DE69633598T2

DE69633598T2 - Verfahren zur diffusionsempfindlichen Bilderzeugung, Verfahren zur dynamischen Bilderzeugung und Gerät zur Bilderzeugung durch magnetische Resonanz

Info

Publication number: DE69633598T2
Application number: DE69633598T
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Hino-shi Tsukamoto; Eiji Hino-shi Yositome
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1995-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2016-06-13
Also published as: DE69633598D1; US5684400A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein diffusionsempfindliches Bildgebungsverfahren, ein dynamisches Bildgebungsverfahren und eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MRI-Vorrichtung). Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein diffusionsempfindliches Bildgebungsverfahren, das imstande ist, Bildfehler zu verringern, die der unfreiwilligen Körperbewegung des Patienten zuzuschreiben sind, und auf ein dynamisches Bildgebungsverfahren, das imstande ist, Bilder unterschiedlichen Zeitphasen mit einer höheren räumlichen Auflösung und Zeitauflösung zu erzeugen, und auf eine MRI-Vorrichtung, die imstande ist, diese Verfahren auszuführen.
18 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses zeigt, das von einer herkömmlichen MRI-Vorrichtung implementiert wird.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe. Genauer gesagt gibt der Bediener die Position und Breite eines beabsichtigten Anregungsbereichs S in der Scheiben-Auswahl-Achsenrichtung Ds ein. Wie in 19 gezeigt ist, werden die seitliche Richtung und die longitudinale Richtung als Leseachsenrichtung Dr bzw. die Phasencodierachsenrichtung Dp eingestellt.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener ein Sichtfeld (FOV = field of view) in der Phasencodierachsenrichtung Dp und eine Anzahl von Malen "m" einer Phasencodierung eines diffusionsempfindlichen Bildes. Beispielsweise wird das Sichtfeld auf 240 mm und "m" auf 256 eingestellt. Bei diesem Beispiel wird die räumliche Auflösung β in der Phasencodierachsenrichtung Dp des diffusionsempfindlichen Bildes G ausgewertet, so dass sie etwa 0,94 mm (240/256) basierend auf der in 20 gezeigten Beziehung von FOV = β·m ist.
In 18 erzeugt der Prozess bei Schritt V40 eine Pulsfolge B entsprechend dem Spinechoverfahren, wobei das inkohärente Intravoxel-Bewegungsverfahren (IVIM) angewendet wird.
21 zeigt die Pulsfolge B des Spinechoverfahrens. Bei dieser Pulsfolge B werden ein Anregungspuls R1, ein Scheiben-Auswahl-Gradient S1 für die Anregung der Scheibe S und ein Phasencodiergradient PH angelegt.
Anschließend wird ein diffusionsempfindlicher Gradient MPG1 angelegt. Als nächstes werden ein Umkehrpuls R2 und ein Scheiben-Auswahl-Gradient S2 angelegt. Als nächstes wird ein diffusionsempfindlicher Gradient MPG2 angelegt. Als nächstes wird ein Lesegradient RD angelegt, und gleichzeitig werden Magnetresonanzdaten (MR-Daten) gesammelt. Die diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 können entlang beliebiger Gradientenachsen angelegt werden, und diese werden in 21 getrennt als Bewegungs-Messung (MP = motion probing) gezeigt.
Die Pulsfolge des Spinechoverfahrens mit der Anwendung des IVIM-Verfahrens wird beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei6-121781 offenbart.
In 18 wiederholt der Prozess der Schritte V50, V55 und V56 die Pulsfolge B für die Anzahl von Malen "m" der Phasencodierung, während der Phasencodiergradient PH geändert wird, um dadurch MR-Daten d1, d2, ... dm zu sammeln, die den k-Raum KS füllen, wie in 22 gezeigt ist.
Der Prozess von Schritt V6 ermöglicht die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten d1, d2, ... dm in dem k-Raum KS, wodurch ein diffusionsempfindliches Bild G erzeugt wird, wie in 23 gezeigt ist. Schritt V7 zeigt dass sich ergebene "sensitized" Bild G an.
Bei dem dynamischen Bildgebungsprozess der herkömmlichen MRI-Vorrichtung, wobei in diesem Fall ein Kontrastmedium in den unter Prüfung befindlichen Körper injiziert wird, werden MR-Daten mittels einer Pulsfolge B', die die Pulsfolge B von 21 ist, für MPG1 = 0 und MPG2 = 0 wiederholt für unterschiedliche Zeitphasen gesammelt, und Bilder unterschiedlicher Zeitphasen des gleichen Datensammelbereichs werden erhalten. Dieses herkömmliche diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren erfordert die Wiederholung der Pulsfolge B für die Anzahl von Malen "m" der Phasencodierung, und sie benötigt etwa 4 Minuten in dem Fall von m = 256.
Die diffusionsempfindliche Bildgebung ist jedoch auf die unfreiwillige Körperbewegung des Patienten (z. B. Atmen) extrem anfällig, was während einer langen Bildaufnahmezeit wie vier Minuten unvermeidbar ist, und Bewegungsfehler werden entstehen.
Außerdem leidet das herkömmliche diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren, das ein Zeitintervall von etwa vier Minuten beim Aufnehmen von Bildern von unterschiedlichen Zeitphasen benötigt, unter einer niedrigen Zeitauflösung.
