DE69735291T2

DE69735291T2 - Verfahren und vorrichtung zur bilderzeugung durch magnetresonanz

Info

Publication number: DE69735291T2
Application number: DE69735291T
Authority: DE
Inventors: Yo Taniguchi; Hisaaki Ochi; Kenichi Okajima; Satoshi Hirata
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: DE69735291D1; EP1016373B1; CN1584624A; EP1016373A4; JPH09262219A; WO1997035517A1; EP1016373A1; CN100366216C; JP3525007B2; US6222365B1; CN1214622A; CN100437140C

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz (Bildgebung durch Magnetresonanz = magnetic resonance imaging, MRI) und genauer betrifft sie ein Verfahren zur Darstellung eines Bildes mit hoher Auflösung bei einer niedrigen Auslesegradienten-Magnetfeldstärke.
STAND DER TECHNIK
Eine herkömmliche Untersuchungsvorrichtung, die die Magnetresonanz nutzt, nämlich eine herkömmliche Magnetresonanzvorrichtung (wird nachfolgend einfach als eine "Untersuchungsvorrichtung" bezeichnet) besteht z. B. aus einer Anordnung wie sie in 26 dargestellt ist.
In 26 kennzeichnet das Bezugszeichen 2601 einen Magneten zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds, das Bezugzeichen 2602 eine Gradienten-Magnetfeld-Erzeugungsspule zum Erzeugen eines Gradienten-Magnetfeldes, und das Bezugszeichen 2603 kennzeichnet ein zu untersuchendes Objekt. Dieses zu untersuchende Objekt 2603 ist im Bereich zwischen dem ein statisches Magnetfeld erzeugenden Magneten 2601 und der Gradienten-Magnetfeld-Erzeugungsspule 2602 platziert.
Ferner sendet ein Folgesteuergerät 2604 einen Befehl zu einer Spannungsversorgung 2605 für das Gradienten-Magnetfeld sowie zu einem Hochfrequenzimpulsgenerator 2606, um ein Gradienten-Magnetfeld und ein HF- (Hochfrequenz-) Magnetfeld zu erzeugen. Dieses HF-Magnetfeld wird über eine Sonde 2607 an das zu untersuchende Objekt 2603 angelegt.
Andererseits wird ein vom zu untersuchenden Objekt 2603 erzeugtes Signal durch die Sonde 2607 empfangen und dann durch einen Empfänger 2608 detektiert.
Das detektierte Signal wird an einen Computer 2609 geliefert, in dem eine Signalverarbeitungsoperation wie z. B. eine Bildrekonstruktion ausgeführt wird. Das Verarbeitungsergebnis wird auf einer Anzeige 2610 angezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Signale und die Messbedingungen in einem Speichermedium 2611 gespeichert werden können, falls erforderlich.
Falls die Einheitlichkeit des statischen Magnetfeldes eingestellt werden muss, wird eine Shim-Spule 2612 verwendet. Die Shim-Spule 2612 besteht aus einer Mehrzahl Kanäle, an die von einer Shim-Spannungsversorgung 2613 Ströme geliefert werden. Während die Einheitlichkeit des statischen Magnetfeldes eingestellt wird, werden die durch die jeweiligen Spulen fließenden Ströme durch das Folgesteuergerät 2604 gesteuert. Zu dieser Zeit sendet das Folgesteuergerät 2604 einen Befehl an die Shim-Spannungsversorgung 2613, um von der Shim-Spule 2612 ein zusätzliches Magnetfeld zu erzeugen, das uneinheitliche statische Magnetfelder zu korrigieren vermag.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass das Folgesteuergerät 2604 die jeweiligen Vorrichtungen normalerweise derart steuert, dass diese Vorrichtungen zum vorprogrammierten Zeitpunkt und mit den vorprogrammierten Stärken betrieben werden. Unter diesen Programmen wird ein Programm zum besonderen Beschreiben des HF-Magnetfeldes, des Gradienten-Magnetfeldes und der Zeitpunkte/Stärken der Signalempfänge als eine "Impulssequenz" bezeichnet.
Als Nächstes wird nunmehr die sequentielle Bildgebungsoperation bei Verwendung der in 26 gezeigten Untersuchungsvorrichtung unter Bezugnahme auf das Spin-Echo-Verfahren, das einer in 27 angegebenen typischen Impulssequenz entspricht, zusammengefasst.
Das zu untersuchende Objekt 2603 wird in das statische Magnetfeld platziert und während ein Scheiben-Gradienten-Magnetfeld 201 angelegt wird, wird ein Hochfrequenz- (HF-) Magnetfeldimpuls 202 zur magnetischen Erregung angelegt, so dass in einer bestimmten Scheibe innerhalb des Ziels ein Magnetresonanz-Phänomen induziert wird.
Als Nächstes wird ein Phasencodiergradienten-Magnetimpuls 204 zur Anwendung von Positionsinformationen entlang einer Phasenkodierrichtung an eine Magnetisierungsphase angelegt und ein 180°-Impuls 205 angelegt. Danach wird ein Magnetresonanzsignal (Echo) 203 gemessen, während ein Auslesemagnetfeldimpuls 206 zum Anwenden von Positionsinformationen entlang einer Ausleserichtung angelegt ist.
Zum Messen von Daten, die zum Erfassen eines Bildes erforderlich sind, wird die oben beschriebene sequentielle Operation wiederholt ausgeführt, um eine Mehrzahl Echos zu messen. Zu dieser Zeit ist normalerweise eine Wartezeitdauer von mehreren Sekunden nach Beendigung der Echomessung bis zur nächsten Erregung nötig, da mehrere Sekunden erforderlich sind, um die einmal angeregte Magnetisierung in den Gleichgewichtszustand zurückzubringen.
Im Allgemeinen beträgt die Abtastpunktanzahl des Echos gewöhnlich 64 bis 512 pro einem Echo und eine Gesamtzahl von zu messenden Echos beträgt 64 bis 256.
Nachdem eine Messung ausgeführt worden ist, werden Echos auf einem Frequenzraum (k-Raum, Messraum) eines Bildes angeordnet wie in 28 dargestellt. Dann wird ein Bild rekonstruiert, indem eine zweidimensionale Fourier-Transformation ausgeführt wird, um dadurch ein tomographisches Bild zu erfassen. Eine Matrixzahl des Bildes wird (Abtastpunkt eines einzelnen Echos) x (Echoanzahl) dieser Zeit.
Ein Sichtfeld "Wx" entlang der Ausleserichtung und eine Bildpunktgröße "ΔWx" können durch die unten aufgeführten Formeln (1) und (2) ausgedrückt werden, nunmehr vorausgesetzt, dass die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes "Gx" ist, die Abtastraste (Abtastintervall) "Δt" ist und die Abtastpunktanzahl "N" ist. ΔWx = 1/(γ × Gx × Δt × N) (1) Wx = ΔWx × N (2)
In diesen Formeln stellt das Symbol "γ" ein gyromagnetisches Verhältnis eines zu messenden Atoms dar. Was ein Proton betrifft, das normalerweise abgebildet wird, ist dieses gyromagnetische Verhältnis ungefähr gleich 42,5759 MHz/T.
Wie anhand dieser Formeln (1) und (2) offensichtlich ist, sind die folgenden Verfahren als das Mikroskopieverfahren zum Erfassen von Bildern mit hoher Auflösung vorstellbar. Das heißt, entweder die Abtastrate Δt oder das Gradienten-Magnetfeld Gx wird vergrößert oder sowohl die Abtastrate Δt als auch das Gradienten-Magnetfeld Gx werden vergrößert.
Alternativ wird die Abtastpunktanzahl N erhöht.
Bei einer Universalmikroskopie wird die Auflösung durch Vergrößern des Gradienten-Magnetfeldes erhöht. Normalerweise hat ein solches Gradienten-Magnetfeld eine sehr hohe Magnetfeldstärke, z. B. in der Größenordnung von 100 bis 1000 mT/m.
Weil die Messzeit der Echos nicht verlängert wird, können in diesem Fall die durch Relaxation der Magnetisierung verursachte Dämpfung der Signalstärke und auch der durch das uneinheitliche statische Magnetfeld verursachte nachteilige Einfluss unterdrückt werden, und deshalb kann die Verschlechterung der Bildqualität im Vergleich zu einem anderen Mikroskopierverfahren, bei dem eine Abtastrate und eine Abtastpunktanzahl erhöht werden, verringert werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten die unten erwähnten Probleme durch Berücksichtigung der oben erläuterten Mikroskopieverfahren vom Stand der Technik bestimmen.
Zur Durchführung der Mikroskopie in der klinischen MRI-Vorrichtung gemäß der herkömmlichen Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz, die auf die Messung des menschlichen Körpers ausgerichtet ist, ist die Installation dieser klinischen MRI-Vorrichtung in einem Raum wie z. B. einem Untersuchungsraum mit begrenztem Platz erforderlich. Ferner ist eine bessere Linearität über einen weiten Bereich mit einem Durchmesser von ungefähr 40 cm erforderlich und außerdem muss das Gradienten-Magnetfeld erzeugt werden, das ein Magnetfeld mit einer Stärke in der Größenordnung von 100 bis 1000 mT/m aufweist.
Obwohl ein so starkes Gradienten-Magnetfeld in einer kompakten Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz zu einem Analysezweck erzeugt werden kann, besteht jedoch ein Problem, dass dieses starke Gradienten-Magnetfeld nicht in dem weiten Bereich mit dem Durchmesser von ungefähr 40 cm erzeugt werden könnte.
Außerdem gibt es dadurch, dass das Magnetfeld in Verbindung mit der Erzeugung eines so starken Gradienten-Magnetfeldes rasch geändert wird, ein anderes Problem, dass der nachteilige Einfluss auf den menschlichen Körper, nämlich die auf den menschlichen Körper einwirkende Belastung, nicht vernachlässigbar ist.
Es gibt ein Forschungsbeispiel, bei dem die Bildgebung durch Magnetresonanz mehrere zehn Minuten lang bei einem schwachen Gradienten-Magnetfeld durchgeführt wurde. Wird jedoch versucht, diese Bildgebung durch Magnetresonanz auf den klinischen Zweck anzuwenden, ist es wegen einer Beschränkung der Bildgebungszeit unmöglich, eine solche Bildgebung durch Magnetresonanz zu verwirklichen.
Es dürfte auf der Hand liegen, dass die Gradienten-Magnetfeldstärke, die bei der gegenwärtig verfügbaren klinischen MRI-Vorrichtung erzeugt werden kann, so gewählt wird, dass sie in der Größenordnung von maximal 30 mT/m liegt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz sowie ein Verfahren zur Bildgebung durch Magnetresonanz, die auf eine Mikroskopie sogar für einen menschlichen Körper angewendet werden können, ohne ein starkes Gradienten-Magnetfeld erforderlich zu machen, bereitzustellen.
Ein Grundkonzept der vorliegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die 29A und 29B beschrieben.
Die 29A und 29B zeigen Projektionsbilder, die durch inverses Fourier-Transformieren eines der durch eine vorgewählte Impulssequenz erfassten Magnetresonanzsignale (Echos) erzeugt wurden. 29A zeigt ein Projektionsbild, das durch die herkömmliche MRI-Vorrichtung erfasst wurde, wohingegen 29B ein Projektionsbild darstellt, das gemäß der vorliegenden Erfindung erfasst wurde. Die Abszisse gibt die Ausleserichtung an und die Ordinate gibt die Projektionsstärke an.
Im Allgemeinen kann die räumliche Auflösung eines Bildes durch die folgende Formel ausgedrückt werden, nunmehr vorausgesetzt, dass das Auslesegradienten-Magnetfeld "Gx" ist, die Abtastraste "Δt" ist und die Abtastpunktanzahl "N" ist.
In 29A stellt eine Skala "x1" die räumliche Auflösung dar, die durch das Auslesegradienten-Magnetfeld und die Abtastperiode (Δt × N) bestimmt wird. Herkömmlicherweise wird dieser Bereich als ein Bildpunkt eines rekonstruierten Bildes angegeben. Ferner wird die gesamte als ein Bildpunkt angegebene Zone herkömmlicherweise erregt, um die Bilddaten zu erfassen.
Wie anhand 29B offensichtlich ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Zone (dx), die sehr viel schmaler ist als die herkömmliche ein Bildpunkt große Zone (x1), als ein Bildpunkt eines rekonstruierten Bildes eingestellt. Diese Zone dx ist eine durch das Hochfrequenzmagnetfeld und die Auslesegradienten-Magnetfeldstärke bestimmte räumliche Auflösung. Obwohl die Zonen innerhalb des herkömmlichen einen Bildpunktes durch Verändern der Erregungsposition mehrmals abgebildet werden, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Gesamtbilddaten erforderlich, wie in 29B durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nur ein Abschnitt der herkömmlicherweise als ein Bildpunkt angezeigten Zone erregt, und diese erregte Teilzone wird als ein neuer Bildpunkt eingestellt, so dass die räumliche Auflösung erhöht werden kann.
Nunmehr wird die vorliegende Erfindung einfach zusammengefasst.
