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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
(im Folgenden kurz „MRI-Vorrichtung" genannt) zum Erhalten
von Tomogrammen gewünschter
Abschnitte eines Untersuchungsobjekts durch Anwendung von nuklearer
Magnetresonanz (kurz „NMR"). Insbesondere bezieht
sie sich auf eine MRI-Vorrichtung, die bei der Darstellung von Blutströmungen deren
Richtung unterscheiden kann.
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Stand der Technik
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Eine
bekannte Abbildungsmodalität
einer MRI-Vorrichtung ist die Magnetresonanzangiographie (kurz „MRA"), mit der Blutströmungen ohne
Verwendung eines Kontrastmittels oder dergleichen dargestellt werden
können.
Typische Bildgebungsverfahren für
Blutströmungen
unter Verwendung der MRI-Vorrichtung sind unter anderem die Timeof-Flight-Methode
(TOF-Methode), die den Einströmeffekt
von Blut in Schnittebenen nutzt, und die Phasenmethode, die die
Phasendispersion von durch Gradientenmagnetfelder in der Strömungsrichtung
verursachten Strömungs-Spins
nutzt. Die Phasenmethode umfasst die phasenempfindliche Methode
(PS-Methode) und die Phasenkontrastmethode (PC-Methode). Die PS-Methode
stellt Blutströmungen
durch Subtraktion von in einer Sequenz zum Ausgleich der Phasendispersion
der Strömung
(Rephasierungs-Sequenz) erfassten Daten und in einer Sequenz zur
Förderung
der Phasendispersion erfassten Daten (Dephasierungs-Sequenz) dar,
um die Strömungssignale
zu verringern. Die PC-Methode nutzt ein Paar von Gradientenmagnetfeldpulsen (Strömungscodierpulse),
um die Strömungs-Spins mit
einer unterschiedlichen Phasendrehung zu versehen, und stellt die
Blutströmung
durch Anwendung dieser Pulse zum Erhalten eines Datenpaars und Durchführung einer
komplexen Subtraktion dieser strömungscodierten
Daten dar.
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Jedes
dieser herkömmlichen
Strömungsabbildungsverfahren
weist Vor- und Nachteile auf und wird entsprechend dem Zweck der
Aufnahme benutzt. Bei der 2D-TOF-Methode,
die eine Hochfrequenzbestrahlung eines Objektbereichs mit einer kurzen
Wiederholungszeit TR (Vorsättigung)
durchführt,
sollte zum Beispiel eine Sequenz mit kurzer TR wie etwa die Gradientenecho-Methode
als Bildgebungssequenz verwendet werden, und sie kann nicht mit
einer schnellen Sequenz wie etwa EPI verwendet werden. Weil die
Signale der aus beliebiger Richtung in den Bereich fließenden Strömungs-Spins verstärkt werden,
können
darüber
hinaus die arteriellen und venösen
Blutströmungen
nicht unterschieden werden. Ein Verfahren zur Vorsättigung
eines dem Aufnahmebereich benachbarten Bereichs kann verwendet werden,
aber in diesem Fall kann entweder nur die arterielle Blutströmung oder
nur die venöse
Blutströmung
dargestellt werden.
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Andererseits
bietet die PC-Methode auch ein Verfahren zur Unterscheidung der
arteriellen und venösen
Blutströmungen,
indem eine Subtraktion zwischen strömungscodierten Phasenbildern
mit unterschiedlichen Polaritäten
vorgenommen wird. Ist jedoch die Strömungsgeschwindigkeit hoch genug,
um eine Phasenverschiebung von mehr als π zu bewirken, erzeugt die PC-Methode
eine problematische Aliasing-Störung.
Weil die Sequenz bei der PC-Methode keine Strömungsrephasiersequenz ist,
ist diese Methode darüber
hinaus nicht für
turbulente Strömungen
oder veränderliche
Strömungsgeschwindigkeiten
geeignet, weshalb geschwärzte
Strömungsbilder
oder Störungen
auftreten können.
Außerdem kann
eine zweidimensionale PC-Methode zur quantitativen Messung der Strömungsgeschwindigkeit
die Dicke eines Schnitts einschließlich der Blutgefäße nicht
vergrößern und
ist daher nicht für
eine Beobachtung des Gesamtblutstroms zusammen mit einer quantitativen
Messung geeignet.
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Ein
Magnetresonanz-Blutströmungsabbildungsverfahren
mit einer lückenlosen
Mehrschnitt-Aufnahmetechnik und einer kurzen Pulswiederholungszeit,
das die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 mit der vorliegenden
Erfindung gemeinsam hat, ist in Dokument EP-A-0 447970 beschrieben.
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Daher
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer
MRI-Vorrichtung mit der neuen Möglichkeit
der Abbildung von Blutströmungen
mit wenig Artefakten und der Unterscheidung der arteriellen und
venösen
Blutströmungen
(Darstellung der Richtung der Blutströmung), um die Untersuchung
aller Gefäße zu ermöglichen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
einer MRI-Vorrichtung, die mit einer schnellen Imaging- oder Aufnahmesequenz
wie zum Beispiel EPI arbeiten und daher Strömungen in einer kurzen Messzeit
darstellen kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zur
Erreichung des vorstehenden Ziels stellt die vorliegende Erfindung
eine MRI-Vorrichtung
bereit, die eine Funktion aufweist, um für mehrere Schnitte das Anregen
eines Schnitts durch Anwendung eines hochfrequenten Magnetfelds
und die anschließende
Messung von Echosignalen durchzuführen und Blutströmungsbilder
aus den erhaltenen Echosignalen zu rekonstruieren, wobei die Vorrichtung
bei der Durchführung
dieser Funktion eine erste Messung der Anregung der mehreren Schnitte
in einer ersten Reihenfolge und eine zweite Messung der Anregung
der mehreren Schnitte in einer der ersten Reihenfolge entgegengesetzten
zweiten Reihenfolge durchführt,
um zwei Arten von Daten für
jeden Schnitt zu erhalten, und eine Subtraktionsoperation zwischen
den beiden Arten von Daten für
jeden Schnitt, um Signale von den Blutströmungen in zwei unterschiedlichen
Richtungen in Form von Daten mit unterschiedlichen Vorzeichen zu
erhalten.