Ein Verfahren für die dynamische Bildgebung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der US-A-5307812 bekannt. Dieses Dokument offenbart ebenfalls eine entsprechende Vorrichtung.
Außerdem offenbart R. Turner u. a.: "Echo-Planar Imaging of Diffusion and Perfusion", Magn. Res. Med. 19, Seiten 247 bis 253 (1991), dass Echo-planare Bildgebung gegen Fließen und Diffusion auf genau die gleiche Art und Weise empfindlich gemacht werden kann, wie herkömmlichen Spinecho- oder Gradientenechobildgebungsfolgen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine erste Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein diffusionsempfindliches Bildgebungsverfahren und eine MRI-Vorrichtung bereitzustellen, die imstande sind, Bildfehler zu vermindern, die der unfreiwilligen Körperbewegung des Patienten zuzuschreiben sind.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein dynamisches Bildgebungsverfahren und eine MRI-Vorrichtung bereitzustellen, die imstande sind, Bilder mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu erzeugen.
Die obigen Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 2 erreicht. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
Die Erfindung liegt in einem diffusionsempfindlichen Bildgebungsverfahren, das einen Scheiben-Auswahl-Gradienten anlegt, der den Anregungsbereich in der Scheiben-Auswahl-Achsenrichtung zusammen mit einem Anregungspuls begrenzt, einen diffusionsempfindlichen Gradienten anlegt, das einen Sichtfeld begrenzenden Gradienten anlegt, der den Datensammelbereich in der Phasencodierachsenrichtung zusammen mit einem Umkehrpuls begrenzt, das einen diffusionsempfindlichen Gradienten anlegt, das das Gradientenmagnetfeld kontinuierlich umkehrt, um mehrere Echos zu bilden, und das MR-Daten von den sich ergebenden Echos sammelt, und das ein diffusionsempfindliches Bild des Datensammelbereichs aus dem gesammelten MR-Daten erzeugt.
Die Zeitsteuerung der Anlegung des Umkehrpulses und des Gradientenmagnetfelds wird eingestellt, sodass die Spinechomitte der k-Raummitte vorangeht, sodass das sich ergebende Zeitintervall von der Anlegung des Umkehrpulses bis zum Beginn der Anlegung des Gradientenmagnetfelds länger als der Fall einer koinzidierenden Spinecho-Mitte und k-Raummitte ist, wodurch die Dauer der diffusionsempfindlichen Gradienten demgemäß verlängert wird.
Die Erfindung liegt ferner in einer MRI-Vorrichtung, die ein Datensammelmittel umfasst, das einen Scheiben-Auswahl-Gradienten anlegt, der den Anregungsbereich in der Scheiben-Auswahl-Achsenrichtung zusammen mit einem Anregungspuls begrenzt, das einen diffusionsempfindlichen Gradienten anlegt, das einen Sichtfeld begrenzenden Quotienten anlegt, der den Datensammelbereich in der Phasencodierachsenrichtung zusammen mit einem Umkehrpuls begrenzt, das einen diffusionsempfindlichen Gradienten anlegt und das Gradientenmagnetfeld kontinuierlich umkehrt, um mehrere Echos abzubilden, und das MR-Daten von den sich ergebenden Echos sammelt, mit einem Bildbildungsmittel, das ein diffusionsempfindliches Bild von den MR-Daten erzeugt, und einem Bildanzeigemittel, das das erzeugte diffusionsempfindliche Bild anzeigt.
Die Zeitsteuerung der Anlegung des Umkehrpulses und des Gradientenmagnetfeldes wird eingestellt, sodass die Spinechomitte der k-Raummitte vorangeht, sodass das sich ergebende Zeitintervall von der Anlegung des Umkehrpulses zu dem Anfang der Anlegung des Gradientenmagnetfeldes länger als in dem Fall einer koinzidierenden Echomitte und k-Raummitte ist, wodurch die Dauer der diffusionsempfindlichen Gradienten demgemäß verlängert wird, wobei ein Bildbildungsmittel ein diffusionsempfindliches Bild aus den MR-Daten erzeugt, und ein Bildanzeigemittel das erzeugte diffusionsempfindliche Bild anzeigt.
Die MRI-Vorrichtung der vorhergehenden Anordnung kann angepasst sein, sodass das Datensammelmittel die MR-Datensammlung mehrere Male implementiert, während der Datensammelbereich in der Phasencodierachsenrichtung bewegt wird, und das Bildanzeigemittel ein diffusionsempfindliches Bild mit einem vergrößerten Sichtfeld anzeigt, das sich aus der Zusammensetzung der erzeugten mehreren diffusionsempfindlichen Bilder ergibt.
Die MRI-Vorrichtung der vorhergehenden Anordnung kann angepasst sein, sodass das Datensammelmittel die MR-Datensammlung mehrere Male für einen festen Datensammelbereich implementiert, während die diffusionsempfindliche Gradienten geändert werden, und das Bildanzeigemittel die erzeugten mehreren diffusionsempfindlichen Bilder anzeigt.