Zuerst wird gemäß einer Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz der vorliegenden Erfindung eine durch eine Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung bestimmte Minimumeinheit der räumlichen Auflösung "A" als eine Breite von 1 (einem) Bildpunkt entlang einer Ausleserichtung eines Bildes durch eine Bildrekonstruktionseinheit eingestellt. Konkret gesagt wird eine Breite jeder Scheibe in einer Scheibengruppe, die durch Ausstrahlen eines Hochfrequenz- (HF-) Magnetfeldes erregt wird, als die Minimumeinheit der räumlichen Auflösung eingestellt.
Als Nächstes strahlt die Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung eine Mehrzahl HF-Magnetfelder auf ein in einem statischen Magnetfeld vorhandenes zu untersuchendes Objekt aus, während sie ein Gradienten-Magnetfeld entlang der Ausleserichtung anlegt. Folglich wird das zu untersuchende Objekt in einer Scheibengruppe, deren Scheiben abstandsgleich und senkrecht zum Auslesegradientenfeld positioniert sind, erregt.
Als Nächstes legt die Steuereinheit für das Gradienten-Magnetfeld ein Auslesegradienten-Magnetfeld an das zu untersuchende Objekt an, durch das die räumliche Auflösung "B" niedriger wird als die durch die Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung bestimmte räumliche Auflösung "A", mit anderen Worten, die räumliche Auflösung "B" wird grob. Diese räumliche Auflösung "B" wird durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und die Abtastperiode bestimmt. Konkret gesagt, legt die Steuereinheit für das Gradienten-Magnetfeld ein solches Auslesegradienten-Magnetfeld an, dass die räumliche Auflösung B gleich dem Scheibenintervall ist.
Während eine Position einer Scheibe in eine Richtung bewegt wird, entlang der das Auslesegradienten-Magnetfeld bezüglich einer Breite einer Scheibe angelegt ist, wird ein Echo unter einer solchen Bedingung gemessen, dass ein Bildpunkt in der Ausleserichtung als die Minimumeinheit der räumlichen Auflösung A durch Messen des Echos verwendet wird.
Folglich kann eine Mikroskopie auch auf einen menschlichen Körper angewendet werden, da ein Bild aufgebaut werden kann, während die Scheibendicke als die Breite eines Bildpunktes eingestellt wird, indem ein Bild durch die Bildrekonstruktionseinheit auf Basis dieses Echos aufgebaut wird.
Die Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz, die die vorliegende Erfindung zu verwirklichen mag, ist in Anspruch 1 definiert und das Verfahren zur Ausführung der Erfindung ist in Anspruch 11 definiert.
Die US-A-4 665 367 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren ähnlich denjenigen gemäß der vorliegenden Erfindung. Jedoch wird ein einzelner Mehrfrequenzband-Erregerimpuls zur Erregung jeder Scheibengruppe verwendet und die Scheiben erstrecken sich senkrecht zu einer Phasencodierungsgradientenrichtung statt zur Auslesegradientenrichtung.
In MRM 32 (1994) 429–432 ist ein schnelles Volumenabtastverfahren mittels frequenzverschobener BURST-MRI offenbart. Eine Scheibenbreiten-Auflösung A wird durch die BURST-Erregung erreicht und eine Zwischenscheibenspalt-Auflösung B wird zum Auslesen verwendet. Die höhere Auflösung A wird jedoch nicht zur Bildrekonstruktion ausgenutzt. Vielmehr dient die Frequenzverschiebung nur dem Zweck der Vermeidung von Sättigung, wobei die Bildauflösung weiterhin Auflösung B ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Anordnung einer Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Ausführung eines Folgesteuergeräts dieser Ausführungsform 1 schematisch darstellt.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen der in einer Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung eingestellten räumlichen Auflösung und einer in einer Einheit zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke eingestellten räumlichen Auflösung während einer Auslesung.
4 ist eine Veranschaulichung zur Darstellung eines Beispiels für eine Messung von Echos.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz, die zur Erläuterung von Operationen der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß dieser Ausführungsform 1 verwendet wird.
6 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz eines Gradientenecho-Verfahrens.
7 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung eines in einer Scheibengruppe aufgetretenen Erregungszustands.
8 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung eines Grundkonzepts bezüglich des Auftretens der in 7 dargestellten Scheibengruppe.
9 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung der Bewegung der in 8 dargestellten Scheibe.
10 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für eine zur Abbildung eines zweidimensionalen Bildes verwendeten Impulssequenz.
11 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung eines Zustands eines Messraums.
12 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem zweidimensionalen Echosatz.
13 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer anderen Impulssequenz gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung einer Beziehung zwischen einem zu untersuchenden Objekt und einem Sichtfeld in der in 13 dargestellten Impulssequenz.
15 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer anderen Impulssequenz gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer anderen Impulssequenz gemäß der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Abtasten eines Messraumes in der in 16 dargestellten Impulssequenz.
18 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung einer durch die in 16 dargestellte Impulssequenz ausgeführten Messung.
19 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz eines Bildgebungsverfahrens mit Verwendung einer Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung gemäß einer Ausführungsform 2.
20 ist ein Flussdiagramm zur Beschreibung einer durch die Impulssequenz von 19 ausgeführten Messung.
21 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Abtasten eines Messraumes in der Impulssequenz gemäß der Ausführungsform 2.
22 ist eine Veranschaulichung zur Beschreibung einer Beziehung zwischen einem Sichtfeld und einer Projektion und auch einer anderen Beziehung zwischen dem Sichtfeld und einer erregten Zone in der Impulssequenz gemäß der Ausführungsform 2.
23 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz gemäß einer Ausführungsform 3.
24 ist eine Veranschaulichung zur Erläuterung einer Impulssequenz einer Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
25 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Grundkonzepts der Impulssequenz gemäß der in 24 dargestellten Ausführungsform 4.
26 ist ein Blockdiagramm, das die Ausführung der herkömmlichen Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz schematisch darstellt.
27 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Impulssequenz in der herkömmlichen Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz.
28 ist ein Schema zur Beschreibung des Messraumes.
29A und 29B sind Veranschaulichungen zur Erläuterung eines Grundkonzepts der vorliegenden Erfindung.
BESTE ART ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Verbindung mit Ausführungsarten (Ausführungsformen) der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
Es sie darauf hingewiesen, dass zur Kennzeichnung der Komponenten mit den gleichen Funktionen in allen Zeichnungen, die zur Erläuterung der Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung verwendet werden, identische Bezugszeichen verwendet werden, weshalb auf eine wiederholte Beschreibung von ihnen verzichtet wird.
(Ausführungsform 1)
1 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Anordnung einer Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 101 kennzeichnet einen ein statisches Magnetfeld erzeugenden Magneten; das Bezugszeichen 102 eine ein Gradienten-Magnetfeld erzeugende Spule; das Bezugszeichen 103 kennzeichnet ein zu untersuchendes Objekt; das Bezugszeichen 104 ein Folgesteuergerät (Einheit zur Impulssequenzsteuerung) dar; das Bezugszeichen 105 kennzeichnet eine Spannungsversorgung für das Gradienten-Magnetfeld; und das Bezugszeichen 106 einen Hochfrequenzimpulsgenerator. Ferner kennzeichnet das Bezugs zeichen 107 eine Sonde; das Bezugszeichen 108 zeigt einen Empfänger; das Bezugszeichen 109 kennzeichnet einen Computer (Bildrekonstruktionseinheit); das Bezugszeichen 110 eine Anzeige; das Bezugszeichen 111 stellt ein Speichermedium dar; das Bezugszeichen 112 kennzeichnet eine Shim-Spule und das Bezugszeichen 113 eine Shim-Spannungsversorgung.
In 1 ist der ein statisches Magnetfeld erzeugende Magnet 101 ein hinreichend bekannter Magnet zur Erzeugung (Generierung) eines statischen Magnetfelds, z. B. ein Dauermagnet oder ein supraleitender Magnet.
Die ein Gradienten-Magnetfeld erzeugende Spule 102 ist eine hinreichend bekannte Spule zur Erzeugung eines Gradienten-Magnetfelds. Während z. B. die Körper-Axialrichtung des zu untersuchenden Objekts 103 als die Z-Achsen-Richtung eingestellt ist und ferner eine X-Achse und eine zur X-Achse senkrechte Y-Achse als ein Koordinatensystem zur Spezifizierung einer Position innerhalb einer senkrecht zu dieser Z-Achse angeordneten Ebene eingestellt sind, erzeugt diese ein Gradienten-Magnetfeld erzeugende Spule 102 lineare Gradienten-Magnetfelder Gx, Gy und Gz, die vorgegebene Gradienten entlang der jeweiligen X-Achsen-, Y-Achsen- und Z-Achsen-Richtungen haben.
Ferner ist diese ein Gradienten-Magnetfeld erzeugende Spule 102 mit der Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld verbunden und erzeugt als Reaktion auf einen von dieser Spannungsversorgung 105 gelieferten Strom ein Gradienten-Magnetfeld.
Das Folgesteuergerät 104 ist ein hinreichend bekanntes Folgesteuergerät, das eine Operationssequenz und dgl. voreinzustellen vermag. Das Folgesteuergerät 104 empfängt z. B. eine im Computer 109 aufgebaute Messsequenz als Daten und gibt Operationssignale an den Hochfrequenzimpulsgenerator 106, den Empfänger 108, die Shim-Spannungsversorgung 113, das Speichermedium 111 und dgl. auf Basis der Reihenfolge oder Sequenz dieser Daten aus, um die Vorrichtungen zu steuern.
Die Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld ist eine hinreichend bekannte Spannungsversorgung. Die Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld ist z. B. durch drei Spannungsversorgungsaggregate zum Ansteuern der oben beschriebenen jeweiligen ein Gradienten-Magnetfeld erzeugenden Spulen 102 entlang der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung ausgeführt.
Der Hochfrequenzimpulsgenerator 106 ist eine Schaltung zum Erzeugen eines hinreichend bekannten Hochfrequenzimpulses mit selektiver Erregung, der zum selektiven Auswählen einer Position einer zu messenden Scheibe verwendet wird. Der Hochfrequenzimpulsgenerator 106 ist z. B. durch einen hinreichend bekannten Synthesizer zum Erzeugen einer als ein Bezug dienende Hochfrequenz, eine Modulationsschaltung zum Modulieren der durch diesen Synthesizer erzeugten Hochfrequenz zum Erhalten eines vorgegebenen Signals und eine Verstärker zum Verstärken des modulierten elektrischen Signals ausgeführt.
Die Sonde 107 ist eine Spule, die den durch den Hochfrequenzimpulsgenerator 106 erzeugten Impuls konvertiert, diesen erzeugten Impuls zu dem zu untersuchenden Objekt leitet, um den geleiteten Impuls auf dieses zu untersuchende Objekt auszustrahlen, und empfängt auch ein von dem zu untersuchenden Objekt abgestrahltes Signal (entweder Echosignal oder Echo), um dieses empfangene Signal an den Empfänger 108 zu leiten.
Der Empfänger 108 ist ein Schaltungsblock, der das von dem zu untersuchenden Objekt ausgestrahlte und von der Sonde 107 geleitete Echo detektiert und dieses Detektionsergebnis in ein digitales Signal konvertiert und danach das digitale Signal an den Computer 109 ausgibt. Der Empfänger 108 ist durch einen hinreichend bekannten A/D-Wandler zum Konvertieren eines elektrischen Signals in digitale Informationen ausgeführt.
Der Computer 109 ist eine hinreichend bekannte Informationsverarbeitungsvorrichtung (Berechnungsverarbeitungseinheit), die z. B. die oben beschriebene Messsequenz als Satzdaten ausgibt und auch ein tomographisches Bild auf Basis eines Echos rekonstruiert.
Die Anzeige 110 ist eine hinreichend bekannte Vorrichtung zum Anzeigen eines vom Computer 109 ausgegebenen Bild- oder Videosignals.
Das Speichermedium 111 ist eine hinreichend bekannte Speichervorrichtung, um gemessene Echos, tomographische Bilder, Messbedingungen und Sequenzen in sie hinein zu speichern. Eine Magnetscheibenvorrichtung, eine Halbleiterspeicher, eine magneto-optische Speicher vorrichtung, eine Magnetbandvorrichtung und dgl. werden z. B. als dieses Speichermedium 111 verwendet.
Die Shim-Spule 112 ist eine Spule zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das zur Aufrechterhaltung der Einheitlichkeit des durch den ein statisches Magnetfeld erzeugenden Magnet 101 erzeugten statischen Magnetfeldes verwendet wird. Ein Strom wird von der Shim-Spannungsversorgung 113 an die Shim-Spule 112 geliefert.
Die Shim-Spannungsversorgung 113 ist eine Shim-Stromversorgung zum Liefern eines Stroms an die Shim-Spule 112 auf Basis des Ausgangs des Folgesteuergeräts 104.
Es sei darauf hingewiesen, dass ähnlich wie bei der herkömmlichen Vorrichtung bei der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz der Ausführungsform 1 Daten zum Beschreiben insbesondere des Hochfrequenzmagnetfeldes, des Gradienten-Magnetfeldes, der Zeitgebung zum Signalempfang und der Stärke unter den Daten des Messsequenzsatzes im Computer 109 als eine "Impulssequenz" bezeichnet werden.
2 ist ein Blockdiagramm zur schematischen Darstellung einer Ausführung des Folgesteuergeräts gemäß dieser Ausführungsform 1. Das Bezugszeichen 401 kennzeichnet eine Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung, das Bezugszeichen 402 eine Einheit zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke und das Bezugszeichen 403 kennzeichnet eine Steuerung.