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Im
Einzelnen umfasst die MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
eine Einrichtung zum Erzeugen eines statischen Magnetfelds in einem
Raum, in dem ein Untersuchungsobjekt angeordnet ist, eine Einrichtung
zum Erzeugen von Gradientenmagnetfeldern, um das statische Magnetfeld mit
einem Gradienten zu versehen, ein Übertragungssystem zur wiederholten
Anwendung von Hochfrequenzpulsen gemäß einer vorbestimmten Pulsfolge,
um nukleare Magnetresonanz nuklearer Spins von Atomen zu verursachen,
die das lebende Gewebe des Objekts bilden, ein Empfangssystem zur
Detektion von durch die nukleare Magnetresonanz ausgesendeten Echosignalen,
ein Signalverarbeitungssystem zur Durchführung einer Bildrekonstruktionsoperation
mittels der durch das Empfangssystem detektierten Echosignale, eine
Einrichtung zur Anzeige der erhaltenen Bilder und ein Steuersystem
zum Steuern der Operationen der Gradientenmagnetfeld-Erzeugungseinrichtung,
des Übertragungssystems,
des Empfangssystems und des Signalverarbeitungssystems, wobei das
Steuersystem eine erste Messung der wiederholten Anregung der mehreren
Schnitte in einer ersten Reihenfolge mit einer vorbestimmten Wiederholungszeit
und eine zweite Messung der Anregung der mehreren Schnitte in einer
der ersten Reihenfolge entgegengesetzten Reihenfolge mit derselben
Wiederholungszeit durchführt,
um zwei Arten von Daten für
jeden Schnitt zu erhalten, und das Signalverarbeitungssystem Subtraktionsoperationen
zwischen den beiden Arten von Daten für jeden Schnitt durchführt, um
Signale von Blutströmungen
in entgegengesetzten Richtungen als Daten mit unterschiedlichen
Vorzeichen zu erhalten.
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Die
Magnetresonanzangiographie (MRA) nach der vorliegenden Erfindung
ist ein Verfahren zur Durchführung,
für mehrere
Schnitte, der Anregung eines Schnitts durch Anwendung eines hochfrequenten
Magnetfelds und anschließende
Messung der Echosignale und der Rekonstruktion eines Blutströmungsbilds
mittels der erhaltenen Echosignale, das die folgenden Schritte umfasst:
(a) Durchführen
einer ersten Messung der Anregung der mehreren Schnitte in einer
ersten Reihenfolge und einer zweiten Messung der Anregung der mehreren
Schnitte in einer der ersten Reihenfolge entgegengesetzten Reihenfolge,
um zwei Arten von Daten für
jeden Schnitt zu erhalten, und (b) Ausführen einer Subtraktionsoperation
zwischen den zwei Arten von Daten für jeden Schnitt, um Signale
von Blutströmungen
in entgegengesetzten Richtungen als Daten mit unterschiedlichen
Vorzeichen zu erhalten.
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Bei
der ersten Messung, bei der die mehreren Schnitten nacheinander
in der ersten Richtung (Richtung A) angeregt werden, wird die Blutströmung in
der Richtung A wiederholt mit einer relativ kurzen Wiederholungszeit
angeregt und die Signale von den Blutströmungs-Spins werden relativ
schwach. Andererseits wird die Wiederholungszeit TR für die Anregung
der Blutströmung
in der entgegengesetzten Richtung (Richtung B) relativ lang und
die Signale davon werden ungefähr
gleich denen der statischen Spins. Bei der zweiten Messung, bei
der dieselben mehreren Schnitten nacheinander in der der ersten Richtung
entgegengesetzten Richtung B angeregt werden, werden die Signale
von der Blutströmung
in der Richtung B relativ schwach und die Signale von der Blutströmung in
der Richtung A relativ stark, anders als bei der ersten Messung.
Daher wird bei der Durchführung
der Subtraktion zwischen den durch diese beiden Arten von Messungen
erhaltenen Daten der Pixelwert (Signalstärke) des statischen Teils 0, und
für die
Strömungs-Spins
unterscheidet sich das Vorzeichen der Daten je nach Strömungsrichtung.
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Die
MRA nach der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise ferner
einen Schritt (c) zur Sättigung
mindestens eines Bereichs, der dem Objektbereich benachbart ist,
durch Anwenden eines hochfrequenten Magnetfelds vor dem Schritt
(a) (Vorsättigungsschritt).
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In
dem Schnitt an jeder Seite des Objektbereichs würden Signale der in den Schnitt
einströmenden
Blut-Spins durch mehrfache Anregung nicht unterdrückt und
würden
nicht von denen von Blut-Spins unterschieden, die aus dem Schnitt
herausströmen. Durch
Vorsättigen
des dem Objektbereich benachbarten Bereichs werden jedoch Signale
durch mehrfache Anregung unterdrückt,
und daher können Blut-Spins
verschiedener Richtungen, das heißt ein- und ausströmende Spins,
unterschieden werden. Dadurch kann die Fähigkeit zur Abbildung von Blutströmungen durch
den gesamten Objektbereich verbessert werden. Anstatt den dem Objektbereich
benachbarten Bereich vorzusättigen,
können
Daten von Schnitten an beiden Seiten aus den in Schritt (b) zu verarbeitenden
Daten gelöscht
werden. Dieses Löschen
von Daten gilt als im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Bei
der MRA nach der vorliegenden Erfindung wird außerdem vorzugsweise bei der
Messung jedes Schnitts der Schnitt so ausgewählt, dass er sich teilweise
mit den benachbarten Schnitten überlappt.
