NL9100138A - Magnetische resonantie werkwijze en inrichting ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld. - Google Patents

Description

Magnetische resonantie werkwijze en inrichting ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld

De uitvinding heeft betrekking op een magnetische resonantie werkwijze ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld dat bepaald wordt uit magnetische resonantiesignalen, die met meetsequenties worden opgewekt in een objekt dat zich in een homogeen stationair magnetisch veld bevindt, waarbij de meetsequenties een fasecoderingsgradiënt Bevatten die van meetsequentie tot meetsequentie gevarieerd wordt.

De uitvinding heeft verder betrekking op een magnetische resonantie inrichting ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld, welke inrichting middelen voor het opwekken van een homogeen stationair magnetisch veld, middelen voor het genereren van meetsequenties ter opwekking van magnetische resonantiesignalen in een in het stationair veld geplaatst objekt en middelen voor het reconstrueren van het magnetisch resonantiebeeld uit de resonantiesignalen bevat.

Een dergelijke magnetische resonantie werkwijze en inrichting zijn bekend uit het Amerikaanse octrooischrift No. 4,713,615. In genoemd Amerikaans octrooischrift wordt beschreven dat gradiëntgolfvormen van onder meer fasecoderingsgradiënten worden gevormd door onder besturing van een computer data in digitale vorm aan een digitaal-naar-analoog-omzetter (DAC) toe te voeren en vervolgens het analoge uitgangssignaal van de digitaal-naar-analoog-omzetter toe te voeren aan een gradi-ëntversterker, waarvan een uitgang gekoppeld is met een gradiëntspoel. Ten gevolge van kwantisatie fouten in de digitaal-naar-analoog-omzetter kan niet elke gewenste amplitude van de fasecoderingsgradiënt worden ingesteld, d.w.z. de amplitude van de fasecoderingsgradiënt dient te worden afgerond naar de meest nabije DAC-waarde. Zoals bekend gaat het er bij fasecoderingsgradiëntgolfvormen om dat de gradiëntoppervlakte zo goed mogelijk aan een gewenste waarde gelijk is. In genoemd Amerikaans octrooischrift wordt onnauwkeurigheid in gradi-entoppervlakte verkleind door behalve het aanleggen van de fasecoderingsgradiënt met de beschreven amplitudekwantisa-tie op een ander tijdstip in de meetsequentie nog een verdere gradiënt van relatief korte tijdsduur aan te leggen waarvan de gradiëntoppervlakte zo goed mogelijk gelijk is aan de oppervlaktefout in de eerder aangelegde fasecoderingsgradiënt. Verder wordt opgemerkt dat het gewenst is lowcost-DAC's te hebben, dwz. met een relatief lage resolutie, met een toch zo goed mogelijke effectieve fasecoderingsgradiëntoppervlakte. In een variant wordt beschreven dat met een lowcost-DAC ook zo goed mogelijk een gradiënt met een gewenste oppervlakte kan worden verkregen door voor alle gewenste oppervlakten een tweepolige gradiënt aan te leggen die tussen een maximum en een minimum waarde schakelt en waarvan de timing van een flank bij overgang van de maximum op de minimum waarde wordt gevarieerd.

Bij de beschreven varianten in genoemd Amerikaans octrooischrift wordt uitgegaan van een ideale DAC, dwz. er wordt geen rekening gehouden met in praktische situaties aanwezige differentiële niet-lineariteit waardoor toch onnauwkeurigheden in de ingestelde gradiëntamplituden optreden. Vooral bij de fasecoderingsgradiënt is dit van belang, met name bij orthogonale NMR-werkwijzen waarbij NMR-data in de k-ruimte op een Cartesisch rooster dienen te liggen. Liggen de data op een rooster in de k-ruimte dan zal na inverse Fouriertransformatie van de data een zoveel mogelijk beeldfoutvrij beeld worden verkregen. Bij de in genoemd Amerikaans octrooischrift voorgestelde low-cost/low-resolution DAC's zal een dergelijke differentiële niet-lineariteit juist groter zijn dan bij duurdere hogere resolutie DAC's aangezien DAC-fabrikanten geen onnodig strenge eisen aan hun DAC-ontwerp stellen. Verder zal het aanleggen van een extra gradiënt niet in alle meetsequenties gewenst zijn en zal met name in een zogenaamde spinwarp-meetsequenties tot een ongewenste verlenging van de sequentieduur kunnen leiden. Ook het toepassen van een tweepolige gradiënt is niet steeds wenselijk. Verder zullen ook DAC-instabiliteit, en niet-lineariteit, instabiliteit en offset van de gradiëntversterker aanleiding geven tot beeldfouten.