Das in 2 dargestellte Folgesteuergerät steuert den Hochfrequenzimpulsgenerator 106, den Empfänger 108, die Shim-Spannungsversorgung 113, die Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld und das Speichermedium 111 gemäß einer Sequenz (wird später besprochen), so dass die räumliche Auflösung eines Bildes höher gemacht werden kann als die durch eine Stärke eines Auslesegradienten-Magnetfeldes und einen Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung.
Als Nächstes wird eine Funktionsweise des Folgesteuergeräts zusammengefasst. Zuerst steuert die Einheit 401 zur Steuerung der räumlichen Auflösung den Hochfrequenzimpulsge nerator 106 und die Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld, so dass die räumliche Auflösung eines abzubildenden oder zu fotografierenden Bildes eingestellt wird.
Als Nächstes steuert die Einheit 402 zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke die Spannungsversorgung 105 für das Gradienten-Magnetfeld, um eine Auslesegradienten-Magnetfeldstärke einzustellen, wenn ein Echo gemessen wird. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die Einheit 402 zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke den Empfänger 108 zur gleichen Zeit steuert, um auch Echos zu messen. Zu dieser Zeit wird die durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung niedriger als die durch die Einheit 401 zur Steuerung der räumlichen Auflösung eingestellte räumliche Auflösung, sie wird nämlich grob.
3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen der in der Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung eingestellten räumlichen Auflösung und der räumlichen Auflösung während einer Auslesung, die in der Einheit zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke eingestellt ist.
Der Einfachheit halber ist das erklärende Diagramm von 3 zweidimensional dargestellt. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Inneres eines zu untersuchenden Objekts in Streifenform mit abstandsgleichen Intervallen in der Einheit 401 zur Steuerung der räumlichen Auflösung erregt wird.
Das Bezugszeichen 501 kennzeichnet die Breite eines Streifens, das Bezugszeichen 502 gibt ein Intervall des Streifens an und das Bezugszeichen 503 kennzeichnet eine Projektion (Projektionszeichnung), die durch die Verarbeitung von Echos mittels der eindimensionalen inversen Fourier-Transformation erzeugt wird.
Was ferner die durch Pfeile in 3 angegebenen Koordinatenachsen betrifft, kennzeichnet die Abszisse die Ausleserichtung an und die Ordinate gibt die Projektionsrichtung.
Ein Maßstab "B" in der Projektion 503 ist gleich der durch das Auslesegradienten-Magnetfeld und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung.
Echos werden durch Einstellen einer durch das Auslesegradienten-Magnetfeld und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung gemessen, so dass sie gleich einem Intervall 502 des Streifens wird, und die räumliche Auflösung der Projektion 503, die durch inverse Fourier-Transformation eines der gemessenen Echos erhalten wird, gleich dem Intervall 502 des Streifens ist. Die in ihr enthaltenen Informationen entsprechen jedoch den Informationen von nur einem Abschnitt des erregten Streifens. Deshalb kann gesagt werden, dass die räumliche Auflösung der Projektion 503 gleich der Breite 501 des Streifens ist.
Wenn die erfasste Projektion als ein Bild angezeigt wird, wird deswegen eine Minimumeinheit der durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung, nämlich das Intervall 502 des Streifens in 3, nicht auf 1 (einen) Bildpunkt eingestellt, sondern die Breite 501 des Streifens wird auf 1 (einen) Bildpunkt eines Bildes eingestellt. Folglich kann das Bild mit der höheren räumlichen Auflösung als die durch die Auslesegradienten-Magnetfeldstärke und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung 502 erhalten werden.
Es dürfte auf der Hand liegen, dass nur die Projektion eines Abschnitts des zu untersuchenden Objekts während einer einzelnen Messung gemessen werden kann, wie in dieser Zeichnung dargestellt ist.
Folglich müssen zur Messung der Projektion des gesamten zu untersuchenden Objekts, während die Position des gesamten Streifens willkürlich geändert wird, die Echos wiederholt ausgeführt werden.
Ein Beispiel für die Echowiderholungsmessung ist in 4 veranschaulicht. Die Bezugszeichen 504, 505 und 506 zeigen Projektionen, die durch inverses Fourier-Transformieren eines der durch Ausführen einer ersten Impulssequenz, einer zweiten Impulssequenz bzw. einer 16. Impulssequenz gemessenen Echos erhaltenen werden.
Mit anderen Worten zeigt dies ein Bild, bei dem eine Scheibengruppe auf die X-Achse projiziert ist. Ein anderer Maßstab "B" ist der gleiche wie im Falle von 2.
Dagegen kennzeichnet das Bezugszeichen 507 eine vollständige Projektion, die durch Synthetisieren der von der ersten Impulssequenz bis zur 16. Impulssequenz erfassten Projektionen miteinander erhalten wird.
Wenn in diesem Beispiel die jeweiligen Sequenzen nach der zweiten Impulssequenz ausgeführt werden, wird die Erregung derart ausgeführt, dass die Position des Gesamtstreifens um die Zahl verschoben wird, die erhalten wird durch Multiplizieren der Breite des Streifens mit einer ganzen Zahl bezüglich des Streifens, der während der Messung unmittelbar vor der gegenwärtigen Messung erregt wurde. 4 stellt ein Beispiel dar, bei dem die Position des Gesamtstreifens nacheinander nur um die Breite eines einzigen Streifens verschoben wird.
Zu dieser Zeit werden Impulssequenzen "m"-mal (insgesamt) wiederholt ausgeführt, falls das Intervall des Streifens gleich der durch Multiplizieren der Breite des Streifens mit "m" erhaltenen Zahl ist. Wie in 4 dargestellt, werden mit anderen Worten in einem Fall, in dem ein Verhältnis der Breite des Streifens zum Intervall des Streifens gleich 1:16 ist, die Impulssequenzen insgesamt 16 mal wiederholt ausgeführt.
Als Nächstes wird jedes der gemessenen Echos durch die inverse Fourier-Transformation verarbeitet, um die Projektionen 504 bis 506 zu bilden. Diese Projektionen 504 bis 506 werden einander überlappt, so dass die Projektion 507 des gesamten zu untersuchenden Objekts synthetisiert werden kann.
Zu dieser Zeit ist 1 (ein) Bildpunkt dieser Projektion nicht gleich der Minimumeinheit der durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung, nämlich das Intervall 502 des Streifens, sondern gleich der Breite 501 des Streifens. Die Breite 501 des Streifens ist gleich der durch das Hochfrequenzmagnetfeld und das Auslesegradienten-Magnetfeld bestimmten räumlichen Auflösung.
Beim herkömmlichen Verfahren wie z. B. dem Spin-Echo-Verfahren ist die durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung 502 die räumliche Auflösung des Bildes. Zur Erzielung der gleichen räumlichen Auflösung wie die Projektion 507 muss folglich die durch die Stärke des Gradienten-Magnetfeldes und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung 502 gleich der Breite 501 des Strei fens gemacht werden, während die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes gemäß der oben beschriebenen Formel (3) stark gemacht wird.
Wie in 4 dargestellt ist, muss mit anderen Worten die Stärke des Gradienten-Magnetfeldes des herkömmlichen Verfahrens 16 mal stärker gemacht werden als die des Verfahrens der Erfindung, wenn das Verhältnis der Breite 501 des Streifens zum Intervall 502 des Streifens 1:16 ist.
Als Nächstes ist in 5 eine Impulssequenz dargestellt, die zur Erläuterung von Operationen der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß dieser Ausführungsform 1 verwendet wird. Indem nunmehr auf diese Zeichnung Bezug genommen wird, wird ein Verfahren zum Einstellen der räumlichen Auflösung des Bildes in der Ausleserichtung der Einheit 401 zur Steuerung der räumlichen Auflösung der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß dieser Ausführungsform 1 beschrieben.
In 5 zeigt das Symbol "RF" ein Hochfrequenzmagnetfeld, das Bezugszeichen 601 zeigt eine Abschnitt zur Steuerung der räumlichen Auflösung, Bezugszeichen 602 gibt einen HF-Impuls an, Bezugszeichen 603 stellt einen Erregungsgradienten-Magnetfeldimpuls dar, Bezugszeichen 604 gibt einen 180°-Impuls an und Bezugszeichen 605 stellt einen Auslesegradienten-Magnetfeldimpuls dar. Ferner gibt Bezugszeichen das 606 ein Echo an, Bezugszeichen 608 zeigt einen Abschnitt zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke und weitere Symbole Gx, Gy und Gz zeigen wie oben erläutert die Gradienten-Magnetfelder entlang der jeweiligen x-Achsen-, y-Achsen- und z-Achsen-Richtungen. Die Ausleserichtung ist zu dieser Zeit gleich der x-Richtung.
Die durch eine Mehrzahl HF-Impulse 602 erregte Magnetisierung wird durch den 180°-Impuls invertiert. Dann wird die invertierte Magnetisierung durch das Auslesegradienten-Magnetfeld wieder in Phase gebracht (phaseninvertiert), um ein Echo 606 zu erzeugen.
In dieser Ausführungform 1 wird eine Mehrzahl Echos 606 erzeugt, da die Erregung durch den Erregungsimpuls 602 mehrmals ausgeführt wird. Im Allgemeinen ist eine Gesamtzahl der Echos 606 gleich einer Gesamtzahl bei der Erregung verwendeter HF-Impulse 602. Ferner entspricht das erste Echo 606 einem Echo 606, das durch den zum Schluss ausge strahlten HF-Impuls 602 erzeugt wird, wohingegen das letzte Echo 606 einem Echo 606 entspricht, das durch den zuerst ausgestrahlten HF-Impuls 602 erzeugt wird.
Normalerweise wird die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldimpulses 605 dem Erregungsgradienten-Magnetfeldimpuls 603 gleich gemacht und die Anfangszeit des Anlegens des Auslesegradienten-Magnetimpulses 605 wird angepasst, damit die Mitte des HF-Impulses 602 zur Mitte des Echos 606 bezüglich der Ausstrahlungsmitte des 180°-Impulses hinsichtlich der Zeit symmetrisch gemacht wird. Durch Ergreifen einer solchen Maßnahme werden die jeweiligen Echos 606 Spin-Echos, die durch das uneinheitliche statische Magnetfeld nicht nachteilig beeinflusst werden.
Aus der Korrespondenzbeziehung zwischen dem HF-Impuls 606 und dem Echo 606 unterscheiden sich die Echozeiten der jeweiligen Echos 606 voneinander. Je früher das Echo 606 gemessen wird, desto kürzer wird die Echozeit.
Folglich hat jedes der Echos 606 unterschiedliche T2-Verstärkungsgrade (T2-Enhancement-Grade). Je größer die T2-Verstärkungsgrade der nachfolgenden Echos werden, desto kleiner werden die Echostärken. Außerdem sind die Eigenschaften der jeweiligen Echos grundsätzlich einander identisch, obwohl es einen kleinen Unterschied bei den Einflüssen gibt, der durch die Eigenschaften der Vorrichtung wie z. B. Wirbelstrom verursacht wird.
Wie in 6 dargestellt, können Echos durch Verwendung des invertierten Auslesegradienten-Magnetfeldes 607 ohne Ausstrahlen des 180°-Impulses 604 gemessen werden.
Dieses Echo wird als ein "Gradientenecho" bezeichnet. Wird der 180°-Impuls verwendet, ist es möglich, ein Spin-Echo zu erfassen, das durch das uneinheitliche statische Magnetfeld nicht nachteilig beeinflusst wird. Da der 180°-Impuls ausgestrahlt wird, ist normalerweise eine zusätzliche Zeit von mehreren ms erforderlich.
Da jedoch eine solche Struktur wie in 6 dargestellt verwendet wird, kann die Echozeit jedes Echos verkürzt und das Signal-/Rauschverhältnis des Echos verbessert werden.
Der Abschnitt 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung ist so ausgeführt, dass eine Mehrzahl HF-Impulse 602 ausgestrahlt wird, während der Erregungsgradienten-Magnetfeldimpuls 603 entlang der x-Richtung angelegt wird. Diese Ausführung selbst ist das hinreichend bekannte Verfahren, das in der JP-B-6-34784 detaillierter beschrieben ist.
Wie durch breite Linien von 7 angedeutet wird die Erregungszone eines Innern 701 des zu untersuchenden Objekts eine senkrecht zur x-Richtung angeordnete Scheibengruppe 702, da die oben beschriebenen Magnetfelder 602 und 603 an das zu untersuchende Objekt 103 angelegt werden.
Es dürfte auf der Hand liegen, dass die jeweiligen Scheiben abstandsgleich positioniert sind und dieselbe Dicke haben.
Als Nächstes zeigt 8 ein erklärendes Diagramm zur Erläuterung eines Prinzips des Auftretens der in 7 angegebenen Scheibengruppe. Das Prinzip des Auftretens der Scheibengruppe wird nunmehr auf Basis dieser Zeichnung beschrieben.
