DE69331153T2

DE69331153T2 - Verfahren und gerät zur bilderzeugung mit magnetischer resonanz

Info

Publication number: DE69331153T2
Application number: DE69331153T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Hayano; Susumu Kosugi
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH05317289A; JP3193450B2; US5497088A; DE69331153D1; EP0727673B1; DE727673T1; EP0727673A1; WO1993022967A1; KR950700703A; KR100258827B1; EP0727673A4

Description

GEBIET DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein/eine MRI- Bilderzeugungsverfahren und -vorrichtung, und insbesondere auf eine Verbesserung bei einem/einer MRI- Bilderzeugungsverfahren und -vorrichtung mit Mehrfach-Echos für eine Verbesserung der Bildqualität.

STAND DER TECHNIK

Als vorbekanntes MRI-Bilderzeugungsverfahren ist jenes mit Mehrfach-Echos bekannt.
Fig. 7 ist ein erklärendes Diagramm eines Beispiels von vorbekannten MRI-Bilderzeugungsverfahren mit Mehrfach-Echos. Der k-Raum ksp besteht aus 256 (= N) Ansichten. Die Ansichten sind jeweils der Phase von -127*gws bis +128*gws zugeordnet (gws ist der Gradientenbetrag für 1 "Warp"-Schritt). Der k- Raum ksp ist in 4 (= 5) Blöcke b1, b2, b3 und b4 unterteilt, wobei jeder Block aus sukzessiven 64 (= M) Ansichten gebildet ist. Für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das erste Mal werden Daten der Echos durch Anlegen eines hohen Phasengradienten an die erste positive Seite des betreffenden Blocks b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Für die Mehrfach-Echos der ersten bis vierten Ordnung für das zweite Mal werden Daten der Echos durch Anlegen eines hohen Phasengradienten an die zweite positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Für die Mehrfach-Echos der ersten bis vierten Ordnung für das i-te Mal werden Daten der Echos im allgemeinen durch Anlegen eines hohen Phasengradienten an die i-te positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Durch Wiederholen des obigen Vorgangs bis zum 64-sten Mal werden Daten für 256 (= 4 · 64) Ansichten des k-Raums ksp gesammelt.
Fig. 8 ist ein Pulssequenzdiagramm in einem Spin-Echo- Verfahren zum Sammeln von Daten für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das erste Mal. Das Echo e1 der ersten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b1 entspricht (Phasengradient = +128*gws). Das Echo e2 der zweiten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b2 entspricht (Phasengradient = +64*gws). Das Echo e3 der dritten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b3 entspricht (Phasengradient = 0*gws). Das Echo e4 der vierten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b4 entspricht (Phasengradient = -64*gws).
Bei dem oben beschriebenen vorbekannten MRI- Bilderzeugungsverfahren liegt jedoch die DC-Ansicht (Phasengradient = 0*gws) auf der Grenzlinie zwischen dem Block b2 und dem Block b3 gemäß Fig. 9. Ferner erstreckt sich der Niederfrequenzbereich (der schraffierte Abschnitt in Fig. 9 sowohl über den Block b2 als auch den Block b3. Das Echo e2 der zweiten Ordnung und das Echo e3 der dritten Ordnung weisen nämlich wegen der transversalen Relaxation T2 (T2 relaxation) infolge der Zeitdifferenz zwischen der Echo-Zeit te2 und der Echo-Zeit te3 verschiedene Signalstärken auf, und folglich, wenn die DC-Ansicht auf der Grenzlinie zwischen dem Block b2 und dem Block b3 gelegen ist, kommt es zu einem Problem, dass ein starker Unterschied in der Signalstärke bei der DC-Ansicht erzeugt und die Bildqualität dadurch beeinträchtigt wird. Da ferner der Niederfrequenzbereich den Kontrast des MRI-Bildes bestimmt, wenn die Daten des Niederfrequenzbereichs sich sowohl über den Block b2 als auch den Block b3 erstrecken und verschiedene Kontraste liefern, kommt es zu einem Problem, dass der Kontrast des MRI-Bildes ein vermischter Kontrast des Kontrastes im Block b2 und des Kontrastes im Block b3 wird.
P. Margosian, F. Schmitt: "Faster MR Imaging Methods"; Proceedings SPIE Bd. 593 Medical Image Processing (1985), Seiten 6-13, offenbart ein Verfahren zur schnellen Bilderzeugung mit Mehrfach-Echos. Die vier sukzessiven Echos entsprechenden Daten werden fünf sukzessiven Blöcken zugeordnet.
