelle der Empfänger-Dämpfungswerte (RA), die während der Abtastung benutzt werden, können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Eine solche Tabelle kann beispielsweise dadurch konstruiert werden, daß man die Impulsfolge ohne Phasencodierung ausführt und den Empfangs-Dämpfungswert (RA0) für einen optimalen Signalpegel (A0) einstellt. Die Impulsfolge wird anschließend mit einer Phasencodierung wiederholt, die angelegt wird, um den MR-Signalpegel (A) zu messen. Der Wert der Empfangs-Dämpfung (RA), die zum Erzeugen des optimalen Signalpegels (A0) erzeugt wird, wird anschließend wie folgt berechnet: RA = RA0(A/A0) (4)
  • Dies kann für jeden phasencodierenden Wert wiederholt werden, der während der Abtastung benutzt wird, oder es werden vorzugsweise nur wenige Werte gemessen und RA-Einstellungen für alle möglichen Phasencodierungen ermittelt, indem man zwischen den berechneten RA-Einstellwerten interpoliert. Ungeachtet des angewendeten, präzisen Verfahrens wird die resultierende Tabelle von RA-Werten in dem Speichermodul 160 gespeichert und benutzt, um die Empfängerdämpfung während der nachfolgenden Abtastung einzustellen.
  • Ein ähnliches Verfahren kann angewandt werden, um andere Empfangs-Dämpfungstabellen zum Einsatz während der Abtastung zu berechnen. Beispielsweise wird, wenn mehrere Scheiben oder Schichten während der Abtastung über einen Bereich der menschlichen Anatomie gewonnen werden, die äußerst verschiedene Signalpegel erzeugt, der Signalpegel aus jeder Scheibe während der Vorabtastung abgetastet. Aus diesen Messungen wird eine Empfangs-Dämpfungstabelle erzeugt, die während der nachfolgenden Abtastung benutzt werden kann, um die Empfängerverstärkung dynamisch einzustellen.
  • Für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet sollte es offensichtlich sein, daß die Empfangsdämpfung während der Abtastung als Funktion von mehr als einem Abtastparameter dynamisch eingestellt werden kann. Dies wird dadurch verwirklicht, daß man die Empfangs-Dämpfungswerte aus den entsprechenden Empfangs-Dämpfungstabellen multipliziert und die zusammengesetzten Werte an den Transceiver 150 während der Abtastung anlegt. Der kombinierte Wert wird anschließend natürlich während des nachfolgenden Normierungsprozesses benutzt.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Rekonstruieren eines Bildes aus mehreren gewonnenen MR-Signalen, gekennzeichnet durch: a) Speichern einer Normierungstabelle (225), die mehrere Amplituden- und Phasenkorrekturwerte (A, θ) enthält, wobei jeder Amplituden- und Phasenkorrekturwert einem entsprechenden von mehreren Empfänger-Dämpfungswerten (RA) zugeordnet ist, b) Normieren eines gewonnenen MR-Signals durch Ändern seiner Amplitude und Phase um einen Betrag, der durch den Amplituden- und den Phasenkorrekturwert (A, θ) in der Normierungstabelle (225) ermittelt wird, die einem der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) zugeordnet sind, wobei das MR-Signal mit einem Empfänger (207) gewonnen worden ist, dessen Verstärkung auf den einen der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt worden ist, c) Wiederholen des Schrittes b), um weitere MR-Signale mit einer Empfänger-Verstärkung zu gewinnen, die auf andere der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt worden sind, und d) Rekonstruieren eines Bildes unter Benutzung der normierten, gewonnenen MR-Signale.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene MR-Signal normiert wird, indem seine Amplitude mit dem Amplitudenkorrekturwert (A) multipliziert und seine Phase um einen Betrag verschoben wird, der durch den Phasenkorrekturwert (θ) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes MR-Signal vor seiner Normierung einer Fourier-Transformation unterworfen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Werte der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) als eine Funktion eines Parameters ausgewählt werden, dessen Wert sich während der Gewinnung der mehreren MR-Signale ändert.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Wert eines phasencodierenden Gradientenfeldes ist, welches von einer MR-Vorrichtung erzeugt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Lage einer Scheibe ist, in der das MR-Signal erzeugt wird.
  7. Bildwiederherstellungsvorrichtung in einem MR-System zum Rekonstruieren eines Bildes aus mehreren gewonnenen MR-Signalen, gekennzeichnet durch: a) eine Einrichtung zum Speichern einer Normierungstabelle (225), die mehrere Amplituden- und Phasenkorrekturwerte (A, θ) enthält, wobei jeder Amplituden- und Phasenkorrekturwert einem Wert aus einer zugehörigen Mehrzahl von Empfänger-Dämpfungswerten (RA) zugeordnet ist, b) eine Einrichtung zum Gewinnen eines der MR-Signale mit einem Empfänger (207), dessen Verstärkung auf einen der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt ist, c) eine Einrichtung zum Normieren des gewonnenen MR-Signals durch Ändern seiner Amplitude und Phase um einen Betrag, der durch die Amplituden- und Phasenkorrekturwerte (A, θ) in der Normierungstabelle (225) festgelegt ist, die dem einen der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) zugeordnet sind, d) eine Einrichtung zum Wiederholen der in den Merkmalen b) und c) durchgeführten Schritte zur Gewinnung weiterer MR-Signale mit einer Empfängerverstärkung, die auf andere der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) eingestellt ist, und e) eine Einrichtung zum Rekonstruieren eines Bildes unter Benutzung der normierten, gewonnenen MR-Signale.
  8. Bildwiederherstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das gewonnene MR-Signal durch Multiplizieren seiner Amplitude mit dem Amplitudenkorrekturwert (A) und Verschieben seiner Phase um einen Betrag, der durch den Phasenkorrekturwert (θ) bestimmt ist, normiert wird.
  9. Bildwiederherstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes MR-Signal, das durch die Einrichtung zum Gewinnen gewonnen worden ist, vor seiner Normierung durch die Einrichtung zum Normieren einer Fourier-Transformieren unterworfen wird.
  10. Bildwiederherstellungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Werte der Empfänger-Dämpfungswerte (RA) als eine Funktion eines Parameters ausgewählt sind, dessen Wert sich während der Gewinnung der mehreren MR-Signale ändert.
  11. Bildwiederherstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter der Wert eines phasencodierenden Gradientenfeldes ist, welches von dem MR-System erzeugt wird.
  12. Bildwiederherstellungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Lage einer Scheibe ist, in der das MR-Signal erzeugt wird.
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