Wenn in 8 eine Wellenform in einer linken Spalte Fourier-transformiert wird, wird eine andere Wellenform erhalten, wie in einer rechten Spalte dargestellt. Die linke Spalte zeigt eine Form eines HF-Impulses und die rechte Spalte zeigt eine diesem HF-Impuls entsprechende Frequenzverteilung. Die Ordinate von 8 gibt eine Stärke an, wohingegen die Abszisse davon Zeit in der linken Spalte und eine Frequenz in der rechten Spalte darstellt.
Als Nächstes wird in der linken Spalte bezüglich einer 3-Spitzen-Wellenform 801 einer sinc-Funktion eine Faltungsberechnung (*) 802 mit einem zeitlich unendlichen abstandsgleichen Impulsstrom 803 ausgeführt. Wird außerdem das gefaltete Ergebnis mit einer Rechteckwelle 805 (Produkt (x) 804) multipliziert, wird es ein zeitlich endlicher 3-Spitzen-Strom 806 der sinc-Funktion. Der endliche Strom 806 entspricht dem Impuls 602 von 5.
Nunmehr vorausgesetzt, dass die Breite der 3-Spitzen-Wellenform 801 der sinc-Funktion "a" ist, das Intervall des Impulsstroms 803 "b" ist und die Breite der Rechteckwelle 805 "b × n (wobei "n" eine positive ganze Zahl ist)" ist, wird das Intervall des sinc-Funktionsstroms 806 "b" und die Anwendungszeit jeder der sinc-Funktionen wird "a".
Wird die Fourier-Transformation bezüglich jeder der oben beschriebenen Wellenformen ausgeführt, werden aus der Fourier-transformierten Wellenform die in der rechten Spalte dargestellten Wellenformen. Die Faltungsberechnung 802 wird zu einem Produkt 808 konvertiert und das Produkt 804 wird zu einer Faltungsrechnung 810 konvertiert.
Wie aus 8 offensichtlich ist, wird ferner eine Frequenzverteilung ein abstandsgleicher endlicher sinc-Funktionsstrom 812, falls die HF-Impulsserie 806 projiziert wird. Es sollte klar sein, dass das Frequenzband der Rechteckwelle 807 4/a ist, das Intervall des Impulsstroms 809 1/b ist und die Breite des Hauptzipfels der sync-Funktion 811 2/(b x n) wird. 2/(b × n) entspricht dem in 4 dargestellten 501 und 1/b entspricht dem in 4 dargestellten 502.
Wenn ferner der Seitenzipfel der sinc-Funktion 812 vernachlässigt wird, kann man sich die Frequenzverteilung als einen Impulsstrom mit einer Breite von 2/(b × n) vorstellen.
Bei der oben beschriebenen Erläuterung wird die 3 Spitzen aufweisende sinc-Funktion als der HF-Impuls verwendet. Alternativ kann ein optimierter Impuls mit einer verbesserten Form der sinc-Funktion, deren Spitzenanzahl erhöht ist, verwendet werden.
Es dürfte auf der Hand liegen, dass in dieser Beschreibung ein "optimierter Impuls" einen Impuls impliziert, bei dem die Wellenform eines HF-Impulses optimiert ist, um die Verzerrung einer Rechteckwellenform so weit wie möglich zu verringern.
Konkret gesagt kann z. B. die Wellenform verwendet werden, die beschrieben ist in S. Conolly et al., "Optimal Control Solutions to the Magnetic Resonance Selective Excitation Problem IEEE Trans. on Medical Imaging", Bd. MI-5, Nr. 2, Seiten 106 bis 115, aus dem Jahre 1986. Da ein solcher optimierter Impuls verwendet wird, kann das Phänomen der Bildschattierung unterdrückt werden.
Nunmehr sei vorausgesetzt, dass die Anzahl der Spitzen der sinc-Funktion so gewählt wird, dass sie "s" ist (wobei das Symbol "s" eine positive ungerade ganze Zahl ist), wird das Frequenzband der Rechteckwelle 807 (s + 1)/a. Je größer "s" wird, um so stärker wird die Verzerrung der Form der Rechteckwelle 807 verkleinert. Da jedoch die zum Verwirklichen desselben Frequenzbands erforderliche Ausstrahlungszeit "a" verlängert ist und der freie Grad im Impulsintervall "b" gesenkt wird, kann "s" so gewählt werden, dass es bei der normalen Abbildungsoperation 3 ist.
Da jedoch die Verzerrung in der Rechteckwelle 807 für das Schattierungsphänomen des Bildes verantwortlich ist, kann die Gesamtzahl der Spitzen erhöht werden, oder es kann der optimierte Impuls verwendet werden, wenn die Verschlechterung der Bildqualität erheblich ist.
Falls ein Gradient einer Resonanzfrequenz im zu untersuchenden Objekt erzeugt wird, während ein Gradienten-Magnetfeld angelegt ist, wenn die HF-Impulsserie 806 ausgestrahlt wird, wird die Erregungszone im zu untersuchenden Objekt eine abstandsgleiche und senkrecht zur Richtung, entlang welcher das Gradienten-Magnetfeld angelegt ist, angeordnete Scheibengruppe, wie in 7 dargestellt ist.
Wird dieser Erregungszustand als ein Projektionsbild dargestellt, ist dieses Projektionsbild in 4 gezeigt. Die Dicke 501 der Scheibe ist 2/(b × n) und das Intervall 502 der Scheibe ist 1/b. Wird nunmehr vorausgesetzt, dass die Gradientenmagnetstärke als "Gx" gewählt wird, wird die Dicke W der Erregungszone entlang der Ausleserichtung durch die unten aufgeführte Formel (4) angegeben: W = (s + 1)/a/(γ × Gx) (4)
Ferner wird die räumliche Auflösung entlang der Ausleserichtung, nämlich die Dicke "d" der Scheibe, durch die folgende Formel (5) angegeben: d = 2/(b × n)/(γ × Gx) (5)wobei das Intervall 502 der Scheibe 1/b/(γ × Gx) wird.
Während dieses Echo gemessen wird, wird die durch die Auslesegradienten-Magnetfeldstärke und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung ΔWx gleich dem Intervall 502 dieser Scheibe gemacht und sie ist durch die folgende Formel (6) definiert: ΔWx = 1/b/(γ × Gx) (6)
Wenn die durch die Formel (1) definierte Beziehung verwendet wird, wird in diesem Fall eine Beziehung zwischen dem Intervall "b" des HF-Impulses, der Abtastrate "Δt" und der Abtastpunktanzahl "N" wie folgt angegeben: b = Δt × N (7)
Ein Kippwinkel jedes der HF-Impulse wird so gewählt, dass er ungefähr 90/n° beträgt, und ein Gesamtkippwinkel der HF-Impulse wird auf dieselbe Weise wie beim Spin-Echo-Verfahren 90°. Falls dieselbe Scheibe erregt wird, ohne dass eine ausreichende Wiederholzeit lang gewartet wird, wird – falls der Gesamtkippwinkel der HF-Impulse kleiner als 90° gemacht wird, – die nach dem zweiten HF-Impuls auftretende Signaldämpfung verringert, so dass das Signal-/Rauschverhältnis des Echos erhöht werden kann.
Zur Abbildung des gesamten zu untersuchenden Objekts ohne Auslassen von Bildern müssen die Echos wiederholt gemessen werden, während die Position der Scheibengruppe geändert wird. Die Position der Scheibengruppe kann verschoben werden, indem die Frequenz der verwendeten Trägerwelle geändert wird, wenn die HF-Impulsserie ausgestrahlt wird.
Falls z. B. eine an die vorher erregte Scheibe angrenzende Scheibe erregt wird, kann die Trägerfrequenz durch eine der Dicke der Scheibe entsprechende Frequenz von 2/(b × n) geändert werden.
Mit anderen Worten, wird wie in 9 dargestellt nunmehr vorausgesetzt, dass die Trägerfrequenz der HF-Impulsserie 901 "f₀" ist und ein durch diese HF-Impulsserie verursachtes Erregungsprofil (das Projektion 503 entspricht) 902 ist, so dass ein Erregungsprofil 904 um 2/(b × n) bezüglich des Erregungsprofils 902 verschoben wird, wenn die Trägerfrequenz der HF-Impulsserie 903 so gewählt wird, dass sie f₀ + 2/(b × n) ist.
Da das Scheibenintervall 502 zu dieser Zeit 1/b ist, während die Frequenz der Trägerwelle alle 2/(b × n) geändert wird, können alle Informationen entlang der Ausleserichtung erfasst werden, falls die Echomessung insgesamt n/2 mal wiederholt durchgeführt wird.
Als ein anderes Verfahren zum Verschieben einer Position einer Scheibe gibt es ein Verfahren des Änderns einer Stärke eines statischen Magnetfeldes.
Dieses wird durch die von dem in 1 dargestellten Folgesteuergerät 104 gesteuerte Shim-Spannungsversorgung 113 und auch durch die an diese Shim-Spannungsversorgung 113 angeschlossene Shim-Spule 112 verwirklicht.
Nunmehr vorausgesetzt, dass das gyromagnetische Verhältnis des zu untersuchenden Kerns (normalerweise Protons) "γ" ist, gibt es eine durch die unten aufgeführte Formel (8) definierte solche Beziehung zwischen einer Änderung ΔH der Stärke des statischen Magnetfeldes und einer Änderung Δf der Resonanzfrequenz: Δf = γ × ΔH (8)
Folglich kann die Position der Scheibe nur um eine Dicke einer einzigen Scheibe verschoben werden, wenn der an die Shim-Spule 112 gelieferte Strom geändert wird und auch die Stärke des statischen Magnetfeldes nur um eine solche ΔH geändert wird, die die unten aufgeführte Formel (9) zu erfüllen vermag: γ × ΔH = 2/(b × n) (9)
Als Ergebnis wird die Spitze des in 8 dargestellten 812 um einen Impuls verschoben. Die oben beschriebenen zwei Verfahren, mit denen die Scheibenposition verschoben werden kann, können auf die jeweiligen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
Als Nächstes ist in 10 ein Beispiel für eine zur Abbildung eines zweidimensionalen Bildes verwendete Impulssequenz dargestellt. Auf Basis dieser Zeichnung wird nunmehr ein Verfahren zur Abbildung eines zweidimensionalen Bildes durch Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der räumlichen Auflösung beschrieben.
Dieses Beispiel ist eine Impulssequenz, bei der das Fourier-Transformationsverfahren zum Rekonstruieren eines Bildes angewendet wird. Diese Impulssequenz wird gebildet durch Hinzufügen jedes eines Dephasengradienten-Magnetfeldimpulses 112 und eines Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses 123, um der Magnetisierung Positionsinformationen entlang der y-Richtung zu geben, und eines scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses 121, um der Magnetisierung Positionsinformationen entlang der z-Richtung zu geben, zu der in 4 dargestellten Impulssequenz.
Da der scheibenselektive Gradienten-Magnetfeldimpuls 121 zur gleichen Zeit angelegt wird, zu der der 180°-Impuls 604 angelegt wird, wird nur die Magnetisierung eines Abschnitts entlang der z-Achsenrichtung selektiv invertiert, und folglich wird eine senkrecht zur z-Achse angeordnete Scheibe bestimmt. Nur diese invertierte Magnetisierung wird durch den Auslesegradienten-Magnetfeldimpuls 605 wieder in Phase gebracht, so dass das Echo 606 erhalten wird.
Als Folge können Informationen über nur eine bestimmte Scheibe entlang der z-Richtung erhalten werden. Die Position und die Scheibe können zu dieser Zeit auf Basis der Frequenz der Trägerwelle des 180°-Impulses 604 und der Stärke des scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses 121 frei gesteuert werden.
Falls z. B. die Wellenform des 180°-Impulses 604 "m" Spitzen der sinc-Funktion hat, werden eine Position "z" einer Scheibe und eine Dicke "Δz" dieser Scheibe durch die unten erwähnten Formeln (10) und (11) angegeben: z = (f – f0)/(γ × Gz) (10) Δz = (m + 1)/(γ × Gz × t) (11)
Es sei darauf hingewiesen, dass das Symbol "f' eine Trägerfrequenz, das Symbol "f₀" eine Resonanzfrequenz angibt, das Symbol "γ" ein gyromagnetisches Verhaltnis bezeichnet, das Symbol "Gz" eine Stärke eines scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses darstellt und das Symbol "t" die Projektionszeit eines 180°-Impulses angibt.
Da der Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 122 und der Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpuls 123 angelegt werden, werden die Positionsinformationen entlang der y-Richtung auf die Magnetisierung angewendet und tasten die Echos einen k-Raum (Messraum) ab, wie in 11 dargestellt. Mit anderen Worten wird durch den Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 122 ein erstes Echo entlang der Minusrichtung der ky-Achse positioniert und entlang ihrer Plusrichtung bei jedem Echo durch die Rephasierung durch den Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpuls 123 bewegt.
Ferner tasten die Echos den k-Raum entlang der schrägen Richtung ab, weil der Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpuls 123 ununterbrochen angelegt ist. Zu der Zeit, zu der der Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 122 durch den Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpuls 123 aufgehoben wird, schneiden die Echos eine kx-Achse. Es sei darauf hingewiesen, dass statt des Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses 123 selbst dann, wenn dieser Impuls invertiert wird und der invertierte Impuls zusammen mit der Ausstrahlung des HF-Impulses 602 angelegt wird, die gleiche Wirkung erreicht werden kann wie bei der gleichen Phasencodierung.