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Wird
ein Schnitt angeregt, so dass sich die benachbarten Schnitte jeweils überlappen,
wird ein statischer Teil des überlappenden
Bereichs wiederholt angeregt, und daher kann die Signalstärke des statischen
Teils stärker
unterdrückt
werden als wenn sich die Schnitte nicht überlappen. Dadurch kann die Fähigkeit
zur Abbildung von Blutströmungen
verbessert werden.
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Eine
Gradientenecho-Sequenz kann als Imaging-Sequenz nach der vorliegenden
Erfindung verwendet werden, und die Anzahl der bei jedem Anregen
gemessenen Echosignale kann 1 oder mehr betragen. Weil die Blutsignale
mit einem hohen Kontrast bezogen auf den des statischen Teils dargestellt werden
können,
auch wenn derselbe Schnitt nicht mehrfach angeregt wird, kann eine
Mehrfachecho-Sequenz (einschließlich
EPI) verwendet werden, die mehrere Echosignale bei jeder Anregung
misst.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine erläuternde
Ansicht einer MRA-Messung mit einer MRI-Vorrichtung nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2(a) und 2(b) zeigen
Beispiele für die
von einem Sequencer durchgeführten
Imaging-Sequenzen.
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3 zeigt
eine erläuternde
Ansicht des Prinzips der MRA-Messung nach der vorliegenden Erfindung.
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4 zeigt
ein Beispiel für
die Bildverarbeitung in der MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
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5 zeigt
eine erläuternde
Ansicht eines Projektionsverfahrens in der MRI-Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt
ein Beispiel für
die Bildverarbeitung in der MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
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7 zeigt
eine MRA-Messung mit einer MRI-Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
ein Gesamtblockdiagramm für ein
System der MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf
die in den anliegenden Zeichnungen gezeigten spezifischen Beispiele
beschrieben.
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8 zeigt
ein Gesamtblockdiagramm des Systems einer MRI-Vorrichtung, die nach
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Diese MRI-Vorrichtung
dient zum Erhalten von Tomogrammen eines Untersuchungsobjekts durch
Nutzung des NMR-Phänomens und
umfasst einen Magneten 2 zur Erzeugung eines statischen
Magnetfelds, ein Gradientenmagnetfeld-Erzeugungssystem 3,
ein Übertragungssystem 5,
ein Empfangssystem 6, ein Signalverarbeitungssystem 7,
einen Sequencer 4 und eine Zentraleinheit (CPU) 8,
wie in 8 gezeigt.
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Der
Magnet 2 zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds erzeugt
ein gleichmäßiges statisches
Magneffeld um ein Untersuchungsobjekt 1 herum in einer
Richtung parallel oder senkrecht zu der Körperachse des Objekts 1 und
umfasst einen Magneten zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds
in einem Raum um das Objekt 1 wie zum Beispiel einen Permanentmagneten,
einen Widerstandsmagneten oder einen supraleitenden Magneten.
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Das
Gradientenmagnetfeld-Erzeugungssystem 3 besteht aus den
Gradientenmagneffeldspulen 9, die in der Richtung der drei
Achsen X, Y und Z gewickelt sind, und einer Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung 10 zur
Ansteuerung der Gradientenmagnetfeldspulen. Die Gradientenmagnetfeld-Stromversorgung 10 wird
entsprechend den Anweisungen von einem Sequencer 4 (weiter
unten beschrieben) gesteuert und wendet die Gradientenmagneffelder
Gx, Gy und Gz in der Richtung der drei Achsen X, Y und Z auf das
Objekt an. Eine Schnittebene des Objekts 1 wird durch Auswahl
der Amplituden dieser Gradientenmagneffelder bestimmt.
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Der
Sequencer 4 dient zum wiederholten Anwenden von HF-Pulsen
in einer bestimmten Pulsfolge, um nukleare Magnetresonanz von Atomkernen zu
verursachen, die das lebende Gewebe des Objekts 1 bilden.
Der Sequencer 4 arbeitet unter der Steuerung der CPU 8 und
sendet verschiedene Arten von Anweisungen zum Erfassen von Daten
zum Erhalten von Tomogrammen des Objekts 1 an das Übertragungssystem 5,
das Gradientenmagnetfeld-Erzeugungssystem 3 und das Empfangssystem 6.
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Das Übertragungssystem 5 dient
zur Erzeugung eines hochfrequenten Magnetfelds, um entsprechend
den von dem Sequencer 4 übertragenen HF-Pulsen nukleare
Magnetresonanz von Atomkernen zu verursachen, die das lebende Gewebe
des Objekts 1 bilden, und besteht aus einem HF-Oszillator 11,
einem Modulator 12, einem HF-Verstärker 13 und einer
HF-Übertragungsspule 14a.
Das Übertragungssystem 5 führt mit
dem Modulator 12 entsprechend den Anweisungen von dem Sequencer 4 eine Amplitudemodulation
der von dem HF-Oszillator 11 ausgegebenen Hochfrequenzpulse
durch. Die amplitudenmodulierten HF-Pulse werden von dem HF-Verstärker 13 verstärkt und
an die HF-Spule 14a in der Nähe des Objekts 1 gegeben,
so dass elektromagnetische Wellen auf das Objekt 1 abgestrahlt werden.