K. Oshio, D.A. Feinberg: "GRASE (Gradient- and Spin- Echo) Imaging: A Novel Fast MRI Technique", Magn. Res. Med. 20, Seiten 344-349 (1991) offenbart eine MRI-Bilderzeugung mittels einer ungeraden Anzahl von Mehrfach-Echos.
Eine MRI-Bilderzeugungsmethode gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine entsprechende Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff von Anspruch 3 definiert ist, ist in "CORRECTION OF T2 DISTORTION IN MULTI-EXCITATION RARE SEQUENCE" von Koichi Oshio, Manbir Singh, Hyun Kim in PUB-NUCLEAR SCIENCE SYMPSIUM CONFERENCE RECORD, Arlington, 22.-27. Oktober 1990, Bd. 2, Seiten 1396-1401 offenbart.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein(e) MRI- Bilderzeugungsverfahren und -vorrichtung bereitzustellen, bei dem/der die negative Auswirkung auf die Bildqualität durch die Erzeugung einer starken Differenz in der Signalstärke infolge der transversalen Relaxationszeit T2 bei der DC- Ansicht eliminiert wird, und ferner verhindert wird, dass der Kontrast des MRI-Bildes eine Mischung verschiedener Mehrfachkontraste wird.
Die obige Aufgabe wird mit einem MRI- Bilderzeugungsverfahren gemäß Anspruch 1 und einer Vorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf weitere vorteilhafte Aspekte der vorliegenden Erfindung bezogen.
Gemäß einem ersten Aspekt ist die Erfindung in einem MRI-Bilderzeugungsverfahren, bei dem N Ansichten, die einen k-Raum bilden, der in Blöcke einer geraden Zahl S unterteilt ist, wobei jeder Block aus sukzessiven M Ansichten gebildet ist, ein Sammeln bzw. Auffangen von Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur S-ten Ordnung von dem ersten Mal bis zum M- ten Mal wiederholt, während Phasengradienten so geliefert werden, dass die den verschiedenen Blöcken entsprechenden Phasen für die erste Ordnung bis zur S-ten Ordnung jeweils codiert werden, und so, dass die verschiedenen Ansichten in jedem Block entsprechenden Phasen für das erste Mal bis zum Mten Mal codiert werden, und dadurch Daten der N (= S · M) Ansichten, die den k-Raum bilden, gesammelt werden, in ihrem Aufbau dadurch gekennzeichnet, dass ein Offset- Phasengradientenbetrag, der es ermöglicht, dass die DC- Ansicht zu einer tatsächlich in der Mitte eines Blocks befindlichen Ansicht wird, zu jedem Phasengradienten hinzugefügt wird.
In dem MRI-Bilderzeugungsverfahren der Erfindung wird der Offset-Phasengradientenbetrag jedem Phasengradienten hinzugefügt, was ermöglicht, dass die DC-Ansicht zu einer Ansicht wird, die sich tatsächlich in der Mitte eines Blocks befindet. Dabei kommt der Niederfrequenzbereich in einem Block zu liegen. Da nämlich die DC-Ansicht nicht an der Grenzlinie zwischen zwei Blöcken liegt, kann die negative Auswirkung auf die Bildqualität infolge der Erzeugung einer starken Differenz in der Signalstärke an der DC-Ansicht eliminiert werden. Da ferner der Niederfrequenzbereich in einem Block zu liegen kommt, kann verhindert werden, dass der Kontrast des MRI-Bildes eine Mischung mehrerer verschiedener Kontraste wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist die vorliegende Erfindung in einer MRI-Bilderzeugungsvorrichtung in ihrem Aufbau dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Sequenzsteuermittel zum Steuern der Gradienten-Magnetfeldspulen und einer RF- Impulsübertragungsspule umfasst, so dass die vorbestimmte Sequenz erreicht wird, um den Offset-Phasengradientenbetrag jedem Phasengradienten hinzuzufügen, um zu ermöglichen, dass die DC-Ansicht zu einer Ansicht wird, die tatsächlich in der Mitte eines Blocks liegt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Beispiels einer MRI-Bilderzeugungsvorrichtung zur Ausführung eines MRI- Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung,
Fig. 2 ein erklärendes Diagramm einer Ausführungsform des MRI-Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung,
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Impulsfolge, die auf die Ausführungsform von Fig. 2 bezogen ist,
Fig. 4 ein erklärendes Diagramm von Wirkungen der Ausführungsform von Fig. 2,
Fig. 5 ein erklärendes Diagramm einer weiteren Ausführungsform des MRI-Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung,
Fig. 6 ein erklärendes Diagramm von Wirkungen der Ausführungsform von Fig. 5,