Ein Sichtfeld "Wy" entlang der y-Richtung wird durch die Stärke "Gy" des Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses 122 und das Echointervall "b" bestimmt und durch die folgende Formel (12) angegeben: Wy = 1/(γ × Gy × b) (12)
Ferner ist die räumliche Auflösung "Δy" entlang der y-Richtung von einer Tatsache abhängig, d. h. wie breit die Echos "ky" abtasten. Falls z. B. "ny" Stücke von Echos derart gemessen werden, dass die Messung bezüglich der kx-Achse symmetrisch wird, ist die räumliche Auflösung Δy durch die folgende Formel (13) definiert: Δy = Wy/ny (13)
Ferner ist in einem Fall, in dem die halbe Fourier-Transformation ausgeführt wird, um ein 32 Echos entsprechendes Bild zu erzeugen, während bezüglich der kx-Achse 4 Echos auf einer Seite angeordnet sind und 16 Echos auf der anderen Seite angeordnet sind, die räumliche Auflösung Δy durch die unten aufgeführte Formel (14) definiert: Δy = Wy/32 (14)
Zur Abbildung des gesamten Bildes des zu untersuchenden Objekts 103 wird die Impulsfolge auf ähnliche Weise wie die oben beschriebene Weise wiederholt ausgeführt, während die Position der Scheibengruppe geändert wird. Mit anderen Worten können alle Informationen entlang der Ausleserichtung erfasst werden, wenn die Messung insgesamt n/2-mal wiederholt ausgeführt wird. Folglich können n/2 Stücke der zweidimensionalen Echosätze erhalten werden, wie in 11 dargestellt ist.
Als Nächstes stellt 12 ein erklärendes Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Rekonstruktion eines Bildes aus einem zweidimensionalen Echosatz dar. Das Bildrekonstruktionsverfahren wird nunmehr unter Bezugnahme auf diese Zeichnung beschrieben.
Eine Bildrekonstruktion wird durch zweidimensionales inverses Fourier-Transformieren eines bei jeder Messung erfassten zweidimensionalen Echosatzes und anschließend durch Zusammensetzen der transformierten Echosätze ausgeführt.
In 12 zeigt das Bezugszeichen 131 entweder ein Sichtfeld oder ein Rekonstruktionsbild; Bezugszeichen 132 und 133 zeigen partielle Bilder, die durch zweidimensionales inverses Fourier-Transformieren von während einer ersten Messoperation (504, in 4 dargestellt) bzw. einer zweiten Messoperation (505, in 4 dargestellt) erfassten Echosätzen erzeugt wurden; und Bezugszeichen 143 und 135 stellen Breiten von einem Bildpunkt dar, die durch das Auslesegradienten-Magnetfeld bzw. das Phasencodierungsgradienten-Magnetfeld bestimmt sind. Das Bezugszeichen 136 gibt eine Breite von einem Bildpunkt eines rekonstruierten Bildes entlang der Ausleserichtung an. Es ist auch zu bemerken, dass die Breite von einem Bildpunkt des rekonstruierten Bildes entlang der Phasencodierungsrichtung 135 beträgt.
Zuerst wird die während der ersten Messoperation erfasste Echomenge einer zweidimensionalen inversen Fourier-Transformation unterzogen, um dadurch das partielle Bild 132 zu erzeugen. Die jeweiligen Spalten des partiellen Bildes 132 werden zu den entsprechenden Spalten des rekonstruierten Bildes angeordnet. Ähnlich werden die bei und nach der zweiten Messoperation erfassten Echomengen auf dem rekonstruierten Bild angeordnet. Wenn diese Prozessoperation mit n/2 Stücken von Echomengen ausgeführt wird, wird die Bildrekonstruktionsoperation erreicht.
Da die Echos den k-Raum entlang der schrägen Richtung abtasten, ist bei Anwendung der schnellen Fourier-Transformation die Koordinatenkonvertierung erforderlich. Selbst wenn diese schnelle Fourier-Transformation direkt angewendet wird, kann das Bild rekonstruiert werden. Es tritt jedoch eine geringe Verzerrung auf.
Als Folge kann die schnelle Fourier-Transformation direkt angewendet werden, da die Echos den k-Raum entlang der horizontalen Richtung durch Anlegen des Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses unter den jeweiligen Echos in einer Blip-Form abtasten können.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass dadurch, dass es zu dieser Zeit keinen zeitlichen Raum unter den Echos gibt, beide Enden dieser Echos mehr oder weniger aufgehoben werden müssen.
Wenn das bei der oben beschriebenen sequentiellen Operation erfasste Bild auf der Anzeige 110 dargestellt wird, wird dieses Bild normalerweise angezeigt, nachdem alle Bildrekonstruktionsprozess-Operationen abgeschlossen sind. Alternativ können die partiellen Bilder, die jedes Mal erfasst werden, wenn die Impulssequenz wiederholt ausgeführt wird, zu jedem Zeitpunkt angezeigt werden, zu dem jedes dieser partiellen Bilder erhalten wird. Im letzteren Fall kann die Auflösung der angezeigten Bilder jedes Mal, wenn die Impulssequenz wiederholt ausgeführt wird, allmählich erhöht werden, da ein Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitungssystem und ein Hochgeschwindigkeits-Anzeigesystem verwendet werden.
In dem Fall, in dem das zu untersuchende Objekt vom Sichtfeld abgelenkt wird, wird ein "Aliasing" (Verfälschung) im Bild erzeugt. Da die Breite der Erregungszone durch den HF-Impuls entlang der Ausleserichtung eingestellt werden kann, versteht es sich, dass dieses Aliasing-Problem vermieden werden kann, indem diese Breite schmäler gemacht wird als das Sichtfeld.
Andernfalls wird die Abtastrate niedriger gemacht als der durch das oben erläuterte Verfahren bestimmte Wert, und ferner wird eine Gesamtzahl der Abtastpunkte auf Basis der verringerten Abtastrate erhöht, um die Echomesszeit konstant zu machen. Unter einer solchen Bedingung werden die Echos gemessen, so dass das Sichtfeld vergrößert werden kann. Normalerweise wird der Abtastpunkt zweimal vergrößert und die Abtastrate wird um die Hälfte verringert.
Andererseits wird eine die Zone auswählende Impulssequenz vor der Bildgebungsoperation ausgeführt, da das Sichtfeld entlang der Phasencodierungsrichtung nicht durch Auswählen der Zone mittels des Erregungsimpulses vergrößert werden kann.
Diese zonenauswählende Impulssequenz ist in 13 dargestellt. Eine Beziehung zwischen dem zu untersuchenden Objekt und dem Sichtfeld ist in 14 dargestellt.
In 14 gibt das Symbol "x" eine Ausleserichtung an und das Symbol "y" zeigt eine Phasencodierungsrichtung.
In einem Zonenauswahlabschnitt 247 wird erst nur eine Außenzone 145 eines Sichtfeldes 142 entlang der y-Richtung durch den HF-Impuls 241 und den Gradienten-Magnetfeldimpuls 242 erregt und diese Außenzone 145 wird durch einen Gradienten-Magnetfeld-Absturzimpuls 243 gesättigt, so dass sie in einen solchen Zustand gebracht wird, in dem kein Signal erzeugt wird.
Danach wird nur eine andere Außenzone 146 des Geschichtsfeldes 142 entlang der y-Richtung mittels des HF-Impulses 244 und des Gradienten-Magnetfeldimpulses 245 auf eine ähnliche Weise erregt. Dann wird diese Außenzone 146 mittels eines Absturzimpulses 246 gesättigt, so dass sie in einen solchen Zustand gebracht wird, in dem kein Signal erzeugt wird.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine Zone, die wünschenswerterweise gesättigt wird, willkürlich ausgewählt werden kann, indem die Trägerfrequenz des HF-Impulses geändert wird. Insbesondere in einem Fall, in dem die Zone, die gesättigt werden soll, in Bezug auf einen Ursprung des Gradienten-Magnetfeldes symmetrisch gewünscht ist, können die Polaritäten der Gradienten-Magnetfeldimpulse 242 und 245 invertiert werden, während die Trägerfrequenz konstant gemacht wird.
Bei der in 13 dargestellten Impulssequenz werden die Erregungsoperationen zweimal ausgeführt. Alternativ kann die Zone außerhalb des Sichtfeldes gesättigt werden durch Ausführen der einzelnen Erregung und auch durch Anlegen des Gradienten-Magnetfeld-Absturzimpulses mit Verwendung eines HF-Impulses, durch den das Erregungsprofil nur zu den Außenzonen 145 und 146 wird.
Die Wellenform eines solchen HF-Impulses kann durch inverses Fourier-Transformieren des Erregungsprofils gemäß der einfachsten Weise erzeugt werden.
Da die Außenzonen 145 und 146 außerhalb des Sichtfelds in einen solchen Zustand gebracht werden, in dem gemäß dem oben beschriebenen Verfahren kein Signal erzeugt wird, kann die Zone, die entlang der Phasencodierungsrichtung erregt werden kann, nur auf den Bereich des Sichtfeldes beschränkt werden. Folglich kann das Aliasing-Problem gelöst werden, da die Bildgebungsoperation gleich nach der oben beschriebenen Prozessoperation begonnen wird.
Ferner gibt es als ein anderes Verfahren zur Auswahl der Zone entlang der Phasencodierungsrichtung ein Verfahren zur Verwendung zweier Mengen von 180°-Impulsen 261 und 263 (siehe 15) zwischen den Impulssequenzen 601 und 608 von 10 statt der Zonenauswahl entlang der z-Richtung mit Verwendung des 180°-Grad-Impulses 604 und des Gradienten-Magnetfeldimpulses 121 von 10. Bei diesem alternativen Verfahren wird zuerst der Bereich des Sichtfeldes entlang der Phasendecodierungsrichtung mittels des 180°-Impulses 261 und des Gradienten-Magnetfeldes 262 ausgewählt. Als Nächstes wird eine Auswahl einer Scheibenrichtung durch Verwendung des 180°-Impulses 263 und des Gradienten-Magnetfeldimpulses 264 entlang der z-Richtung ausgeführt.
Alternativ ist es auch möglich, ein solches Verfahren zur Auswahl einer z-dimensionalen Zone mittels eines einzelnen HF-Impulses zu verwenden. Hinsichtlich der ausführlichen Beschreibung dieses alternativen Verfahrens sei auf die Veröffentlichung von C. J. Hardy und H. E. Cline, "Spatial Localization in Two Dimensions Using NMR Designer Pulses", Journal of Magnetic Resonance, Bd. 82, Seiten 647 bis 654 aus dem Jahre 1989 hingewiesen.
Bei der in 10 dargestellten Impulssequenz sind die räumliche Auflösung entlang der y-Richtung und die Bildpunktanzahl durch die Anzahl der Echos beschränkt. Folglich ist es in dem Fall, in dem die Anzahl der Echos knapp wird, möglich, das k-Raum-Unterteilungsmessverfahren zum Unterteilen der Messung in mehrere Teilmessungen zu verwenden, um die Anzahl der Echos zu erhöhen. Dieses Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Das heißt, der k-Raum wird in einer ky-Richtung unterteilt und die Messung wird als mehrere Messungen ausgeführt.
Eine Impulssequenz dieses k-Raum-Unterteilungsmessverfahrens ist in 16 dargestellt, ein Abtastverfahren eines k-Raums ist in 17 veranschaulicht. Ferner ist ein Flussdiagramm dieses Messverfahrens in 18 dargestellt.
Die Impulssequenz verwendet in diesem Fall einen variablen Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 281 statt des Dephasengradienten-Magnetfeldimpulses 122 der in 10 dargestellten Impulssequenz.
Wie in 17 dargestellt, wird zuerst dieser variable Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 281 derart eingestellt, dass die Abtastposition beim k-Raum an der untersten Position (710) angeordnet ist, und eine erste Messung wird ausgeführt. Es sei auch darauf hingewiesen, dass während der Verschiebung (Bewegung) der Position der Scheibengruppe bei dieser Messung die Sequenz wiederholt durchgeführt wird.
Mit anderen Worten wird zuerst die Position der Scheibengruppe auf eine erste willkürliche Position (711) eingestellt und dann wird eine Messung ausgeführt (712). Als Nächstes wird die Messung wiederholt durchgeführt, während die Position der Scheibengruppe verschoben wird (714), bis alle Scheibengruppen vollständig gemessen worden sind (713). Danach wird der variable Dephasengradienten-Magnetfeldimpuls 281 derart eingestellt, dass die Abtastposition zur Anfangsposition in jeder der Messungen wird (716), und die Messung wird auf ähnliche Weise nur so oft wiederholt durchgeführt, wie erforderlich (715).
Als Nächstes erfolgt nun eine Beschreibung der konkreten Parameter einer Impulssequenz, die zur Abbildung eines Bildes mit einer räumlichen Auflösung von 50 μm entlang der Ausleserichtung in einen solchen Beispiel in einem Fall verwendet wird, in dem die Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine Mikroskopie angewendet wird, die eine sehr feine Struktur eines zu untersuchenden Objekts zu extrahieren vermag.
Bei diesem Beispiel wird angenommen, dass eine sinc-Funktion mit 3 Spitzen als der HF-Impuls in der in 10 dargestellten Impulssequenz verwendet wird.