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Das
Empfangssystem 6 dient zum Detektieren der durch nukleare
Magnetresonanz von Atomkernen des lebenden Gewebes des Objekts 1 ausgesendeten
Echosignale (NMR-Signale) und besteht aus einer HF-Spule 14b zum
Empfang elektromagnetischer Wellen, einem Verstärker 15, einem Quadraturphasendetektor 16 und
einem Analog/Digital-Wandler 17. Die elektromagnetischen
Wellen (NMR-Signale), die von dem Objekt 1 als Reaktion auf
die von der HF-Übertragungsspule 14a abgestrahlten
elektro magnetischen Wellen ausgesendet werden, werden von der HF-Spule 14b in
der Nähe des
Objekts 1 erfasst, über
den Verstärker 15 und den
Quadraturphasendetektor 16 in den A/D-Wandler 17 eingegeben
und dadurch in digitale Signale umgewandelt. Die durch den Quadraturphasendetektor 16 zu
den von dem Sequencer 4 angegebenen Zeiten erhaltenen Daten
werden als zwei Reihendaten korrigiert und an das Signalverarbeitungssystem 7 übertragen.
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Das
Signalverarbeitungssystem 7 besteht aus der CPU 8,
einem Aufzeichnungsmedium wie zum Beispiel einer Magnetplatte 18 und
einem Magnetband 19 und einer Anzeigeeinheit 20 wie
zum Beispiel einem Bildschirm. Die CPU 8 führt Verarbeitungsoperationen
wie etwa die Fouriertransformation, die Berechnung des Korrekturkoeffizienten
und die Bildrekonstruktion durch, um so eine Signalstärkeverteilung
oder eine durch Verarbeiten mehrerer Signale mit geeigneten mathematischen
Operationen erhaltene Verteilung in einem bestimmten Abschnitt zu
erfassen und diese als ein Tomogramm auf der Anzeigeeinheit 20 anzuzeigen.
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In 8 sind
die HF-Übertragungs-
und Empfangsspulen 14a und 14b und die Gradientenmagnetfeldspulen 9 innerhalb
des magnetischen Felds angeordnet, das durch den Magneten 2 zur
Erzeugung eines statischen Magnetfelds gebildet wird, das den Raum
um das Untersuchungsobjekt 1 umgibt.
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Als
Nächstes
wird eine Imaging-Sequenz für Strömungsaufnahmen
beschrieben, die von dem Sequencer 4 der so aufgebauten
MRI-Vorrichtung durchgeführt
wird.
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1 zeigt
ein vereinfachtes Modell eines mit der MRI-Vorrichtung nach der
vorliegenden Erfindung zu untersuchenden Bereichs. Bei der vorliegenden
Erfindung wird ein Objektbereich mit den Blutgefäßen A und B so in Schnitte
unterteilt, dass die Schnittebene in etwa senkrecht zu den Blutgefäßen ist,
und diese Schnitte werden durch Mehrschichtaufnahmen in zwei verschiedenen
Reihenfolgen gemessen.
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Die
Mehrschichtaufnahme umfasst, wie in 2(a) gezeigt,
das Anregen eines Schnitts mit einem HF-Puls und das anschließende Erfassen
der Echosignale für
jeden Schnitt innerhalb einer Wiederholungszeit TR für einen
Schnitt, und dieser Schritt wird mit veränderter Phasencodierung wiederholt. Obwohl
in 2(a) nur eineinhalb Wiederholungsschritte
gezeigt sind, wird die Imaging-Sequenz wiederholt ausgeführt, bis
die Echosignale für
eine für die
Bildrekonstruktion nötige
Anzahl von Phasencodierungen erfasst sind.
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Auch
wenn die Abbildung die Imaging-Sequenz nicht im Detail zeigt, kann
es sich um eine Imaging-Sequenz nach der Gradientenecho-Methode handeln
(2(a)), bei der durch Umkehren eines Gradientenmagnetfelds
nach einem selektiven Anregen eines Schnitts durch Bestrahlung mit
HF-Pulsen ein Echosignal erzeugt wird, oder um eine Einzel- oder
Mehraufnahmen-EPI-Sequenz (2(b)),
bei der mehrere Signale (der Einfachheit halber sind in der Abbildung
nur zwei Signale gezeigt) durch mehrmaliges Umkehren der Polarität eines
Gradientenmagnetfelds bei Anwendung von phasencodierten Gradientenmagnetfeldpulsen
nach einem selektiven Anregen eines Schnitts durch Bestrahlung mit HF-Pulsen
erfasst werden. Bei der Mehraufnahmen-EPI-Sequenz wird die in 2(b) gezeigte Sequenz wiederholt, wobei
der Phasencodierungs-Offset geändert
wird. Der Einfachheit halber sind in der Abbildung nur die Schnitte 1 bis 5 gezeigt,
aber innerhalb der Wiederholungszeit TR können mehrere zig Schnitte gemessen
werden.
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Bei
der ersten Messung wird diese Mehrschichtaufnahme, das heißt Anregung/
Aufnahme, nacheinander von dem untersten Schnitt 1 bis
zu dem obersten Schnitt N in 1 durchgeführt, zum Beispiel
von der Beinseite bis zur Kopfseite des menschlichen Körpers. Bei
der zweiten Messung wird die Anregung/Aufnahme nacheinander von
dem obersten Schnitt N bis zu dem untersten Schnitt 1 durchgeführt.
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Wenn
die Schnitte in der Reihenfolge der ersten Messung angeregt werden,
wird die Strömung in
dem Blutgefäß A in der
Richtung der Anregungsreihenfolge mehrfach mit einem wesentlich
kleineren Intervall als die Wiederholungszeit TR von Schnitt 1 zu Schnitt 2 und
zu Schnitt 3 angeregt. Dies bewirkt ein Absinken der Signalstärke der
Strömung
A. Andererseits wird die Strömung
in dem Blutgefäß B in der entgegengesetzten
Richtung der Anregungsreihenfolge mit einem Intervall angeregt,
das in etwa gleich der Wiederholungszeit TR eines statischen Teils
ist, die länger
als die TR für
die Strömung
A ist. Daher wird die Signalstärke
der Strömung
B größer.