Fig. 7 ein erklärendes Diagramm eines Beispiels von vorbekannten MRI-Bilderzeugungsverfahren,
Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Impulsfolge, die auf das vorbekannte Beispiel von Fig. 7 bezogen ist, und
Fig. 9 ein erklärendes Diagramm von Problemen bei dem Beispiel von Fig. 7 nach dem Stand der Technik.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend auf der Basis von Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die Erfindung ist durch diese Ausführungsformen nicht eingeschränkt.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer MRI- Bilderzeugungsvorrichtung 1 zum Ausführen des MRI- Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung. Eine Magnetanordnung 5, in die ein zu untersuchender Körper aufgenommen ist, umfasst eine statische Magnetfeldspule eines supraleitenden Typs oder dergleichen zum Erzeugen eines starken statischen Magnetfelds, das an den inspizierten Körper anzulegen ist, drei Gradienten-Magnetfeldspulen zum Erzeugen von Gradienten- Magnetfeldern entlang X-, Y- und Z-Achsen, eine Übertragungsspule zur Erregung sowie eine Empfangsspule zur Signalsammlung. Von der statischen Magnetfeldspule wird konstant ein statisches Magnetfeld erzeugt. Ein Computer 2 steuert die Gesamtfunktionen unter Befehlen von einer Bedienungskonsole 13. Ein Sequenz-Controller 3 betreibt auf der Basis von darin gespeicherten Sequenzen eine Gradienten- Magnetfeld-Treiberschaltung 4, so dass die Gradienten- Magnetfelder durch die Gradienten-Magnetfeldspulen der Magnetanordnung 5 erzeugt werden. Er steuert ferner eine Gate-Modulationsschaltung 7, so dass ein in einer RF- Oszillatorschaltung 6 erzeugter RF-Impuls zu einer vorbestimmten Wellenform moduliert und an eine Übertragungsspule der Magnetanordnung 5 durch einen RF- Leistungsverstärker 8 angelegt wird. Von der Empfangsspule der Magnetanordnung 5 erhaltene NMR-Signale werden über einen Vorverstärker 9 in einen Phasendetektor 10 eingegeben und dann über einen A/D-Wandler 11 in den Computer 2 eingegeben. Der Computer 2 rekonstruiert ein Bild auf der Basis der Daten der von dem A/D-Wandler 11 empfangenen NMR-Signale und gibt das Bild auf einem Bildschirm 12 wieder. Das MRI- Bilderzeugungsverfahren der Erfindung wird ausgeführt, indem es Prozedurschritten folgt, die im Computer 2 und dem Sequenz-Controller 3 gespeichert sind.
Fig. 2 ist ein Diagramm zur Erklärung einer Ausführungsform des MRI-Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung. Der k-Raum ksp besteht aus 256 (= N) Ansichten. Die Ansichten sind jeweils den Phasen von -95*gws bis +160*gws zugeordnet (gws ist der Gradientenbetrag für einen "Warp"-Schritt). Genauer gesagt waren die Ansichten zwar ursprünglich den Phasen von -127*gws bis +128*gws zugeordnet, als Ergebnis der Hinzufügung eines Offset- Phasengradientenbetrags von +32*gws zu jeder Phase sind sie jedoch den Phasen von -95*gws bis 160*gws zugeordnet worden. Dabei wird der k-Raum ksp in 4 (= S) Blöcke b1, b2, b3 und b4 unterteilt, wobei jeder Block aus sukzessiven 64 (= M) Ansichten gebildet ist. Für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das erste Mal werden Daten der Echos durch Anlegen eines hohen Phasengradienten an die erste positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das zweite Mal werden Daten der Echos durch Anlegen eines hohen Phasengradienten an die zweite positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das i-te Mal werden im allgemeinen Daten der Echos durch Anlegen eines starken Phasengradienten an die i-te positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Durch Wiederholen der obigen Arbeitsgänge bis zum 64-sten Mal werden Daten für 256 (= 4 · 64) Ansichten des k-Raums ksp gesammelt.
Fig. 3 ist ein Impulsfolgediagramm bei einer Spin- Echomethode zum Sammeln von Daten für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das erste Mal. Das Echo E1 der ersten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b1 enspricht (Phasengradient = +160*gws). Das Echo E2 der zweiten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b2 entspricht (Phasengradient = +96*gws). Das Echo E3 der dritten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b3 entspricht (Phasengradient = +32*gws). Das Echo E4 der vierten Ordnung liefert die Daten der Ansicht, die der Phase auf der am meisten positiven Seite im Block b4 entspricht (Phasengradient = -32*gws).