Das diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren der Erfindung legt einen Scheiben-Auswahl-Gradienten, der den Anregungsbereich in der Scheiben-Auswahl-Achsenrichtung begrenzt, zusammen mit einem Anregungspuls an, legt als nächstes einen diffusionsempfindlichen Gradienten an, legt als nächstes einen Sichtfeld begrenzenden Gradienten an, der den Datensammelbereich in der Phasencodierachsenrichtung begrenzt, zusammen mit einem Umkehrpuls, legt als nächstes einen diffusionsempfindlichen Gradienten an, kehrt als nächstes das Gradientenmagnetfeld kontinuierlich um, um mehrere Echos abzubilden, sammelt MR-Daten von den sich ergebenden Echos, und erzeugt ein diffusionsempfindliches Bild des Datensammelbereichs aus den MR-Daten.
Da dieses Verfahren ein diffusionsempfindliches Bild aus dem durch eine einzige Anregung (single shot) gesammelten MR-Daten erzeugt, kann die Bildaufnahmezeit auf einige Sekunden verringert werden, und folglich können Bewegungsfehler gemildert werden. Andererseits ist die Anzahl von Echos zum effektiven Sammeln von MR-Daten durch eine einzige Anregung begrenzt (einige 10 Echos), und die räumliche Auflösung würde sich erheblich verschlechtern, wenn das gleiche Sichtfeld in der Phasencodierrichtung als das herkömmliche gewollt war. Das Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung wird jedoch durch die Anlegung des das Sichtfeld begrenzenden Gradienten schmäler gemacht und die räumliche Auflösung fällt nicht ab. Demgemäß erzeugt dieses Verfahren ein diffusionsempfindliches Bild ohne Bewegungsfehler mit einer praktischen Auflösung im Austausch gegen ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung.
Dieses Verfahren kann außerdem eine erweiterte Dauer der diffusionsempfindlichen Gradienten verglichen mit dem Fall eines Zusammentreffens der Spinechomitte (der Zeitpunkt, bei dem die Signalintensität des Spinechos maximal ist) und der k-Raummitte (der Zeitpunkt des Sammelns von MR-Daten der "0"-Phasencodierwerts) umfassen. Je länger die Dauer des diffusionsempfindlichen Gradienten, desto höher ist der Grad der Diffusionsempfindlichkeit, und daher kann ein Diffusionsbild mit höherer Diffusionsempfindlichkeit als in dem Fall eines Zusammentreffens der Spinechomitte und der k-Raummitte erhalten werden. Obwohl sich die Bildmenge theoretisch aufgrund der unterschiedlichen Zeitsteuerung der Spinechomitte und der k-Raummitte geringfügig verschlechtern kann, stellt dies kein praktisches Problem dar.
Die MRI-Vorrichtung der Erfindung erreicht das obige diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren. Sie erzeugt ein diffusionsempfindliches Bild ohne Bewegungsfehler mit einer praktischen Auflösung im Austausch gegen ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung.
Außerdem ist die Vorrichtung imstande, ein Diffusionsbild mit höherer Diffusionsempfindlichkeit als in dem Fall eines Zusammentreffens der Spinechomitte und k-Raummitte zu erzeugen.
Die MRI-Vorrichtung kann ausgestaltet sein, um das vorhergehende diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren mehrmals zu implementieren, während der Datensammelbereich in der Phasencodierachsenrichtung bewegt wird, und ein diffusionsempfindliches Bild mit einem vergrößerten Sichtfeld durch Zusammensetzen der sich ergebenden mehreren diffusionsempfindlichen Bilder zu erzeugen. Das diffusionsempfindliche Bild mit einem vergrößerten Sichtfeld weist eine praktische Auflösung ohne Bewegungsfehler auf, da seine rohen diffusionsempfindlichen Bilder die gleichen Eigenschaften aufweisen. Demgemäß ist die Vorrichtung imstande, ein diffusionsempfindliches Bild mit Bewegungsfehler mit einer praktischen Auflösung zu erzeugen, während das Sichtfeld so groß wie herkömmlich ist.
Die MRI-Vorrichtung kann ausgestaltet sein, um das vorhergehende diffusionsempfindliche Bildgebungsverfahren mehrmals für einen festgelegten Datensammelbereich zu implementieren, während die diffusionsempfindlichen Gradienten geändert werden, und um ein Array der erzeugten diffusionsempfindlichen Bilder auf dem Bildschirm anzuzeigen. Demgemäß erzeugt die Vorrichtung kontinuierlich diffusionsempfindliche Bilder ohne Bewegungsfehler mit einer praktischen Auflösung im Austausch gegen ein schmales Sichtfeld. Sie ermöglicht, dass Bilder mit schmalem Sichtfeld angezeigt werden, in dem sie auf dem Bildschirm angeordnet werden. Außerdem ermöglicht die Vorrichtung basierend auf der Änderung von diffusionsempfindlichen Gradienten dem Untersuchenden, eine wahre Diffusion von einer scheinbaren Diffusion (z. B. verursacht durch Blutströmung in Kapillaren) durch Vergleichen der angeordneten diffusionsempfindlichen Bilder zu unterscheiden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist ein Blockdiagramm der MRI-Vorrichtung basierend auf einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
2 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
3 ist ein erläuterndes Diagramm für eine Scheibe und die Sichtfeld-Mitte;
4 ist ein erläuterndes Diagramm für ein schmales Sichtfeld;
5 ist ein Timingdiagramm, das ein Beispiel der Pulsfolge zeigt, die bei dem erfinderischen diffusionsempfindlichen Bildgebungsverfahren verwendet wird;
6 ist ein Diagramm der Datensammeltrajektorie in dem k-Raum basierend auf der in 5 gezeigten Pulsfolge;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von diffusionsempfindlichen Bildern mit einem schmalen Sichtfeld zeigt;
8 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung basierend auf einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt wird.