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Bei
der zweiten Messung wird, weil die Reihenfolge der Anregung der
Schnitte entgegengesetzt zu der bei der ersten Messung ist, die
Stärke
der Signale von der Strömung
A größer, während die
der Signale von der Strömung
B kleiner wird.
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Die
vorliegende Erfindung nutzt diesen Unterschied zwischen den Signalstärken der
Strömungen
A und B, das heißt
die Intensitäten
sind bei diesen beiden unterschiedlichen Messungen entgegengesetzt,
um die Darstellung der Strömungen
in den unterschiedlichen Richtungen zu ermöglichen.
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Dies
wird anhand von 3 weiter erläutert. Zuerst wird ein Fall
betrachtet, bei dem keine Überlappung
zwischen den Schnitten vorliegt (3(a)). Die
in Schnitt 1 angeregte Blutströmung A strömt in den Schnitt 2.
Die Zeit, bis die Blutströmung
erneut angeregt wird (effektive Wiederholungszeit eTR) kann je nach
der Blutströmungsgeschwindigkeit
v unterschiedlich sein und wird wie folgt dargestellt.
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Ist
die Blutströmungsgeschwindigkeit
v relativ hoch und erfüllt
sie die Bedingung v ≥ 2D/(TR/N), wobei
D die Schnittdicke, TR eine vorbestimmte Wiederholungszeit und N die
Anzahl der innerhalb der Wiederholungszeit (nachstehend gleich)
angeregten Schnitte ist, ist die Blutströmung A zu dem Zeitpunkt, an
dem der Schnitt 2 nach der Anregung von Schnitt 1 angeregt
wird, bereits in den Schnitt 3 oder einen anderen folgenden
Schnitt geströmt.
Daher wird die effektive Wiederholungszeit (eTR) unendlich (eTR
= ∞).
Dementsprechend kommt es nicht zu einer Verringerung der Signalstärke aufgrund
der mehrfacher Anregung.
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Erfüllt die
Blutströmungsgeschwindigkeit
v die Bedingung D/(TR/N) ≥ v < 2D/ (TR/N), sollte
zu dem Zeitpunkt, an dem Schnitt 2 angeregt wird, die in Schnitt 1 angeregte
Blutströmung
ganz oder teilweise in Schnitt 2 vorliegen. Daher ist in
diesem Fall die effektive Wiederholungszeit eTR gleich TR/N (eTR
= TR/N), wie für
die Blutströmung
in Schnitt 2, und sie ist unendlich (eTR = ∞), wie
für die
in den Schnitt 3 oder einen anderen folgenden Schnitt geströmte Blutströmung. Die
Signalverhältnisse
für die
diesen unterschiedlichen eTR-Werten entsprechenden Blutströmungs-Spins
unterscheiden sich je nach der Blutströmungsgeschwindigkeit v, und
das Verhältnis des
mit eTR = TR/N erhaltenen Signals für den Blutströmungs-Spin
nimmt zu, wenn v kleiner wird.
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Erfüllt die
Strömungsgeschwindigkeit
die Bedingung v = D/(TR/N), wird eTR am kürzesten, das heißt TR/N
für die
gesamte Blutströmung.
Die Gesamtsignalstärke
wird durch Addieren der Signalstärken
einschließlich
deren Phasen erhalten, die jeweils der eTR für jeden Blutströmungs-Spin
entsprechen, multipliziert mit deren vorliegenden Verhältnissen.
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Ist
die Strömungsgeschwindigkeit
niedrig, das heißt
erfüllt
sie die Bedingung v < D/(TR/N),
ist eTR gleich TR/N (eTR = TR/N), wie für die in den Schnitt 2 strömende Blutströmung, und
die eTR einer restlichen Blutströmung
in Schnitt 1 ist in etwa gleich der vorbestimmten eTR.
Auch in diesem Fall ist die Signalstärke ein gewichtetes Mittel
der Signale dieser Blutströmungs-Spins
mit unterschiedlichen effektiven Wiederholungszeiten eTR entsprechend
deren Verhältnissen.
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Wie
vorstehend beschrieben, nimmt das Signal in der Blutströmung A proportional
zum Verhältnis der
Blutströmung
ab, wobei eTR gleich TR/N ist, außer wenn v ≥ 2D/(TR/N) ist.
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Bei
der Blutströmung
B, die in die entgegengesetzte Richtung fließt, strömt Blut, das nicht angeregt
worden ist, aus dem Schnitt 3 in den Schnitt 2, und
ihre eTR ist daher unendlich. Daher kommt es nicht zu einer Verringerung
der Signalstärke.
Weil ein statischer Teil jedes Schnitts während der Anregung des Schnitts
direkt davor nicht angeregt wird, wird die effektive Wiederholungszeit
eTR beinahe gleich der vorbestimmten Wiederholungszeit.
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Wenn
sich die Schnitte nicht überlappen, wird
daher nur die Blutströmung
A je nach der Blutströmungsgeschwindigkeit
v mehrfach angeregt. Daher kann nur das Signal von der Blutströmung A durch
Auswahl der Dicke D der Schnitte und der Anzahl N der Schnitte unter
Berücksichtigung
der Blutströmungsgeschwindigkeit
wirksam gesteuert werden.