In dem oben beschriebenen MRI-Bilderzeugungsverfahren ist die DC-Ansicht (Phasengradient = 0*gws) in der Mitte des Blocks b3 gelegen, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Ferner ist der Niederfrequenzbereich (der schraffierte Abschnitt in Fig. 4) im Block b3 enthalten. Demgemäß kann ein Auftreten eines starken Unterschieds in der Signalstärke an der DC-Ansicht verhindert werden und folglich eine nachteilige Beeinflussung der Bildqualität verhindert werden. Ferner wird der Kontrast des MRI-Bildes von dem Kontrast im Block 3 bestimmt und dadurch wird verhindert, dass der Kontrast eine Mischung verschiedener Kontraste wird.
Fig. 5 ist ein erklärendes Diagramm einer weiteren Ausführungsform des MRI-Bilderzeugungsverfahrens der Erfindung. Jede Ansicht ist der Phase von -159*gws bis +96*gws) zugeordnet. Diese Phasen wurden durch Hinzufügen eines Offset-Phasengradientenbetrags von -32*gws zu den ursprünglichen Phasen von -127*gws bis +128*gws erhalten. Der k-Raum ksp ist in 4 (= 5) Blöcke b1, b2, b3 und b4 unterteilt, wobei jeder Block aus sukzessiven 64 (= M) Ansichten gebildet ist. Für die Mehrfach-Echos der ersten Ordnung bis zur vierten Ordnung für das i-te Mal werden Daten der Echos durch Anlegen eines großen Phasengradienten an die i-te positive Seite der betreffenden Blöcke b1, b2, b3 und b4 gesammelt. Ein solcher Vorgang wird bis zum 64-sten Mal wiederholt, und dadurch werden Daten für 256 (= 4 · 64) Ansichten des k-Raums ksp gesammelt.
In dem oben beschriebenen MRI-Bilderzeugungsverfahren ist die DC-Ansicht (Phasengradient = 0*gws) in der Mitte des Blocks b2 gemäß Fig. 6 gelegen. Ferner ist der Niederfrequenzbereich (der schraffierte Abschnitt in Fig. 6) im Block b2 enthalten. Demgemäß kann ein Auftreten einer starken Differenz in der Signalstärke der DC-Ansicht verhindert werden, womit eine nachteilige Beeinflussung der Bildqualität verhindert wird. Ferner wird der Kontrast des MRI-Bildes durch den Kontrast im Block 2 bestimmt, womit verhindert wird, dass der Kontrast eine Mischung verschiedener Kontraste wird. Wie außerdem aus den oben beschriebenen zwei Ausführungsformen hervorgeht (nämlich aus der Tatsache, dass der Kontrast des MRI-Bildes durch den Kontrast des Blocks b3 in Fig. 4 bestimmt wird, und dass der Kontrast des MRI-Bildes durch den Kontrast des Blocks b2 in Fig. 6 bestimmt wird), können MRI-Bilder mit verschiedenen Kontrasten durch Ändern des Offset-Phasengradientenbetrags erhalten werden.
Der k-Raum ksp war zwar in den obigen Ausführungsformen in vier Blöcke unterteilt, er kann jedoch auch in irgendeine gerade Zahl von Blöcken unterteilt sein. Obwohl die erhaltenen Daten in den obigen Ausführungsformen um die DC- Ansicht asymmetrisch werden und dies eine Ursache der Verschlechterung der Bildqualität wird, wenn die Anzahl von Blöcken klein ist, kann die Verschlechterung durch den kombinierten Einsatz eines solchen Bildrekonstruktionsverfahrens, bei dem komplexe konjugierte Daten genommen werden, vermieden werden, um dadurch Daten zu erzeugen, die um die DC-Ansicht symmetrisch werden. Beispielsweise werden Daten, die den Phasen von -96*gws bis +159*gws entsprechen, erzeugt, indem die komplex konjugierten Daten genommen werden, die den Phasen von +97*gws bis +160*gws in Fig. 2 entsprechen, und anschließend wird eine Bild-Rekonstruktion ausgeführt. In den obigen Ausführungsformen wurde zwar die das Mehrfach-Echo-Verfahren des SE-Systems anwendende Impulssequenz verwendet, die Erfindung kann aber auch auf den Fall angewendet werden, bei dem die das Mehrfach-Echo- Verfahren des IR-Systems anwendende Impulssequenz eingesetzt wird.
Gemäß dem MRI-Bilderzeugungsverfahren der Erfindung kann der nachteilige Effekt auf die Bildqualität, der an der DC- Ansicht durch eine abrupte Änderung in der Signalstärke infolge der transversalen Relaxation erzeugt wird, eliminiert werden. Ferner wird verhindert, dass der Kontrast des MRI- Bildes zu einer Mischung verschiedener Kontraste wird. Infolgedessen kann eine gute Bildqualität erzielt werden.