Nunmehr vorausgesetzt, dass eine Dicke einer Erregungszone als ein Sichtfeld verwendet wird, d. h. Wx = 25,6 mm, und die Stärke des Erregungsgradienten-Magnetfeldimpulses 603 gleich der Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldimpulses 605 gemacht wird, d. h. Gx = 30 mT/m, wird die Ausstrahlungszeit eines einzelnen HF-Impulses 122,331 μsec.
Da die Auflösung gleich 50 μm ist, wird die Gesamtanlegungszeit (b × n) von 602 durch die Formel (5) berechnet, um 2/d/(γ + Gx) = 31,3166 ms zu erhalten. Wird die Anzahl "n" der HF-Impulse so gewählt, dass sie 64 beträgt, gilt b = 489,322 μsec.
Ferner wird das Scheibenintervall 1/b/(γ × Gx) gleich der durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetimpulses und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung ΔWx, nämlich 1,6 mm. Eine Gesamtanzahl von Scheiben innerhalb des Sichtfeldes ist gleich 16.
Es sei nun ebenfalls vorausgesetzt, dass die Dicke entlang der z-Richtung so gewählt wird, dass sie 2 mm beträgt, die Form des 180°-Impulses die sinc-Funktion mit den 3 Spitzen ist und ferner die Projektionszeit so gewählt wird, dass sie 2 ms beträgt, dann wird die Stärke Gz des scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses als 4/(γ × t × Δz) = 23,487 mT/m angegeben.
Die Abtastpunktanzahl N ist gleich Wx/ΔWx = 16 und die Abtastrate Δt wird als b/N = 30,5826 μs angegeben.
Da 64 Stücke von HF-Impulsen bei dieser Ausführungsform projiziert werden, werden 64 Stücke von Echos gemessen. Nunmehr wird vorausgesetzt, dass die gesamten Informationen entlang der y-Richtung auf Basis dieser 64 Echos erfasst werden können, und dass die gesamte Bildpunktanzahl entlang der y-Richtung gleich 64 ist.
Nunmehr vorausgesetzt, dass das Sichtfeld Wy entlang der y-Richtung gleich Wx gemacht wird, nämlich 25,6 mm, wird die räumliche Auflösung entlang der y-Richtung Wy/64 = 400 μm. Zu dieser Zeit wird die Stärke Gy des Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses 1/(γ × b × Wy) = 1,875 mT/m.
Der Kippwinkel des HF-Impulses ist gleich 90°/64 = 1,4°. Da die Erregungszeit bzw. die Echomesszeit ungefähr 31 ms betragen und weiter die Ausstrahlungszeit des 180°-Impulses 2 ms beträgt, ist ein vom Beginn der Erregung bis zum Ende der Echomessung definierter Zeitraum ungefähr gleich 70 ms, selbst wenn die Anstiegszeit eines anderen Gradienten-Magnetimpulses beteiligt ist.
Während die Position der Scheibe mittels eines der vorher beschriebenen Verfahren zum Erfassen der gesamten Informationen über das zu untersuchende Objekt verschoben wird, wird die oben beschriebene Messung wiederholt durchgeführt.
Es sei auch darauf hingewiesen, dass eine gesamte Anzahl von Wiederholungen der oben beschriebenen Messung 32 wird, da das Scheibenintervall 1,6 mm beträgt und die Scheibendicke 50 μm beträgt.
Ferner wird der Verschiebungsbetrag gleich der Scheibendicke gemacht, nämlich 50 μm. Dieser Verschiebungsbetrag wird unter der Trägerfrequenz des HF-Impulses 2/(b × n) = 63,8638 Hz. Da die verschiedenen Zonen jedes Mal erregt werden, wenn die Messung wie derholt wird, ist die Wartezeit zur Wiederherstellung der Magnetisierung nicht mehr erforderlich, wenn die Messung wiederholt durchgeführt wird. Folglich wird die gesamte Messzeit ungefähr 70 ms × 32 = 2,24 sec.
Da die oben erläuterte Messung ausgeführt wird, kann ein solches Bild innerhalb einer sehr schnellen Bildgebungszeit von 2,24 s erfasst werden, nämlich das Sichtfeld 25,6 mm × 25,6 mm, die räumliche Auflösung 50 μm × 400 μm und die Bildpunktanzahl 256 × 64.
Da die Echos wie zuvor erläutert durch die Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz der vorliegenden Ausführungsform 1 gemessen werden können, während eine geringe Stärke des Gradienten-Magnetfeldes wie z. B. Gx = 30 mT/m verwendet wird, ist es möglich, die Mikroskopie bezüglich des menschlichen Körpers, die nicht herkömmlicherweise verwirklicht werden könnte, zu verwirklichen.
Mit anderen Worten, damit das die gleiche räumliche Auflösung aufweisende Bild durch Verwendung des herkömmlichen Spin-Echo-Verfahrens abgebildet werden kann, ist das Gradienten-Magnetfeld mit einer 16-mal höheren Stärke als die des Gradienten-Magnetfeldes bei der Bildgebungsvorrichtung der Erfindung, nämlich 480 mT/m, entlang der Ausleserichtung erforderlich. Als Folge könnte es nicht in der auf den menschlichen Körper gerichteten Vorrichtung mit großem Bohrungsdurchmesser verwirklicht werden.
Ferner wird gemäß den von der FDA (Food and Drug Administration, US-Zulassungsbehörde für Nahrungs- und Arzneimittel) festgelegten Sicherheitsnormen für Vorrichtungen das Zeitänderungsverhältnis dB/dt des Magnetfeldes des Impulses, der eine Anlegungszeit von 120 μs oder mehr aufweist, so gewählt, dass es 20 T/s beträgt.
Folglich wird z. B. eine Magnetfeldstärke an einer um 20 cm vom Ursprung getrennten Position 96 mT, wenn das Gradienten-Magnetfeld von 480 mT/m erzeugt wird. Wird dieses Magnetfeld gemäß den Sicherheitsnormen für Vorrichtungen erzeugt, ist eine solche sehr lange Zeit wie 4,8 ms erforderlich. Wegen dieser Wartezeit gibt es Probleme derart, dass Signale gedämpft werden und die Abbildungszeit verlängert wird.
Wie vorher erläutert, kann dagegen bei der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz dieser Ausführungsform 1 die Mikroskopie bezüglich des menschlichen Körpers durchgeführt werden, weil das starke Magnetfeld nicht erforderlich ist.
Zur Zeit gibt es kein effektives Bildgebungsverfahren bei einer Mikroskopie für einen menschlichen Körper. Folglich wird eine sehr feine Struktur eines Innenohrs nur gezeichnet und Gelenke einer Schulter, eines Ellbogens und eines Knies in einem orthopädischen Operationsfeld werden nur zu Forschungszwecken abgebildet.
Gemäß der Vorrichtung zur Bildgebung der Ausführungsform 1 kann die klinische MRI-Vorrichtung jedoch bei diesen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Da ferner die sehr feine Struktur des zu untersuchenden Objekts gezeichnet werden kann, kann die Vorrichtung zur Bildgebung dieser Ausführungsform 1 als diagnostische Vorrichtung für Mammographie und Osteoporose, bei denen Röntgendiagnosen ausgeführt werden, verwendet werden. Da die Vorrichtung zur Bildgebung gemäß der vorliegenden Erfindung Magnetresonanz verwendet, gibt es keine Gefahr durch Röntgenstrahleneinwirkung und auch keine Nebenwirkungen für den menschlichen Körper. Deshalb besteht ein Vorteil darin, dass die Diagnose ohne weiteres durchgeführt werden kann.
Als Nächstes werden nunmehr konkrete Parameter für eine solche Impulssequenz bezüglich eines Verfahrens zur Abbildung eines Bildes in Hochgeschwindigkeit bei einem sehr schwachen Auslesegradienten-Magnetfeld erläutert, während die Vorrichtung zur Bildgebung dieser Ausführungsform 1 auf die normale Operation zur Bildgebung mit räumlicher Auflösung angewendet wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Impulssequenz dieselbe ist wie in 10.
In diesem Fall wird die räumliche Auflösung entlang der Ausleserichtung so gewählt, dass sie 1 mm beträgt, und die sinc-Funktion mit den 3 Spitzen wird als der HF-Impuls verwendet.
Nunmehr vorausgesetzt, dass eine Dicke einer Erregungszone als ein Sichtfeld verwendet wird, d. h. Wx = 256 mm, und die Stärke des Erregungsgradienten-Magnetfeldimpulses gleich der Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldimpulses gemacht wird, d. h. Gx = 3 mT/m, wird die Projektionszeit eines einzelnen HF-Impulses 122,331 μsec.
Da die Auflösung gleich 1 mm ist, wird die Gesamtanlegungszeit (b × n) des Impulses 602 berechnet, um 2/d/(γ + Gx) = 15,6583 ms zu erhalten. Wird die Anzahl "n" der HF-Impulse so gewählt, dass sie 64 beträgt, gilt b = 244,661 μsec.
Ferner wird das Scheibenintervall 1/b/(γ × Gx) gleich der durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetimpulses und den Abtastzeitraum bestimmten räumlichen Auflösung ΔWx, nämlich 32 mm. Eine Gesamtanzahl von Scheiben innerhalb des Sichtfeldes ist gleich 8.
Nunmehr ebenfalls vorausgesetzt, dass die Dicke entlang der z-Richtung so gewählt wird, dass sie 10 mm beträgt, die Form des 180°-Impulses die sinc-Funktion mit den 3 Spitzen ist und ferner die Ausstrahlungszeit so gewählt wird, dass sie 2 ms beträgt, wird die Stärke Gz des scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses als 4/(γ × t × Δz) = 4,7 mT/m angegeben.
Die Abtastpunktanzahl N ist gleich Wx/ΔWx = 8 und die Abtastrate Δt wird als b/N = 30,5826 μs angegeben. Da die 64 Stücke von HF-Impulsen bei dieser Ausführungsform ausgestrahlt werden, werden 64 Stücke von Echos gemessen.
Nunmehr vorausgesetzt, dass das Sichtfeld Wy entlang der y-Richtung gleich Wx gemacht wird, nämlich 256 mm, wird die räumliche Auflösung entlang der y-Richtung 4 mm, wobei nunmehr angenommen wird, dass die gesamten Informationen entlang der y-Richtung durch Verwendung der 64 Echos erfasst werden und ferner die Bildpunktanzahl entlang der y-Richtung so gewählt wird, dass sie 64 beträgt. Zu dieser Zeit wird die Stärke Gy des Phasencodierungsgradienten-Magnetfeldimpulses 1/(γ × b × Wy) = 0,375 mT/m.
Der Kippwinkel des HF-Impulses ist gleich 90°/64 = 1,4°. Da die Erregungszeit bzw. die Echomesszeit ungefähr 16 ms betragen und weiter die Ausstrahlungszeit des 180°-Impulses 2 ms beträgt, ist ein vom Beginn der Erregung bis zum Ende der Echomessung definierter Zeitraum ungefähr gleich 40 ms, selbst wenn die Anstiegszeit eines anderen Gradienten-Magnetimpulses beteiligt ist.
Während die Position der Scheibe mittels eines der vorher erläuterten Verfahren zum Erfassen der gesamten Informationen über das zu untersuchende Objekt verschoben wird, wird die oben beschriebene Messung wiederholt durchgeführt. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass eine gesamte Anzahl von Wiederholungen der oben beschriebenen Messung 32 wird, da das Scheibenintervall 32 mm beträgt und die Scheibendicke 1 mm beträgt.
Ferner wird der Verschiebungsbetrag gleich der Scheibendicke gemacht, nämlich 1 mm. Dieser Verschiebungsbetrag wird unter der Trägerfrequenz des HF-Impulses 2/(b × n) = 127,728 Hz. Da die verschiedenen Zonen jedes Mal erregt werden, wenn die Messung wiederholt wird, ist die Wartezeit zur Wiederherstellung der Magnetisierung nicht mehr erforderlich, wenn die Messung wiederholt durchgeführt wird. Folglich wird die gesamte Messzeit ungefähr 40 ms × 32 = 1,28 s.
Da die oben beschriebene Messung ausgeführt wird, kann ein solches Bild innerhalb der Bildgebungszeit von 1,28 s erfasst werden, nämlich das Sichtfeld von 256 mm × 256 mm, die räumliche Auflösung von 1 mm × 400 mm und die Bildpunktanzahl von 256 × 64.
Da die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes sehr niedrig ist, können gemäß diesem Verfahren die Bilder mit der hohen Auflösung durch im Wesentlichen alle MRI-Vorrichtungen mit sehr hohen Geschwindigkeiten abgebildet werden.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
19 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz eines Bildgebungsverfahrens mit Verwendung einer Einheit zur Steuerung der räumlichen Auflösung gemäß einer Ausführungsform 2. Diese Impulssequenz verwendet ein Projektionsverfahren einer MRI-Vorrichtung.
Gemäß dieser Impulssequenz werden Echos 606 derart gemessen, dass die Gradienten-Magnetfeldimpulse 161 und 162 angelegt werden, während ein HF-Impuls 602 ausgestrahlt wird; ein spezieller Bereich entlang einer z-Richtung mittels eines 180°-Impulses 604 und eines scheibenselektiven Gradienten-Magnetfeldimpulses 121 invertiert wird; und Auslesegradienten-Magnetfeldimpulse 163 und 164 mit denselben Stärken wie diejenigen der in Erregung befindlichen Gradienten-Magnetfeldimpulse 161 und 162 angelegt werden. In dieser Impulssequenz wird die Richtung des Gradienten-Magnetfeldimpulses eine durch Gx + Gy bestimmte Richtung.