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Als
Nächstes
wird ein Fall betrachtet, bei dem zusammenhängende Schnitte nacheinander
mit einem vorbestimmten Intervall P (Grad der Überlappung = D – P) angeregt
werden, wie in 3(b) gezeigt. In diesem
Fall ist die Blutströmung
A, wenn die Blutströmungsgeschwindigkeit
die Bedingung v > (D +
P)/(TR/N) erfüllt,
in der Zeit vom Anregen von Schnitt 1 bis zum Anregen von
Schnitt 2 bereits zu dem folgenden Schnitt 3 oder
einem weiteren folgenden Schnitt geströmt. Daher wird die effektive
Wiederholungszeit (eTR) unendlich (eTR = ∞). Somit kommt es nicht zu
einem Rückgang
der Signalstärke aufgrund
der mehrfachen Anregung.
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Erfüllt die
Blutströmungsgeschwindigkeit
v die Bedingung P/(TR/N) ≤ v < (D + P)/(TR/N),
befindet sich die in Schnitt 1 angeregte Blutströmung zum Zeitpunkt
des Anregens von Schnitt 2 ganz oder teilweise in Schnitt 2.
Daher weist die in Schnitt 2 vorliegende Blutströmung eine
effektive Wiederholungszeit eTR gleich TR/N (eTR = TR/N) auf und
wird mehrfach angeregt. Der andere Teil ist bereits in den Schnitt 3 oder
einen weiteren folgenden Schnitt geströmt, und daher ist die eTR unendlich
(eTR = ∞).
In diesem Fall unterscheidet sich auch das Verhältnis der mehrfach angeregten
Blutströmung
je nach der Blutströmungsgeschwindigkeit
v, und die Signalstärke
wird durch Addieren der Signalstärken
multipliziert mit deren Verhältnissen
erhalten.
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Wenn
die Blutströmungsgeschwindigkeit sehr
niedrig ist und die Bedingung v < P/(TR/N)
erfüllt,
kann die effektive Wiederholungszeit eTR als im Wesentlichen gleich
der des statischen Teils angesehen werden. Liegt eine Überlappung
zwischen den Schnitten vor, wird daher zumindest ein Teil der Blutströmung A je
nach ihrer Geschwindigkeit mehrfach angeregt, außer in dem Fall, bei dem die
Geschwindigkeit sehr hoch ist, und die Signalstärke ist proportional zu den
Verhältnissen
verringert.
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Bei
der Blutströmung
B, die in die entgegengesetzte Richtung fließt, ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeit
die Bedingung v ≥(D – P)/(TR/N)
erfüllt, die
effektive Wiederholungszeit eTR unendlich (eTR = ∞). Erfüllt sie
andererseits die Bedingung v < (D – P)/(TR/N),
wird die Blutströmung
unterschiedlich angeregt, je nachdem, ob sie in einem überlappenden Teil
ist und ob der Schnitt in der Blutströmung davor liegt. Das heißt, wird
eine Blutströmung
in einem Schnitt angeregt und fließt sie in eine der Anregungsrichtung
entgegengesetzte Richtung, wird der in dem überlappenden Teil verbleibende
Teil durch die folgende Anregung angeregt. Daher erfüllt ihre
effektive Wiederholungszeit eTR die Bedingung TR/N < eTR < TR. Andererseits
kann bei einem nicht überlappenden
Teil eine Blutströmung,
die während
der Wiederholungszeit des vorherigen Phasencodierschritts zum Anregen
eines davor liegenden Schnitts angeregt worden ist, darin fließen. In
diesem Fall ist die effektive Wiederholungszeit eTR gleich eTR/N
(eTR = nTR/N), wobei n eine durch TR, N, v und P bestimmte ganze
Zahl ist und n kleiner als N ist. In einem davor liegenden Schnitt
wird, weil keine in dem vorherigen Phasencodierschritt angeregte
Blutströmung
darin einströmt,
eTR unendlich (eTR = ∞).
Die Signalstärke der
Blutströmung
B wird ein gewichtetes Mittel der Signale für die Blutströmungs-Spins
mit diesen drei Arten von effektiven Wiederholungszeiten eTR. Weil alle
diese eTR-Werte größer als
TR/N sind, kommt es nicht zu einer Signalunterdrückung durch mehrfache Anregung
wie in der Blutströmung
A.
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Bei
dem statischen Teil ist ein Teil, in dem sich Schnitt 1 und
Schnitt 2 nicht überlappen
(schraffierter Teil in der Abbildung), während der Anregung des vorherigen
Schnitts nicht angeregt worden. Daher ist seine effektive Wiederholungszeit
eTR im Wesentlichen gleich der vorbestimmten TR. Andererseits wird
die eTR des überlappenden
Teils TR/N (eTR = TR/N), und dieser Teil wird mehrfach angeregt.
Daher kann die Signalstärke
eines statischen Teils durch geeignete Auswahl des Grads der Überlappung
gesteuert werden. Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Signalstärken für die Blutströmung A,
den statischen Teil und die Blutströmung B zu erhalten, die in
dieser Reihenfolge abnehmen, wodurch der Kontrast der Angiographie
nach der Subtraktionsoperation verstärkt werden kann, was nachstehend
erläutert
wird. Ist der Grad der Überlappung
zu groß,
ist auch die Anzahl der Schnitte zum Abdecken des gesamten Objektbereichs
hoch. Dies führt schließlich zu
längeren
Messzeiten und einer Sättigung
langsamer Blutströmungen.
Daher wird der Grad der Überlappung
mit ca. 20 bis 80 % der Schnittdicke und vorzugsweise 50 % oder
weniger der Schnittdicke gewählt.
Für arterielle
Gefäße und dergleichen
kann der Grad der Überlappung
jedoch erhöht
werden.
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Wie
vorstehend erläutert,
können
in beiden in 3(a) und 3(b) gezeigten
Fällen
unterschiedliche Signalstärken
erhalten werden, je nach der Richtung der Blutströmung. Wird
außerdem
eine umgekehrte Anregungsreihenfolge für die Messung verwendet, kann
der Unterschied in der Signalstärke in
exakt umgekehrter Weise vermittelt werden.