Het is het doel van de uitvinding te voorzien in een magnetische resonantie werkwijze van de in de aanhef vermelde soort welke voor genoemde beeldfoutoorzaken reductie van beeldfouten geeft en die'ook geen verlenging van meetsequentieduur vertoont.

Een magnetische resonantie werkwijze volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, dat vóór en/of tijdens aanleggen van de meetsequenties afwijkingen in fasecode-ringsgradiëntoppervlakten ten opzichte van gewenste oppervlakten worden bepaald, op grond waarvan beelddata in een uit de resonantiesignalen verkregen beeldmatrix worden gecorrigeerd. Hierdoor wordt een reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld verkregen, zoals een reductie van spookbeelden ("ghosts") en versmeringen ("blurring"). Ook kunnen minder nauwkeurige en derhalve goedkopere gradiëntversterkers worden gebruikt.

De uitvinding vindt haar oorsprong in de konstatering dat er ondanks het het beter worden van NMR-apparatuur, zoals toepassing van afgeschermde gradiënten, waardoor minder wervelstromen ten gevolge van schakelende gradiënten worden opgewekt er toch nog goed merkbare beeldfouten zijn. Tot nu toe werd namelijk veelal gedacht dat de beeldfouten grotendeels waren toe te schrijven aan wervelstroominvloeden. Behalve dat beeldfouten ten gevolge van genoemde beeldfoutbronnen worden gereduceerd, worden ook restfouten ten gevolge van wervelstromen meegenomen. Alle verstoringen van de gewenste fasecoderingsgradiëntoppervlakte worden gecorrigeerd.

De uitvinding is onder meer gebaseerd op de gedachte dat er bij een vaststaande relatie bestaat tussen een ingestelde fasecoderingsgradiënt en een opgewekt magnetisch resonantiesignaal, waardoor onder gegeven omstandigheden uit het resonantiesignaal te deduceren is wat de gradiëntoppervlakte geweest is die het betreffende resonantiesignaal heeft veroorzaakt. Op grond hiervan is correctie mogelijk. Een in feite niet-equidistante signaalbemonstering in fasecoderingsgradiëntrichting kan door correctie equidistant gemaakt worden.

Een uitvoeringsvorm van een magnetische werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de afwijkingen vóór aanleggen van de meètsequenties aan het objekt worden bepaald door onder variatie van de fasecoderingsgradiëntoppervlakte de meetsequenties aan te leggen aan een objekt van bekende vorm en samenstelling en worden opgeslagen in een lookup-tabel, en dat de fasecoderingsgradiënt tijdens aanleggen van de meetsequenties aan het objekt althans gedurende een voorafbepaalde tijdsduur met in de lookup-tabel opgeslagen correctiewaarden wordt gecorrigeerd. Bij deze uitvoeringsvorm wordt ervan uitgegaan dat gradiëntafwijkingen, onder meer ten gevolge van de genoemde differentiële niet-lineariteit, stationair is, dwz. ten minste over de duur van de meting konstant zijn, maar zelf bij voorkeur over veel langere tijd konstant zijn. Het objekt van bekende vorm en samenstelling, een zogenaamd fantoom, geeft een bekend magnetisch resonantiesignaal, dwz. uit het magnetisch resonantiesignaal kan gededuceerd worden bij welke fasecoderingsgradiëntoppervlakte dat signaal is gegenereerd. Een afwijking in gradiëntoppervlakte die hieruit wordt bepaald, wordt opgeslagen in een lookup-tabel, zodat gedurende de eigenlijke meting aan het objekt door correctie van de gradiënt de gewenste gradiëntoppervlakte kan worden ingesteld. Dit wordt voor alle fasecoderingstappen herhaald.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding is er onder de aanname dat de gradiëntafwijkingen stationair zijn door gekenmerkt, dat vóór aanleggen van de meetsequenties een verdere meetseguentie wordt aangelegd aan het objekt waarin de fasecoderingsgradiënt als uitleesgradiënt fungeert en daarbij een zodanige amplitude heeft dat een bemonsterings-tijdvak overeenstemt met een fasecoderingsstap tijdens aanleggen van de meetsequenties en de afwijkingen tijdens de meetsequenties uit het met de verdere meetsequentie verkregen resonantiesignaal en de met de meetsequenties verkregen resonantiesignalen worden bepaald. Deze uitvoeringvorm, die als voordeel heeft dat er geen fantoom nodig is, maakt gebruik van de relatié tussen het te meten objekt en de fasecoderingsgradiënt. Door omkering van de funktie van fasecoderingsgradiënt en uitleesgradiënt wordt gebruik gemaakt van een nauwkeurig instelbaar bemonsteringsinterval in de "echte" tijd om onnauwkeurigheid in instelling in de pseudotijd te bepalen. Bij de eigenlijke meting wordt op grond hiervan onnauwkeurigheid in instelling van de fasecoderingsstappen, pseudotijd, vastgesteld en vindt correctie plaats, bij voorbeeld door middel van een lineaire interpolatie, zoals een gridding werkwijze voor inverse Fouriertransformatie.