9 ist ein Timingdiagramm, das ein weiteres Beispiel der Pulsfolge zeigt, die bei dem erfinderischen diffusionsempfindlichen Bildgebungsverfahren verwendet wird;
10 ist ein Diagramm der Datensammeitrajektorie in dem k-Raum basierend auf der in 1 gezeigten Pulsfolge;
11 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung basierend auf einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt wird;
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Zusammensetzung von diffusionsempfindlichen Bildern zeigt, wobei ihre Sichtfeld-Mittelpositionen verschoben sind;
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von diffusionsempfindlichen Bildern zeigt, die ein weites Sichtfeld aufweisen, das sich aus der Zusammensetzung von mehreren diffusionsempfindlichen Bildern ergibt, wobei ihre Sichtfeld-Mittelposition verschoben sind;
14 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung basierend auf einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt wird;
15 ist ein erläuterndes Diagramm für eine wahre Diffusion und eine scheinbare Diffusion;
16 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung basierend auf einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung ausgeführt wird;
17 ein erläuterndes Diagramm für den Bildschirm, auf dem Bilder von unterschiedlichen Bildaufnahmezeitpunkten angezeigt werden, indem sie angeordnet werden;
18 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der herkömmlichen MRI-Vorrichtung ausgeführt wird;
19 ist ein erläuterndes Diagramm für eine Scheibe;
20 ist ein erläuterndes Diagramm für ein weites Sichtfeld;
21 ist ein Timingdiagramm, das ein Beispiel der bei dem herkömmlichen diffusionsempfindlichen Bildgebungsverfahren verwendeten Pulsfolge zeigt;
22 ist ein Diagramm der Datensammeltrajektorie in dem k-Raum basierend auf dem herkömmlichen Verfahren; und
23 ist ein Diagramm, das ein Beispiel von diffusionsempfindlichen Bildern mit einem weiten Sichtfeld zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Spezifische Ausführungsformen dieser Erfindung werden detaillierter erläutert. Der Schutzumfang der Erfindung wird jedoch nicht durch diese Ausführungsformen eingeschränkt.
Ausführungsform 1
1 zeigt die MRI-Vorrichtung der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bei der MRI-Vorrichtung 100 umfasst eine Magnetanordnung 1 einen Bohrungsabschnitt, bei dem ein zu untersuchender Körper platziert wird. Den Bohrungsabschnitt umgebend sind eine Magnetfeldspule, die ein konstantes Hauptmagnetfeld an dem Körper anlegt, ein Satz von Gradientenmagnetfeldspulen, die ein Gradient-Magnetfeld erzeugen (diese Spulen sind eine x-Achsenspule, eine y-Achsenspule und eine z-Achsenspule, und die Scheiben-Auswahl-Achsen, die Phasencodierachse und diese Achse werden durch die Kombination dieser Spulen bestimmt), eine Übertragungsspule, die einen RF-Puls zum Induzieren des nuklearen Spins in den Körper emittiert, und eine Empfangsspule, die das NMR-Signal von dem Körper empfängt, angeordnet. Die Hauptmagnetfeldspule, die Gradientenmagnetfeldspule, die Übertragungsspule und die Empfangsspule sind mit einer Hauptmagnetfeldleistungsquelle 2, einer Gradientenmagnetfeldtreiberschaltung 3, einem RF-Leistungsverstärker 4 bzw. einem Vorverstärker 5 verbunden.
Ein Computer 7 erzeugt eine Pulsfolge und sendet sie an eine Folgespeicherschaltung 8, die die Pulsfolge speichert. Basierend auf der Pulsfolge arbeitet die Gradientenmagnetfeldtreiberschaltung 3, um die Gradientenmagnetspulen der Magnetanordnung 1 zu treiben, sodass die Spulen ein Gradientenmagnetfeld erzeugen, und eine Gattermodulationsschaltung 9 arbeitet, um das von einem RF-Schwingkreis 10 erzeugte Trägersignal in ein pulsierendes Signal mit einer vorgeschriebenen Zeitsteuerung und vorgeschriebenen Hüllkurve zu modulieren und den sich ergebenden RF-Puls an den RF-Leistungsverstärker 4 zu liefern. Der von dem RF-Leistungsverstärker 4 verstärkte RF-Puls wird an die Übertragungsspule der Magnetanordnung 1 angelegt.
Der Vorverstärker 5 verstärkt das von der Empfangsspule der Magnetanordnung 1 empfangene NMR-Signal und liefert das verstärkte Signal an einen Phasendetektor 12. Der Phasendetektor 12 implementiert die Phasenerfassung für das NMR-Signal mit dem Trägersignal von dem RF-Schwingkreis 10 als ein Bezugssignal und liefert das Phasensignal an einen A/D-Wandler 11. Der A/D-Wandler 11 wandelt das analoge NMR-Signal in digitale MR-Daten um und liefert die Daten an den Computer 7.