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Nachstehend
wird eine Einrichtung zur Bildrekonstruktion aus den an zwei Mess
zeitpunkten erhaltenen Daten beschrieben, wobei die Signalstärken je
nach der Strömungsrichtung
in unterschiedlicher Weise vermittelt werden.
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Die
vorstehend genannten zwei Arten von Mehrschichtaufnahmen liefern
ein Paar Bilddatensätze
für jeden
Schnitt, wie in 4 gezeigt. In einem Satz von
für ein
und denselben Schnitt erhaltenen Bildern ist das Blutgefäß A mit
schwacher Signalstärke
und das Blutgefäß B mit
starker Signalstärke
in einer Gruppe von Daten gezeigt (mit der ersten Messung erhaltenes
Bild), und das Blutgefäß B ist
mit schwacher Signalstärke
und das Blutgefäß A mit starker
Signalstärke
in der anderen Gruppe von Daten gezeigt (mit der zweiten Messung
erhaltenes Bild).
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Dann
wird eine Subtraktion zwischen den Daten in einem Paar Datensätze durchgeführt (zum Beispiel
wird der mit der zweiten Messung erhaltene Bilddatensatz von dem
mit der ersten Messung erhaltenen Bilddatensatz subtrahiert). Die
Subtraktion kann mit komplexen Daten oder Absolutwerten erfolgen,
nachdem jeder Datensatz als ein Bild rekonstruiert worden ist, oder
die Rekonstruktion kann nach der Subtraktion der komplexen Daten
mit Signaldaten vor der Rekonstruktion durchgeführt werden. Diese Operation
bewirkt einen Signalverlust in den statischen Teilen und liefert
ein Bild, das nur die Blutgefäße enthält. In diesem
Bild haben die Pixelwerte je nach der Richtung der Blutströmung unterschiedliche Vorzeichen.
Die vorstehend genannte Subtraktion wird für jeden Schnitt durchgeführt, und
somit werden Subtraktionsbilder in mehreren Schnitten erhalten.
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Danach
werden die erhaltenen Subtraktionsbilder einer Projektionsoperation
unterzogen, um ein projiziertes Blutgefäßabbild des gesamten Objektbereichs
zu erzeugen. Zu den bekannten Verfahren zum Erhalten eines Projektionsbildes
von mehreren zweidimensionalen Aufnahmen von zusammenhängenden
Schnitten, die jeweils einen Teil eines Gefäßes enthalten, gehören die
Maximumintensitäts-Projektionsmethode
(MIP) und die Minimumintensitäts-Projektionsmethode
(MinIP) unter Verwendung einer Strahlverfolgungstechnik. Bei der
vorliegenden Erfindung werden Blutgefäße für beide Richtungen der Blutströmung mit
einer Kombination der Maximum- und Minimumintensitäts-Projektionsmethode dargestellt.
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Wie
vorstehend erläutert,
enthalten die Subtraktionsbilder Daten mit unterschiedlichen Vorzeichen.
Wenn daher nur die MIP-Verarbeitung oder nur die MinIP-Verarbeitung
durchgeführt
wird, werden nur Blutgefäße für eine Blutströmungsrichtung
abgebildet. Um dies zu vermeiden, wird die folgende Operation durchgeführt. Zuerst
wird, wie in 5(a) gezeigt, ein Schwellenwert
a für die
positiven und negativen Signalstärken
bestimmt. Ein Signal mit einem Absolutwert, der nicht größer als
der Schwellenwert a ist, wird als Signal von einem anderen Gewebe
als einem Blutgefäß angesehen
und in grauer Farbe als ein Nullpegel oder a angezeigt. Ein Signal
mit einem Absolutwert, der den Schwellenwert a übersteigt, wird als das Signal
von einem Blutgefäß angesehen. Ist
der Wert positiv, wird es zum Beispiel weiß angezeigt, während es
schwarz angezeigt wird, wenn der Wert negativ ist. Dadurch ist es
möglich,
das Blutgefäß A und
das Blutgefäß B, in
denen das Blut in entgegengesetzten Richtungen strömt, auf
einem grauen Hintergrund zum Beispiel schwarz und weiß darzustellen.
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Bei
einem Fall, bei dem sich ein positives Signal und ein negatives
Signal auf einer optischen Achse überlappen, kann dasjenige mit
dem größeren Absolutwert
zwischen den positiven und negativen Signalen angezeigt werden (5(b)). Alternativ kann zuvor entweder
dem positiven oder dem negativen Signal Priorität eingeräumt werden, und dieses eine
Signal kann dann entsprechend der festgelegten Regel dargestellt
werden (5(c)). Das zu verwendende
Verfahren kann unter Berücksichtigung der
Diagnoseanforderungen gewählt
werden. Das Verfahren in 5(b) eignet
sich vorzugsweise zur Abbildung von Blutgefäßen mit höheren Signalwerten, während das
Verfahren in 5(c) für die bevorzugte
Abbildung von Arterien oder Venen geeignet ist.
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Die
Blutströmungsrichtung
kann auch in verschiedenen Farben je nach Vorzeichen angezeigt werden,
anstelle mit der vorstehend beschriebenen einfarbigen Anzeige. Das
heißt,
sie können
durch Anzeige in verschiedenen Farben unterscheidbar gemacht werden,
zum Beispiel rot für
positive Werte und blau für
negative Werte. Außerdem
kann, wie bei herkömmlichen
Projektionsoperationen, die Projektionsrichtung für die oben
genannte Projektionsoperation willkürlich festgelegt werden, zum
Beispiel als Herzschnitt, Sagittalschnitt, Querschnitt usw. Weiter kann
das Bild, wie in 6 gezeigt, um eine bestimmte
Achse C gedreht werden, und Projektionsbilder werden alle 5° bis 10° von einem
Projektor mit einem Winkel von etwa ± 45° erzeugt. Sie können als laufende
Bilder angezeigt werden. Dadurch ist es möglich, Strukturen von Blutgefäßen zu erkennen, einschließlich der
dreidimensionalen Beziehung und Tiefe von Blutgefäßen, und
es wird möglich,
Gefäße, die
aufgrund der Verwendung der Methode in 5(b) oder 5(c) verborgen sind, aus einer anderen
Richtung zu beobachten.