Wie oben beschrieben ist der Abschnitt 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung der Impulssequenz im Prinzip mit dem des bei der Ausführungsform 1 beschriebenen Verfahrens identisch, außer dass sich die Richtung des Gradienten-Magnetfeldimpulses unterscheidet.
Wenn die jeweiligen Echos durch die inverse Fourier-Transformation verarbeitet werden, werden Projektionen entlang der entsprechenden Richtungen erfasst. Zu dieser Zeit kann eine Mehrzahl Projektionen entlang derselben Richtung erzeugt werden, da eine Mehrzahl Echos mit unterschiedlicher Echozeit durch einmaliges Ausführen der Impulssequenz gemessen wird.
Normalerweise kann bei dem Projektionsverfahren ausreichen, wenn nur ein einziges Echo entlang derselben Richtung benötigt wird. Folglich können z. B. alle Echos entlang derselben Richtung akkumuliert werden, um das Signal-/Rauschverhältnis zu verbessern. Alternativ kann in einem Fall, in dem die Bildqualität verschlechtert wird, weil eine Diffusion eines Gewebes groß wird, wenn alle diese Echos miteinander multipliziert werden, das Signal-/Rauschverhältnis durch Verwendung nur der ersten Echos vergrößert werden. Alternativ können nur die Echos dieser Echozeit verwendet werden, wenn ein Bild mit einem bestimmten Kontrast abgebildet werden soll.
Die Bildgebungsoperation wird durch Wiederholen der Impulssequenz auf eine zweifache Weise ausgeführt, wie in 20 dargestellt. Eine erste Wiederholung "A" (720 bis 724) wird ausgeführt, um eine Projektion entlang einer bestimmten Richtung zu messen, während eine Position einer Scheibengruppe (724) verschoben wird.
Wie zuvor beschrieben worden ist, wird diese erste Wiederholung durch Ändern der Trägerfrequenz des HF-Impulses durchgeführt. Zu dieser Zeit werden Gx und Gy konstant gemacht.
Eine zweite Wiederholung "B" (720 bis 726) wird ausgeführt, um eine Richtung einer Projektion zu ändern, während die Stärken der Gradienten-Magnetfeldimpulse Gx und Gy geändert werden (726).
Bei dieser zweiten Wiederholung B haben die Gradienten-Magnetfeldimpulse 161 und 163 jeweils die gleiche Stärke und die Gradienten-Magnetfeldimpulse 162 und 164 haben ebenfalls jeweils die gleiche Stärke. Die Änderungsreihenfolge der Gradienten-Magnetfeldimpulsstärke wird dadurch definiert, dass jedes der Echos durch den Ursprung des k-Raumes geht und weiter den gesamten k-Raum abtastet.
Wie z. B. in 19 dargestellt, geht "x" von einem Plus zu einem Minus und "y" geht von 0 zu einem Plus und geht wieder zu 0 zurück. Zu dieser Zeit tastet jedes der Echos den k-Raum ab, wie in 21 dargestellt ist.
Obwohl die Reihenfolge der Wiederholung A und der Wiederholung B willkürlich bestimmt wird, wie in 20 angegeben ist, wird die Wiederholung A normalerweise innerhalb der Wiederholung B durchgeführt. Mit anderen Worten wird zuerst die Richtung der Projektion bestimmt (720) und die Wiederholung A wird ausgeführt, um eine perfekte Projektion in dieser Richtung zu messen. Als Nächstes wird die Wiederholung A erneut durchgeführt, während die Richtung der Projektion geändert wird (726).
Da die verschiedenen Zonen bei der Wiederholung A erregt werden, ist keine Wartezeit erforderlich, wohingegen wegen der erforderlichen Wartezeit bei der Wiederholung B, falls eine solche Reihenfolgen verwendet wird, die Bildgebungsoperation innerhalb kurzer Zeit ausgeführt werden kann.
Ein Verfahren zum Erzeugen einer Projektion aus den bei der Wiederholung A gemessenen jeweiligen Echos kann so verwirklicht werden, dass in dem bei der Ausführungsform 1 erläuterten und in 12 dargestellten Verfahren nur die x-Richtung verwendet werden kann. Obwohl diese Prozessoperation ausgeführt werden kann, nachdem die Bildgebungsoperation ausgeführt wurde, kann die nach der Ausführung der Bildgebungsoperation erforderliche Prozessoperation verkürzt werden, falls diese Prozessoperation jedes Mal ausgeführt wird, wenn die Wiederholung A beendet ist.
In 22 sind eine Beziehung zwischen einem Sichtfeld und einer Projektion und eine andere Beziehung zwischen einem Sichtfeld und einer Erregungszone dargestellt.
In 22 kennzeichnet das Bezugszeichen 181 ein zu untersuchendes Objekt, das Bezugszeichen 182 ein Sichtfeld und die Bezugszeichen 183 und 184 kennzeichnen eine Erregungsscheibengruppe bzw. eine Erregungszone der ersten Wiederholung B. Ferner kennzeichnet das Bezugszeichen 185 eine Erregungsscheibengruppe der zweiten Wiederholung B und das Bezugszeichen 186 eine bei der ersten Wiederholung B gemessene Projektion.
Ein Verfahren zum Rekonstruieren eines Bildes aus den Projektionen entlang den jeweiligen Richtungen, die durch die oben erläuterte sequentielle Operation erfasst wurden, kann durch Anwendung des bei der normalen Röntgen-CT-Vorrichtung verwendeten Bildrekonstruktionsverfahrens verwirklicht werden. Das heißt, dass z. B. das sequentielle Näherungsverfahren, das zweidimensionale Fourier-Transformationsverfahren und das Filterkorrektur-Rückprojektionsverfahren zur Verfügung stehen. Das Filterkorrektur-Rückprojektionsverfahren beinhaltet ein Filterkorrekturverfahren durch die Fourier-Transformation und das Faltungsverfahren. Diese Verfahren sind im japanischen Fachbuch "Current Medical Image Diagnostic Apparatus", verfasst von H. KIMURA, ASAKURA BOOKSTORE, 1988, beschrieben.
Wie vorher detailliert beschrieben, kann ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 auch bei der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz dieser Ausführungsform 2 die Mikroskopie ebenfalls auf den menschlichen Körper angewendet werden, weil das Bild mit der hohen Auflösung ohne Anwendung des starken Magnetfeldes auf das zu untersuchende Objekt abgebildet werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
23 ist ein Diagramm zur Darstellung einer Impulssequenz gemäß einer Ausführungsform 3 und zeigt ein anderes Beispiel für einen Abschnitt zur Steuerung der räumlichen Auflösung. Bei dieser Ausführungsform ist die Form des in 8 dargestellten Impulses 805 durch eine sinc-Funktion ersetzt.
Ähnlich wie beim vorherigen Fall von 10 strahlt die Einheit 401 zur Steuerung der räumlichen Auflösung in 23 wie in einem Abschnitt 601 zur Steuerung einer räumlichen Auflösung dargestellt eine Mehrzahl HF-Impulse 222 aus, während sie den Gradenten-Magnetfeldimpuls 603 anlegt.
Die Stärke jedes der HF-Impulse wird derart amplitudenmoduliert, dass die HF-Impulse eine sinc-Funktion mit 3 Spitzen werden, wie in 23 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Dies entspricht dem Fall, in dem die in 8 dargestellte Rechteckwelle 805 durch die sinc-Funktion mit den 3 Spitzen ersetzt wird. Entweder ein Erregungsprofil 811 oder 812 jeder Scheibe wird dem Rechteck angenähert, nicht der sinc-Funktion.
Folglich können die Bildqualität und das Signal-/Rauschverhältnis erhöht werden, da eine große Anzahl von Magnetisierungen innerhalb jeder Scheibe einheitlich erregt werden. Selbst wenn die HF-Impulse frequenzmoduliert oder phasenmoduliert statt amplitudenmoduliert werden, kann eine ähnliche Wirkung erzielt werden.
Da die Amplitude der Flanke bei der Amplitudenmodulation durch die sinc-Funktion klein ist, kann die Gesamtzahl der HF-Impulse, die ausgestrahlt werden kann, nicht erhöht werden, so dass die Gesamtzahl der erzeugter Echos klein ist. Bei der in 23 dargestellten Ausführungsform 3 beträgt eine Gesamtzahl der HF-Impulse 5. Folglich können in dem Fall, in dem die Amplitudenmodulation bei den in 10 und 19 dargestellten Impulssequenzen verwendet wird, nur 5 Stücke von Echos erhalten werden. Gemäß dem Projektionsverfahren mit Verwendung der in 19 dargestellten Impulssequenz kann diese Amplitudenmodulation mit dieser Echomenge erfüllt werden, da nur ein einziges Echo erforderlich ist.
Im Falle des in 10 dargestellten Fourier-Transformationsverfahrens sind jedoch mehr Echos erforderlich. So sind beispielsweise 64 Stücke von Echos erforderlich. Wie beim Abschnitt 608 zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke von 23 werden zu diesem Zweck der Auslesegradienten-Magnetfeldimpuls 224 bzw. die Phasencodierungs-Gradientenfeldimpulse 225 invertiert und dann werden diese invertierten Gradienten-Magnetfeldimpulse angelegt. Diese Operation wird wiederholt ausgeführt, um die Gesamtzahl der Echos zu erhöhen. Alternativ kann dieses Verfahren mit dem k-Raum-Unterteilungsmessverfahren kombiniert werden, um die Gesamtzahl der Echos zu erhöhen.
Wie zuvor bei der Ausführungsform 1 beschrieben worden ist, kann auch bei der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz dieser Ausführungsform 3 die Mikroskopie ebenfalls auf den menschlichen Körper angewendet werden, weil das Bild mit der hohen Auflösung ohne Anwendung des starken Magnetfeldes auf das zu untersuchende Objekt abgebildet werden kann.
AUSFÜHRUNGSFORM 4
Bei dieser Ausführungsform wird ein wünschenswertes Bild durch Berechnen einer Differenz zwischen einem durch Erregen eines anderen Abschnitts als einen Beobachtungsabschnitt erhaltenen Bild und einem anderen durch Erregen eines gesamten Abschnitts erfassten Bild erzeugt.
24 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Impulssequenz einer Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz gemäß einer Ausführungsform 4 gemäß der vorliegenden Erfindung. 25 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Grundkonzepts der in 24 gezeigten Impulssequenz. Nunmehr wird die in 24 dargestellte Impulssequenz unter Bezugnahme auf 25 beschrieben.
Eine durch eine gestrichelte Line angegebene Impulssequenz, die gleich einem Abschnitt 324 der hinteren Hälfte der Impulssequenz ist, entspricht der normalen Bildgebungsimpulssequenz des hinreichend bekannten Spin-Echo-Verfahrens oder Echo-Planer-Verfahrens. Als ein Beispiel für diese Ausführungsform ist das Spin-Echo-Verfahren aufgeführt.
Der Abschnitt 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung ist aus einer Mehrzahl HF-Impulse 602 und einem Gradienten-Magnetfeldimpuls 603 aufgebaut.
Wenn zu dieser Zeit ein unnötiges Echo erzeugt wird, das die Bildqualität verschlechtert, werden Spoiler- (Vernichtungs-) Gradienten-Magnetfeldimpulse 321, 322 und 323 jeweils an Gz, Gy, Gx angelegt. Wenn dagegen ein solches unnötiges Echo nicht erzeugt wird, werden die Spoiler-Gradienten-Magnetfeldimpulse 321, 322, 323 nicht angelegt, weil das Anlegen dieser Spoiler-Gradienten-Magnetfeldimpulse eine nutzlose Messzeit verursachen kann.
Das zu untersuchende Objekt wird durch den HF-Impuls 602 und den Gradienten-Magnetfeldimpuls 603 erregt, wie in 7 der Ausführungsform 1 dargestellt.
Zu dieser Zeit ist nur die Erregung entlang der x-Richtung bei 341 von 25 veranschaulichend dargestellt. Die Ordinate gibt eine Größe einer Quermagnetisierung unmittelbar nach Beendigung des Abschnitts 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung an.
Werden die Spoiler-Gradienten-Magnetfeldimpulse 321, 322, 323 in diesem Stadium angelegt, wird die Phase der Quermagnetisierung gestört, die in einen solchen Zustand gebracht werden kann, dass kein Echo auftritt. Zu dieser Zeit wird die Größe der Längsmagnetisierung in einen solchen Zustand gebracht, dass ein Abschnitt 342, in dem der Quermagnetismus erzeugt wird, weggelassen wird.
Wird der HF-Impuls 202 zu dieser Zeit ausgestrahlt, wird ein Profil des Quermagnetismus entlang der Ausleserichtung ebenfalls 342. Wenn danach die Bildgebungsoperation durch Verwendung der normalen Impulssequenz 324 ausgeführt wird, wird ein resultierendes Bild "D" ein solches Bild, von dem Informationen über einen Scheibenabschnitt weggelassen worden sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass in der Impulssequenz 324 die durch die Auslesegradienten-Magnetfeldstärke und den Abtastzeitraum bestimmte räumliche Auflösung auf ein Intervall 343 von Scheiben eingestellt wird.