Der Computer 7 liest die MR-Daten von dem A/D-Wandler 11 und implementiert den Bildneuanordnungsprozess, um dadurch ein Bild zu erzeugen. Das sich ergebende Bild wird durch eine Anzeigeeinheit 6 angezeigt.
Der Computer 7 regelt das gesamte System, einschließlich der Transaktion von Information, mit einer Bedienerkonsole 13.
2 ist das Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung 100 ausgeführt wird.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe. Genauer gesagt gibt der Bediener die Position und Breite eines beabsichtigten Anregungsbereichs S in der Scheiben-Auswahl-Achsenrichtung Ds ein. Wie in 3 gezeigt, werden die seitliche Richtung und die longitudinale Richtung eingestellt, so dass sie die Leseachsenrichtung Dr bzw. die Phasencodierachsenrichtung Dp sind.
Bei Schritt V2 spezifiziert der Bediener eine Mittelposition P des Sichtfelds in der Phasencodierachsenrichtung Up, wie in 3 gezeigt ist.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener eine räumliche Auflösung β in der Phasencodierachsenrichtung Dp und eine Anzahl von Malen "m" einer Phasencodierung des diffusionsempfindlichen Bildes. Beispielsweise wird β auf 1 mm und "m" auf 32 eingestellt. Bei diesem Beispiel wird das Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung Dp des diffusionsempfindlichen Bildes ausgewertet, um 32 mm (= β·m = 1.32) zu betragen, wie in 4 gezeigt ist.
Der Prozess von Schritt V4 erzeugt eine Pulsfolge A des Echo-planaren Bildgebungsverfahrens (EPI-Verfahren), wobei das IVIM-Verfahren angewendet wird.
5 zeigt die Pulsfolge A des EPI-Verfahrens.
Bei dieser Pulsfolge A werden ein Anregungspuls R1 und ein Scheiben-Auswahl-Gradient S1 für die Anregung der Scheibe S angelegt. Anschließend wird ein diffusionsempfindlicher Gradient MPG1 angelegt. Αls nächstes wird ein Umkehrpuls R2 und der das Sichtfeld begrenzende Gradient RS zum Begrenzen des Datensammelbereichs auf ein schmales Sichtfeld (siehe 4) angelegt. Die Sichtfeld-Mittelposition P wird aus der Übertragungsfrequenz des Umkehrpulses R2 und den das Sichtfeld begrenzenden Gradienten RS bestimmt. Als nächstes wird ein diffusionsempfindlicher Gradient MPG2 angelegt. Als nächstes werden positive und negative Lesegradienten RA und RB "m" Mal abwechselnd und zyklisch angelegt. Phasencodiergradienten W werden angelegt, und zur gleichen Zeit werden MR-Daten aus den mehreren beobachteten Echos el~em gesammelt. Das Amplituden-Zeitprodukt des Phasencodiergradienten W wird eingestellt, um 1/(γ·FOV) zu betragen, wobei γ das gyromagnetische Verhältnis ist. Um die Bildaufnahmezeit zu verringern, wird die halbe Fourier-Transformation angenommen, und Überabtastung von 8 Codierschritten oder mehr wird implementiert.
Bei der Pulsfolge A von 5 ist für ein Zeitintervall von TE/2 (z. B. 70 ms) von dem Anregungspuls R1 zu dem Umkehrpuls R2 das Zeitintervall von dem Anregungspuls R1 zu der Spinechomitte EC gleich TE (z. B. 140 ms). Für die Überabtastzeit von ta (z. B. 25 ms) ist das Zeitintervall von dem Anregungspuls R1 bis zum Beginn der Anlegung der Lesegradienten RA und RB gleich TE-ta (z. B. 115 ms) für das Zusammentreffen der Spinechomitte EC und der k-Raummitte KC. Für eine Dauer des das Sichtfeld begrenzende Gradienten RS von tb (z. B. 10 ms) beträgt die obere Grenze der diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 gleich TE/2-ta-tb/2 (z. B. 40 ms). Für eine Dauer des Anregungspulses R1 und des Scheiben-Auswahl-Gradienten S1 von tc (z. B. 5 ms), ist die Ruhezeit, die dem diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 vorausgeht, gleich TE/2-tb/2-t-tc (z. B. 20 ms).
In 2 sammelt der Prozess von Schritt V5 MR-Daten für eine Hälfte des k-Raums KS und des Überabtastabschnitts basierend auf der Pulsfolge A, wie es in 6 gezeigt ist.
Der Prozess von Schritt V6 implementiert die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten des k-Raums KS, um dadurch ein diffusionsempfindliches Bild G zu bilden, wie in 7 gezeigt ist.
Schritt V7 zeigt das erzeugte diffusionsempfindliche Bild G an.
Demgemäß kann die Bildaufnahmezeit zum Erhalten des diffusionsempfindlichen Bildes G aus den durch eine einzige Anregung gesammelten MR-Daten von mehreren zehn Sekunden auf einige Sekunden verringert werden, und Bewegungsfehler können vermindert werden. Obwohl dieses diffusionsempfindliche Bild G ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung Dp aufweist, weist es eine praktisch ausreichende Auflösung auf.