Claims

1. MRI-Bildaufbereitungsverfahren mit Mehrfachechos, bei dem N Ansichten, die eine DC-Ansicht einschließen und einen K-Raum bilden, in eine gerade Anzahl S von Blöcken aufgeteilt sind, wobei jeder Block aus M Ansichten gebildet ist; wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

Vorsehen von Phasengradienten und Sammeln von Mehrfachechos einer ersten Ordnung bis zu einer S-ten Ordnung, so daß die aufeinanderfolgenden Echos den aufeinanderfolgenden Blöcken eines nach dem anderen zugeordnet werden;

Wiederholen des Schritts des Vorsehens der Phasengradienten und des Sammelns der Mehrfachechos der ersten Ordnung bis zur S-ten Ordnung, so daß Phasen, die unterschiedlichen Blöcken entsprechen, für die N Ansichten codiert werden, und daß die aufeinanderfolgenden Mehrfachechos den aufeinanderfolgenden Blöcken für jede der aufeinanderfolgenden M Ansichten eines nach dem anderen zugeordnet werden; und

Verarbeiten von Daten der N Ansichten, um ein rekonstruiertes Bild zu erzeugen;

gekennzeichnet durch

Vorsehen eines Offsets an jeden Phasengradienten, so daß die DC-Ansicht entfernt von einer Grenze zwischen benachbarten Blöcken und im wesentlichen in der Mitte eines der Blöcke angeordnet ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Konjugiert- Komplexe der Daten verwendet wird, um das Bild zu rekonstruieren.

3. MRI-Bildaufbereitungsvorrichtung mit:

statischem Magnetfeldmittel zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds;

Gradient-Magnetfeldmittel zum Erzeugen von Gradient- Magnetfeldern;

RF-Impulsübertragungsmittel zum Erzeugen eines RF- Impulses, um ein RF-Phänomen zu verursachen;

NMR-Signalempfangsmittel zum Empfangen von NMR-Signalen;

Steuermittel zum Steuern des Gradient-Magnetfeldmittels und des RF-Übertragungsmittels auf eine solche Art und Weise, daß N Ansichten, die eine DC-Ansicht einschließen und einen K-Raum bilden, in eine gerade Anzahl 5 von Blöcken aufgeteilt sind, wobei jeder Block aus M Ansichten gebildet ist; wobei

das Steuermittel umfaßt:

Mittel zum Vorsehen von Phasengradienten, so daß Phasen, die unterschiedlichen Blöcken entsprechen, für die N Ansichten codiert werden, und

Mittel zum Sammeln von Mehrfachechos einer ersten Ordnung bis zu einer S-ten Ordnung, so daß aufeinanderfolgende Echos den aufeinanderfolgenden Blöcken für jede der M Ansichten eines nach dem anderen zugeordnet werden; und

Bildrekonstruierungsmittel zum Verarbeiten von Daten der N Ansichten, um ein rekonstruiertes Bild zu erzeugen;

dadurch gekennzeichnet, daß

das Mittel zum Vorsehen von Phasengradienten Mittel zum Hinzufügen eines Offsets zu jedem Phasengradienten umfaßt, so daß der die DC-Ansicht darstellenden phasencodierte Gradient entfernt von einer Grenze zwischen benachbarten Blöcken und im wesentlichen in der Mitte eines der Blöcke angeordnet ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, bei der das Bildwiederherstellungsmittel Mittel zum Nehmen der Konjugiert-Komplexen der Daten umfaßt, um das rekonstruierte Bild zu erzeugen.