Wird das Bild "D" von einem anderen Bild "E", das keinen weggelassenen Abschnitt aufweist, subtrahiert, kann ein Bild gebildet werden, das die Informationen nur über den Scheibenabschnitt enthält.
Das Bild E kann durch Verwendung nur der Impulssequenz 324 ohne Verwendung des Abschnitts 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung abgebildet werden. Nur ein Stück dieses Bildes E kann erfüllt sein.
Während die Position der Scheibe verschoben (bewegt) wird, wird als Nächstes das die Informationen über nur den Scheibenabschnitt enthaltende Bild mit der Impulssequenz von 24 erzeugt. Ähnlich wie bei 12 der Ausführungsform 1 werden die jeweiligen Bilder miteinander kombiniert, so dass es möglich ist, ein solches Bild zu erhalten, das eine höhere räumliche Auflösung hat als die durch die Auslesegradienten-Magnetfeldstärke bestimmte räumliche Auflösung.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass eine ähnliche Wirkung erreicht werden kann, selbst wenn eine Differenz (E' – D') zwischen Zuständen D' und E' eines k-Raums berechnet wird, bevor eine Bildrekonstruktion ausgeführt wird, und danach eine zweidimensionale inverse Fourier-Transformation statt der Bildsubtraktion ausgeführt wird.
Falls die normale Impulssequenz 324 erforderlich macht, dass die Erregung und die Echomessung wie beim Spin-Echo-Verfahren wiederholt werden müssen, kann der Abschnitt 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung jedes Mal ausgeführt werden, wenn die Erregung und die Echomessung wiederholt werden. Die Magnetisierung wird nämlich wiederhergestellt, während Zeit verstreicht, und die Profile 341 und 342 der Magnetisierung werden gestört. Es sollte klar sein, dass bei einem kurzen Wiederholungsintervall, z. B. mehrere ms bis mehrere hundert ms, der Abschnitt 601 zur Steuerung der räumlichen Auflösung nur beim ersten Mal oder jedes ein Mal ausgeführt werden kann, wenn die Wiederholung mehrmals durchgeführt wird.
Wie vorher detailliert beschrieben, kann ähnlich wie bei der Ausführungsform 1 auch bei der Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz dieser Ausführungsform 4 die Mikroskopie ebenfalls auf den menschlichen Körper angewendet werden, weil das Bild mit der hohen Auflösung ohne Anwendung des starken Magnetfeldes auf das zu untersuchende Objekt abgebildet werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf ihre konkreten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf nur diese Ausführungsformen beschränkt, sondern sie kann modifiziert werden, ohne vom technischen Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ferner ist bei Verschieben des erregten Abschnitts eine Überlappung mit einem Abschnitt, der vorher erregt wurde, zulässig.

Claims

Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz, enthaltend: – ein Mittel (104) zur Impulssequenzsteuerung, um eine Impulssequenz und um die Erfassung von Echos zu steuern, nachdem ein Hochfrequenz-Magnetfeld an ein zu untersuchendes Objekt (103) angelegt worden ist, das sich in einem statischen Magnetfeld befindet, und während ein Gradienten-Magnetfeld an das zu untersuchende Objekt (103) in Ausleserichtung angelegt wird, und – ein Bildrekonstruktionsmittel (109) zur Rekonstruktion eines Bildes auf Basis der erfassten Echos, bei der das Mittel (104) zur Impulssequenzsteuerung aufweist: – ein Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung, um eine räumliche Auflösung A (501) in Ausleserichtung des Gradienten-Magnetfeldes des rekonstruierten Bildes einzustellen, und – ein Mittel (402) zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke zum Anlegen des Auslesegradienten-Magnetfeldes, und bei der das Bildrekonstruktionsmittel (109) durch das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung so konfiguriert wird, dass eine Minimumeinheit der räumlichen Auflösung A als die Breite von einem Bildpunkt in der Ausleserichtung eines Bildes eingestellt wird; wobei das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung so konfiguriert ist, dass es einen Hochfrequenzimpulsgenerator (106) und eine Spannungsversorgung (105) für das Gradienten-Magnetfeld so steuert, dass das Hochfrequenzmagnetfeld, das eine Mehrzahl zeitlich im Wesentlichen abstandsgleiche HF-Impulse aufweist, an das zu untersuchende Objekt bei Vorhandensein eines Auslese-Magnetfeldgradienten so angelegt wird, dass das zu untersuchende Objekt in einer Scheibengruppe erregt wird, deren Scheiben in einer abstandsgleichen räumlichen Auflösung B (502) relativ zueinander positioniert sind und sich senkrecht zum Auslesefeldgradienten erstrecken, wobei die Breite jeder Scheibe der Scheibengruppe gleich ist der räumlichen Auflösung A, so dass die räumliche Auflösung B gröber ist als die räumliche Auflösung A; das Mittel (402) zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke so konfiguriert ist, dass das Auslesegradienten-Magnetfeld während einer Datenerfassungsphase angelegt wird, um die räumliche Auflösung B (502) zu erzielen, die durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und die Abtastperiode eines Echos bestimmt wird; das Mittel (402) zur Steuerung der Gradienten-Magnetfeldstärke so konfiguriert ist, dass ein Empfänger (108) so gesteuert wird, dass er ein oder mehrere Echos misst, die anschließend an die Erregung einer Scheibengruppe erzeugt werden, wodurch die räumliche Auflösung jedes der gemessenen und der inversen Fourier-transformierten Echos die räumliche Auflösung B wird, aber jeder Bildpunkt der gemessenen und transformierten Echos einem Bildpunkt der räumlichen Auflösung A zugeordnet wird; das Bildrekonstruktionsmittel (109) so konfiguriert ist, dass es das Bild aus den gemessenen Bildpunkten konstruiert; und das Mittel zur Impulssequenzsteuerung so konfiguriert ist, dass es die Impulssequenz wiederholt ausführt und das eine oder die mehreren Echos misst, während die Position der Scheibengruppe in Richtung des Auslesegradienten wiederholt geändert wird, um eine gesamte interessierende Zone des zu untersuchenden Objekts (103) mit der räumlichen Auflösung A abzubilden.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (104) zur Impulssequenzsteuerung ein Mittel zur Ausführung einer ersten Impulssequenz zum Erfassen erster Echos und ein Mittel zur Ausführung einer zweiten Impulssequenz zum Erfassen zweiter Echos aufweist, wobei die zweite Impulssequenz von einem Steuerungsabschnitt für die räumliche Auflösung und der ersten Impulssequenz gebildet wird; und das Bildrekonstruktionsmittel (109) ein Differenzverarbeitungsmittel zur Ausführung einer Differenzprozessoperation zwischen den ersten und den zweiten Echos oder zwischen Bildern, die jeweils aus den ersten und den zweiten Echos rekonstruiert worden sind, enthält.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung ein Mittel enthält, um die Amplituden der Mehrzahl Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse konstant zu machen und diese anzulegen.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung ein Mittel enthält, um die Mehrzahl Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse amplitudenmoduliert zu machen und diese anzulegen.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung ein Mittel enthält, um die Mehrzahl Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse frequenzmoduliert zu machen und diese anzulegen.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (401) zur Steuerung der räumlichen Auflösung ein Mittel enthält, um die Mehrzahl Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse phasenmoduliert zu machen und diese anzulegen.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (104) zur Impulssequenzsteuerung ein Mittel enthält, das die Frequenz der HF-Impulse jedes Mal ändert, wenn die vorgegebene Impulssequenz wiederholt wird.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Mittel (104) zur Impulssequenzsteuerung ein Mittel enthält, das die Stärke des statischen Magnetfeldes jedes Mal ändert, wenn die vorgegebene Impulssequenz wiederholt wird.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Bildrekonstruktionsmittel (109) ein Mittel, das ein partielles Bild jedes Mal, wenn die Impulssequenz wiederholt wird, unter Verwendung der Echos, die zu diesem Zeitpunkt gemessen worden sind, rekonstruiert, enthält.
Vorrichtung zur Bildgebung durch Magnetresonanz nach Anspruch 1, bei der das Bildrekonstruktionsmittel (109) ein Mittel, das ein partielles Bild jedes Mal, wenn die Impulssequenz wiederholt wird, unter Verwendung der Echos, die zu diesem Zeitpunkt gemessen worden sind, rekonstruiert, und ein Mittel zur Anzeige des partiellen Bildes auf einer Anzeigevorrichtung (110) enthält.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz, die folgenden Schritte aufweisend: – ein Hochfrequenzmagnetfeld wird an ein zu untersuchendes Objekt (103) angelegt, das sich in einem statischen Magnetfeld befindet; und – ein Gradienten-Magnetfeld in Ausleserichtung wird an das zu untersuchende Objekt (103) angelegt; – ein oder mehrere Echos werden erfasst, nachdem das Hochfrequenzmagnetfeld angelegt worden ist und während das Gradienten Magnetfeld angelegt wird; – und ein Bild wird auf Basis der erfassten Echos rekonstruiert; bei dem die Breite eines Bildpunktes in Ausleserichtung des Bildes als die räumliche Auflösung A eingestellt wird; das Hochfrequenzmagnetfeld eine Mehrzahl zeitlich im Wesentlichen abstandsgleiche HF-Impulse aufweist und an das zu untersuchende Objekt bei Vorhandensein eines Auslese-Magnetfeldgradienten so angelegt wird, dass das zu untersuchende Objekt in einer Scheibengruppe erregt wird, deren Scheiben in einer abstandsgleichen räumlichen Auflösung B (502) relativ zueinander positioniert sind und sich senkrecht zum Auslesefeldgradienten erstrecken, wobei die Breite jeder Scheibe der Scheibengruppe gleich ist der räumlichen Auflösung A, so dass die räumliche Auflösung B gröber ist als die räumliche Auflösung A; während einer Datenerfassungsphase das Gradienten-Magnetfeld so angelegt wird, dass die räumliche Auflösung B (502) erzielt wird, die durch die Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes und die Abtastperiode eines Echos bestimmt wird; die Messung des einen oder der mehreren Echos anschließend an die Erregung einer Scheibengruppe so gesteuert wird, dass die räumliche Auflösung jedes der gemessenen und der inversen Fourier-transformierten Echos die räumliche Auflösung B wird, während jeder Bildpunkt der gemessenen und transformierten Echos einem Bildpunkt der räumlichen Auflösung A zugeordnet wird; das Bild aus den gemessenen Bildpunkten konstruiert; und die Impulssequenz wiederholt ausgeführt und das eine oder die mehreren Echos wiederholt gemessen werden, während die Position der Scheibengruppe in Richtung des Auslesegradienten wiederholt geändert wird, um eine gesamte interessierende Zone des zu untersuchenden Objekts (103) mit der räumlichen Auflösung A abzubilden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem die Amplituden der Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse konstant gemacht und diese angelegt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem die Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse amplitudenmoduliert und diese angelegt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem die Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse frequenzmoduliert und diese angelegt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem die Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse phasenmoduliert und diese angelegt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem eine Trägerfrequenz der Hochfrequenz-Magnetfeldimpulse geändert wird, um dadurch die Position der zu erregenden Scheibengruppe zu ändern.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Erregungsschritt einen Schritt enthält, in dem die Stärke des statischen Magnetfeldes geändert wird, um dadurch die Position der zu erregenden Scheibengruppe zu ändern.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, ferner aufweisend: einen Schritt zum Ändern der Ausleserichtung; und einen Schritt, in dem die Erregungs- und Messschritte bei jedem Mal, in dem die Ausleserichtung geändert wird, wiederholt ausgeführt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Echomessung einen Schritt enthält, in dem die Echos abgetastet werden, während ein phasencodiertes Gradienten-Magnetfeld an das zu untersuchende Objekt angelegt wird.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 19, bei dem der Schritt der Echomessung einen Schritt enthält, in dem das phasencodierte Gradienten-Magnetfeld angelegt wird, dessen Stärke im Wesentlichen gleich ist der Stärke des Auslesegradienten-Magnetfeldes.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, ferner einen Schritt aufweisend, in dem ein 180°-Impuls zwischen dem Erregungsschritt und dem Messschritt ausgestrahlt wird.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Echomessung einen Schritt enthält, in dem die Echos gemessen werden, während das Auslesegradienten-Magnetfeld invertiert wird.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, ferner einen Schritt aufweisend, in dem eine Impulssequenz ausgeführt wird, die dazu dient, ein Magnetresonanzsignal zu sättigen, das aus einer anderen Zone als der interessierenden Zone des zu untersuchenden Objekts abgeleitet wird, bevor der Erregungs- und Messschritt ausgeführt werden.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Bildrekonstruktion einen Schritt enthält, in dem eine Mehrzahl Bilder auf Basis der Echos angesammelt werden, um dadurch ein Bild zu rekonstruieren.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Bildrekonstruktion einen Schritt enthält, in dem jedes Mal, wenn der Erregungs- und Messschritt wiederholt werden, ein Bild rekonstruiert wird.
Bildgebungsverfahren durch Magnetresonanz nach Anspruch 25, bei dem der Schritt der Bildrekonstruktion einen Schritt enthält, in dem jedes Mal, wenn der Erregungs- und Messschritt wiederholt werden, das rekonstruierte Bild angezeigt wird.