Ausführungsform 2
Die MRI-Vorrichtung der zweiten Ausführungsform teilt das gleiche Blockdiagramm von 1 mit der ersten Ausführungsform. 8 ist ein Ablaufdiagramm des von der MRI-Vorrichtung dieser Ausführungsform ausgeführten diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe S.
Bei Schritt V2 spezifiziert der Bediener eine Sichtfeld-Mittelposition P.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener eine räumliche Auflösung β und eine Anzahl von Malen "m" der Phasencodierung, beispielsweise ist β = 1 mm und "m" = 32.
Der Prozess von Schritt V4 erzeugt eine Pulsfolge A.
Der Prozess von Schritt V15 wertet die Ruhezeit td (z. B. 20 ms) der Pulsfolge A aus und rückt den Anlegungszeitpunkt des Umkehrpulses R2 um td/2 (z. B. 10 ms) vor und bildet die Pulsfolge A um, so dass sie die Dauer der diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 hat, die jeweils um td/2 (z. B. 10 ms) von der ursprünglichen t (z. B. 40 ms) verlängert ist, wie durch AA in 9 gezeigt ist.
Diese Pulsfolge AA weist diffusionsempfindliche Gradienten MPG1" und MPG2" auf, die jeweils eine Dauer t" von td/2 (z. B. 50 ms) aufweisen, die etwa 25% länger als die ursprüngliche Pulsfolge A ist. Die Echo-Mitte EC wird um td (z. B. 20 ms) gegenüber der k-Raummitte KC vorgerückt.
In 8 sammelt der Prozess von Schritt V51 MR-Daten in der Pulsfolge AA für eine Hälfte des k-Raums KS und einen Überabtastabschnitt, wie es in 10 gezeigt ist. Der Prozess von Schritt V6 implementiert die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten des k-Raums KS, um dadurch ein diffusionsempfindliches Bild G zu bilden, wie es in 7 gezeigt ist. Schritt V7 zeigt das erzeugte diffusionsempfindliche G an.
Demgemäß kann die Bildaufnahmezeit zum Erhalten des diffusionsempfindlichen Bildes G aus den MR-Daten, die durch eine einzige Anregung gesammelt wurden, von mehreren zehn Sekunden auf einige Sekunden verringert werden, und Bewegungsfehler können vermindert werden. Obwohl dieses diffusionsempfindliche Bild G ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung Dp aufweist, weist es eine praktisch ausreichende Auflösung auf. Außerdem kann die Dauer der diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1' und MPG2' ohne Erhöhen der Anzahl von Malen der Bildaufnahme verlängert und die Diffusionsempfindlichkeit verbessert werden. Da die k-Raummitte KC und die Spinechomitte EC nicht koinzidieren, stellt die Verschlechterung der Bildmenge kein praktisches Problem dar.
Ausführungsform 3
Die MRI-Vorrichtung der dritten Ausführungsform teilt das gleiche Blockdiagramm von 1 mit der ersten Ausführungsform.
11 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung dieser Ausführungsform ausgeführt wird.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe S.
Der Prozess von Schritt V21 bestimmt die Sichtfeld-Mittelposition P für die Anfangsposition.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener eine räumliche Auflösung β und eine Anzahl von Malen "m" der Phasencodierung, beispielsweise ist β = 1 mm und "m" = 32.
Der Prozess von Schritt V4 erzeugt eine Pulsfolge A.
Der Prozess von Schritt V5 sammelt MR-Daten basierend auf der Pulsfolge A.
Der Prozess von Schritt V6 implementiert die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten des k-Raums KS, um dadurch ein diffusionsempfindliches Bild G1 zu bilden.
Der Prozess der Schritte V22 und V24 wiederholt die Schritte V4 bis V6, während die Sichtfeld-Mittelposition P und der Sichtfeldwert in jedem Zyklus bewegt wird, um dadurch diffusionsempfindliche Bilder G2~Gh zu erzeugen. 12 zeigt die sich ergebenden diffusionsempfindlichen Bilder G1~Gh. Die Sichtfeld-Mittelposition p kann durch Verändern der Übertragungsfrequenz des Umkehrpulses R2 und/oder Verändern des das Sichtfeld begrenzende Gradienten RS bewegt werden.
Der Prozess von Schritt V71 setzt die diffusionsempfindlichen Bilder G1~Gh zusammen, um ein diffusionsempfindliches Bild MG eines weiten Sichtfelds fertigzustellen und zeigt es auf dem Bildschirm an.
Folglich kann ein diffusionsempfindliches Bild mit dem gleichen Sichtfeld wie das Herkömmliche und einer praktischen Auflösung ohne Bewegungsfehler erhalten werden.
Obwohl die vorhergehende Ausführungsform für den Fall des Sammelns von MR-Daten basierend auf der Pulsfolge A von 5 erläutert wurde, kann die Pulsfolge AA von 9 stattdessen verwendet werden.
Ausführungsform 4
Die MRI-Vorrichtung der vierten Ausführungsform teilt das gleiche Blockdiagramm von 1 mit der ersten Ausführungsform. 14 ist ein Ablaufdiagramm des diffusionsempfindlichen Bildgebungsprozesses, der durch die MRI-Vorrichtung dieser Ausführungsform ausgeführt wird.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe S.