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Wie
vorstehend erläutert,
nutzt die MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Verringerung
der Signalstärke
aufgrund der mehrfachen Anregung des in derselben Richtung wie die
Anregungsrichtung fließenden
Bluts bei Mehrschichtaufnahmen und erhält Blutströmungssignale als Daten mit
unterschiedlichen Vorzeichen je nach Blutströmungsrichtung durch Subtraktion
der mit zwei Arten von Messungen mit unterschiedlichen Anregungsrichtungen
erhaltenen Daten. In diesem Fall wird bei Schnitt 1 in 1 als
dem ersten anzuregenden Schnitt das längs der Anregungsrichtung in
diesen Schnitt einströmende
Blut nicht mehrfach angeregt, und daher wird seine Signalstärke nicht
verringert. In gleicher Weise wird bei Schnitt N als dem ersten
anzuregenden Schnitt in der zweiten Messung die Signalstärke des
längs der
Anregungsrichtung in diesen Schnitt einströmenden Bluts nicht verringert.
Daher wird bei der Durchführung
der Subtraktion zwischen zwei Sätzen
von Daten aus zwei Messungen mit unterschiedlichen Anregungsreihenfolgen
der Unterschied in der Blutströmungsrichtung
für die
ersten und letzten Schnitte, das heißt die Schnitte 1 und
N, unklar.
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Um
den unklaren Teil an den entgegengesetzten Enden des Objektbereichs
zu eliminieren, können
Daten für
die ersten und letzten Schnitte gelöscht werden. Bevorzugt wird
jedoch ein dem als erstes anzuregenden Schnitt benachbarter Bereich durch
HF-Bestrahlung vorgesättigt.
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Eine
beispielhafte Imaging-Sequenz einschließlich dieser Vorsättigung
ist in 7 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist, ähnlich wie
bei der in 1 gezeigten Ausführungsform,
der Objektbereich in mehrere Schnitte unterteilt, die in etwa senkrecht
zu den betreffenden Blutgefäßen A und
B stehen, und es werden Mehrschichtaufnahmen gemacht, bei denen
die ersten und zweiten Messungen mit unterschiedlichen Anregungsreihenfolgen
der Schnitte erfolgen. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch bei
der Mehrschichtaufnahme für
die erste Messung ein Bereich S1 (unterer Bereich in der Abbildung),
der dem als erstes anzuregenden Schnitt 1 benachbart ist,
einer HF-Bestrahlung ausgesetzt, um die Spins in diesem Bereich
zu sättigen.
Nach der ersten Messung wird ein dem als erstes anzuregenden Schnitt
n benachbarter Bereich S2 (oberer Bereich in der Abbildung) ebenfalls
vorgesättigt,
um die Spins zu sättigen,
wenn die zweite Messung beginnt.
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Wenn
der Schnitt 1 (oder Schnitt N) angeregt wird, nachdem der
benachbarte Bereich vorgesättigt worden
ist, können,
weil gesättigte
Blutströmungs-Spins
aus dem gesättigten
Bereich S1 (oder S2) in diesen Schnitt einströmen, die Signale von der Blutströmung verringert
werden. Dadurch entsteht ein klarer Unterschied zwischen den Signalen
von Blutgefäß A, dem
statischen Teil und von Blutgefäß B, wodurch
die Fähigkeit
zur Untersuchung von Blutströmungen
verbessert werden kann.
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Eine
solche Vorsättigung
kann unabhängig von
der Art der Imaging-Sequenz erfolgen, und ein Vorsättigungsschritt
für den
Bereich S1 oder S2 kann vor den in 2(a) und 2(b) gezeigten Mehrschnittsequenzen eingefügt werden.
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Obwohl
sich die vorstehende Beschreibung auf die Fälle bezieht, in denen die Gradientenecho- oder
EPI-Methode für
die Mehrschichtsequenz nach der vorliegenden Erfindung verwendet
wird, kann die vorliegende Erfindung auch benutzt werden, wenn für die Mehrschichtsequenz
andere Methoden verwendet werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht
die MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung die Darstellung
von Blutströmungen
in verschiedenen Richtungen, indem zwei Arten von Mehrschichtaufnahmen
mit umgekehrten Schnittanregungsreihenfolgen als Strömungsabbildungsfunktionen
durchgeführt
werden und eine Subtraktion der mit den Mehrschichtaufnahmen erhaltenen
Daten erfolgt. Außerdem
kann die EPI-Methode für Mehrschichtaufnahmen
benutzt werden, bei denen Echos einer für die Bildrekonstruktion erforderlichen
Gesamtzahl von Phasencodierungen mit einer Anregung der Schnitte erhalten
werden können.
Dies ermöglicht
es, ein Angiogramm in einer sehr kurzen Zeit von zum Beispiel 10
Sekunden oder weniger zu erhalten.
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Darüber hinaus
ist es bei der MRI-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung unwahrscheinlich,
dass die Messung von turbulenten Strömungen beeinflusst wird, die
bei der herkömmlichen
PC-Methode ein Problem darstellen, und dies erlaubt eine klare Unterscheidung
der Blutströmungsrichtungen auch
bei überlappenden
Arterien und Venen.