Bei Schritt V2 spezifiziert der Bediener eine Sichtfeld-Mittelposition P.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener eine räumliche Auflösung β und eine Anzahl von Malen "m" einer Phasencodierung, beispielsweise ist β = 1 mm und "m" = 32. Bei Schritt V31 spezifiziert der Bediener eine Anzahl von Malen "n" einer Bildaufnahme, ein Zeitintervall der Bildaufnahme und einen Schritt eines Gradienten des diffusionsempfindlichen Gradienten.
Der Prozess von Schritt V41 erzeugt eine Pulsfolge A des EPI-Verfahrens, wobei das IVIM-Verfahren angewendet wird. Die diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 weisen einen Anfangswert von "0" auf.
Der Prozess von Schritt V5 sammelt MR-Daten basierend auf der Pulsfolge A.
Der Prozess von Schritt V6 implementiert die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten des k-Raums KS, um dadurch ein diffusionsempfindliches Bild G0 zu bilden. Aufgrund des Initialisierungswerts von "0" der diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 ist das Bild G0 nicht tatsächlich diffusionsempfindlich.
Der Prozess der Schritte V51 und V53 wiederholt die Schritte V5 und V6 für die spezifizierte Anzahl von Malen "m" bei dem spezifizierten Zeitintervall, während die diffusionsempfindlichen Gradienten MPG1 und MPG2 um den spezifizierten Gradientenschritt bei jedem Zyklusinkrementiert werden, um dadurch diffusionsempfindliche Bilder G2~Gn zu bilden.
Schritt V7 zeigt ein Array der erzeugten diffusionsempfindlichen Bilder G1~Gn an.
In 15 wird durch "A" eine scheinbare Diffusion angegeben, die beispielsweise durch die Blutströmung in Kapillaren verursacht wird. Die Signalintensität ist für kleinere diffusionsempfindliche Gradienten MPG1 und MPG2 hoch, wohingegen sie für größere MPG1 und MPG2 beträchtlich niedrig ist. Durch (b) in 15 ist eine wahre Diffusion gezeigt, die sich aus Wasser in Zellen des Körpers ergibt, und die Signalintensität ist für kleinere diffusionsempfindliche Gradienten MPG1 und MPG2 niedrig und fällt nicht sehr mit dem Anstieg des MPG1 und MPG2.
Demgemäß wird es durch Vergleichen der in Arrays angeordneten diffusionsempfindlichen Bilder möglich, eine wahre Diffusion von einer scheinbaren Diffusion zu unterscheiden.
Obwohl die vorhergehende Ausführungsform für den Fall des Sammelns von MR-Daten basierend auf der Pulsfolge A von 5 erläutert wurde, kann die Pulsfolge AA von 9 stattdessen verwendet werden.
Ausführungsform 5
Die MRI-Vorrichtung der fünften Ausführungsform teilt das gleiche Blockdiagramm von 1 mit der ersten Ausführungsform.
16 ist ein Ablaufdiagramm des dynamischen Bildgebungsprozesses, der von der MRI-Vorrichtung dieser Ausführungsform ausgeführt wird.
Bei Schritt V1 spezifiziert der Bediener eine Scheibe S.
Bei Schritt V2 spezifiziert der Bediener eine Sichtfeld-Mittelposition P.
Bei Schritt V3 spezifiziert der Bediener eine räumliche Auflösung β und eine Anzahl von Malen "m" einer Phasencodierung, beispielsweise ist β = 1 mm und "m" = 32.
Bei Schritt V31 spezifiziert der Bediener eine Anzahl von Malen "n" einer Bildaufnahme und ein Zeitintervall der Bildaufnahme.
Der Prozess von Schritt V4 erzeugt eine Pulsfolge A' des EPI-Verfahrens, die die Pulsfolge A von 5 für MPG1 = 0 und MPG2 = 0 ist (oder die Pulsfolge AA von 9 für MPG1' = 0 und MPG2' = 0).
Der Prozess von Schritt V5 sammelt MR-Daten basierend auf der Pulsfolge A'.
Der Prozess von Schritt V6 implementiert die zweidimensionale Fourier-Transformation für die MR-Daten des k-Raums KS, um dadurch ein Bild G1 einer ersten Phase zu bilden.
Der Prozess von Schritt V51 wiederholt die Schritte V5 und V6 Zeitpunkten t2 bis tn bei dem spezifizierten Zeitintervall, um dadurch Bilder G2~Gn einer zweiten bis n-ten Zeitphase zu bilden.
Der Schritt V72 zeigt ein Array der erzeugten Bilder G1~Gn an.
Folglich erzeugt die Vorrichtung kontinuierlich Bilder mit einer praktischen räumlichen Auflösung, obwohl das Sichtfeld schmal ist, mit einer hohen zeitlichen Auflösung, was dem Prüfer ermöglicht, die zeitabhängige Änderung des Körpers zu beobachten. Wenn beispielsweise Kontrastmedium in einen zu untersuchenden Körper injiziert wird, kann die zeitabhängige Änderung des Körpers beobachtet werden.
Gemäß dem diffusionsempfindlichen Bildgebungsverfahren und der MRI-Vorrichtung dieser Erfindung ist es möglich, diffusionsempfindliche Bilder mit einer praktischen räumlichen Auflösung zu erhalten, wobei Bildfehler, die der Körperbewegung zuzuschreiben sind, im Austausch gegen ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierungsachsenrichtung vermindert werden. Das Verfahren und die Vorrichtung sind ebenfalls imstande, diffusionsempfindliche Bilder des gleichen Sichtfelds wie das herkömmliche ohne Bewegungsfehler mit einer praktischen räumlichen Auflösung zu erzeugen. Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen dem Prüfer, eine wahre Diffusion von einer scheinbaren Diffusion zu unterscheiden und sind imstande, hoch diffusionsempfindliche Bilder zu erzeugen.
Gemäß dem dynamischen Bildgebungsverfahren und der MRI-Vorrichtung, die auf dieser Erfindung basieren, ist es möglich, Bilder kontinuierlich mit einer praktischen räumlichen Auflösung und hoher Zeitauflösung im Austausch gegen ein schmales Sichtfeld in der Phasencodierachsenrichtung zu erhalten.

Claims

Diffusionempfindliches Magnetresonanz-Bildgebungsverfahren mit den Schritten: Anlegen eines Anregungs-RF-Pulses (R1) zusammen mit einem Scheiben-Auswahl-Gradienten (S1), der den Anregungsbereich in Richtung einer Scheiben-Auswahl-Achse festlegt; Anlegen eines ersten diffusionsempfindlichen Gradienten (MPG1); Anlegen eines zweiten diffusionsempfindlichen Gradienten (MPG2); Anlegen von Phasencodiergradienten (W) in Richtung einer Phasencodierachse und gleichzeitiges Anlegen einer kontinuierlichen Folge von positiven und negativen Lesegradienten (RA, RB) in Richtung einer Leseachse; Sammeln einer Mehrzahl von Magnetresonanzdaten (e1–em) von einer sich ergebenden Spin-Echo-Signalfolge; gekennzeichnet durch Anlegen eines Umkehr-RF-Pulses (R2) zusammen mit einem das Sichtfeld begrenzenden Gradienten (RS) in Richtung der Phasencodierachse; wobei die Zeitsteuerung zum Anlegen des Umkehrmagnetpulses (R2) und die Zeitsteuerung zum Anlegen der Folge von positiven und negativen Lesegradienten (RA, RB) so eingestellt sind, dass das Zeitintervall von dem Anlegen des Umkehrpulses (R2) zu dem Beginn des Anlegens der Folge positiver und negativer Lesegradienten (RR, RB) länger als in einem Fall ist, in dem die Folge der positiven und negativen Lesegradienten (RA, RB) symmetrisch zum Maximum der Spinechosignalfolge ist.
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung ausgestaltet zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 und mit: Mitteln zum Anlegen eines Anregungs-RF-Pulses (R1) zusammen mit einem Scheiben-Auswahl-Gradienten (S1), der den Anregungsbereich in Richtung einer Scheiben-Auswahlachse begrenzt; Mittel zum Anlegen eines ersten diffusionsempfindlichen Gradienten (MPG1); Mittel zum Anlegen eines zweiten diffusionsempfindlichen Gradienten (MPG2); Mittel zum Anlegen von Phasencodiergradienten (W) in Richtung einer Phasencodierachse und gleichzeitiges Anlegen einer kontinuierlichen Folge positiver und negativer Lesegradienten (RA, RB) in Richtung einer Leseachsen; Datensammelmittel zum Sammeln eine Mehrzahl von Magnetresonanzdaten (e1–em) aus einer sich ergebenden Spin-Echo-Signalfolge; gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen eines Umkehr-RF-Pulses (R2) zusammen mit einem Sichtfeldbegrenzungsgradienten (RS) in Richtung der Phasencodierachse; wobei die Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung so ausgestaltet ist, dass die Zeitsteuerung zum Anlegen des Umkehrmagnetpulses (R2) und die Zeitsteuerung zum Anlagen der Folge positiver und negativer Lesegradienten (RA, RB) so eingestellt sind, dass das Zeitintervall von dem Anlegen des Umkehrpulses (R2) zu dem Beginn des Anlegens der Folge positiver und negativer Lesegradienten (RA, RB) länger ist, als in einem Fall, in dem die Folge positiver und negativer Lesegradienten RA, RB symmetrisch zu einem Maximum der Spinechosignalfolge ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Datensammelmittel ausgestattet sind, um die Magnetresonanzdatensammelarbeit mehrfach auszuführen, während der Datensammelbereich in Richtung der Phasencodierachse bewegt wird; und wobei die Vorrichtung Bildanzeigemittel umfasst, die ausgestaltet sind, um ein diffusionsempfindliches Bild mit einem vergrößerten Sichtfeld zu zeigen, das aus der Zusammensetzung der erzeugten mehreren diffusionsempfindlichen Bilder resultiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die Datensammelmittel ausgestaltet sind, um Magnetresonanzdatensammelarbeit mehrfach für einen festgelegten Sammelbereich auszuführen, während die diffusionsempfindlichen Gradienten geändert werden; und wobei die Vorrichtung Bildanzeigemittel umfasst, die ausgestaltet sind, um die erzeugten mehreren diffusionsempfindlichen Bilder anzuzeigen.