Een uitvoeringsvorm van een magnetische werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de afwijkingen tijdens aanleggen van de meetsequenties worden bepaald op grond van signaalinformatie uit een in een uitleesgradiëntrichting aangebracht objekt van bekende vorm en samenstelling. Hierdoor wordt bereikt dat de informatie van het te meten objekt in frequentie gescheiden is van het objekt van bekende vorm en samenstelling (fantoom). De oppervlaktefouten in de fasecoderingsgradiënt uiten zich weer als een niet-equidistante bemonstering in pseudotijd. De in frequentie gescheiden informatie van het fantoom wordt gebruikt om de niet-equidistante bemonstering equidistant te maken.

Een uitvoeringsvorm van een magnetische werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de afwijkingen tijdens aanleggen van de meetsequenties worden bepaald op grond van signaalinformatie uit een in de nabijheid van het te meten objekt aangebracht objekt van bekende vorm en samenstelling, waarbij op het stationair magnetisch veld ter plaatse van het objekt van bekende vorm en samenstelling een locaal hulpveld gesuperponeerd wordt ter frequentiescheiding van signaalinformatie uit het te meten objekt en van signaalinformatie uit het objekt van bekende vorm en samenstelling. Hierdoor wordt bereikt dat de plaatsing van het fantoom onafhankelijk wordt van de uitleesrichting van het magnetisch resonantiesignaal. Het locaal hulpveld zorgt voor frequentiescheiding.

Een andere uitvoeringsvorm van een magnetische resonantiewerkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat tijdens aanleggen van de meetsequenties met een magneetveldsensor, die gevoelig is voor variaties in het magneetveld ten gevolge van de fasecoderingsgradiënt, ten minste tijdens aanleggen van de fasecoderingsgradiënt het veld wordt gemeten voor meetsequenties met opeenvolgende fasecoderingsprofielen, en dat de afwijkingen worden bepaald op grond van verschilsignalen van de met de sensor gemeten signalen. Ook deze uitvoeringsvorm heeft ten opzichte van de uitvoeringsvorm met een fantoom in de uitleesrichting als voordeel dat geen fantoom op een bepaalde plaats nodig is. Het sensorsignaal is een maat voor de oppervlakte van de fasecoderingsgradiënt en de verschilsignalen zijn evenredig met een toename van de oppervlakte van de fasecoderingsgradiënt. Bedacht dient te worden dat vooral een nauwkeurige instelling van de toename van de fasecoderingsgradiënt van belang is, met name waar het ghost-artefacten betreft.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat de beelddata worden gecorrigeerd met behulp van een gridding werkwijze voor Fourier inversie. Zijn de afwijkingen bepaald dat kan de datamatrix orthogonaal gemaakt worden in de fasecoderingsrichting, waarna inverse Fouriertransformatie plaatsvindt ter bepaling van het magnetisch resonantiebeeld.

Een alternatieve uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding is erdoor gekenmerkt, dat tijdens aanleggen van de meetsequenties een veranderend signaal gesuperponeerd is op een fasecoderingsgradiëntgolfvorm. Door geschikte keuze van het veranderend signaal wordt de invloed van differentiële niet-lineariteit in de DAC's gereduceerd en wordt tevens een gewenste effectieve gradiëntoppervlakte bereikt.

Een verdere uitvoering van de alternatieve uitvoeringsvorm volgens de uitvinding *is erdoor gekenmerkt, dat het veranderend signaal een discreet ruisachtig patroon bevat en/of een aantal malen een positief of negatief signaal ter grootte van ten minste één discretisatiestap van de digitaal-naar-analoog-omzetter. Met het discreet ruisachtig patroon wordt de invloed van de differentiële niet-lineariteit van de DAC gereduceerd en de positieve of negatieve discretisatiestappen zorgen ervoor dat de fasecoderingsgradiëntoppervlakte zo goed mogelijk gelijk gemaakt wordt aan de gewenste oppervlakte. Al naar de feitelijke situatie zou één der laatst genoemde maatregelen kunnen vervallen zonder dat dit een grote invloed op de beeldfout heeft.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van een tekening, waarin

Figuur 1 schematisch een magnetische resonantie inrichting volgens de uitvinding weergeeft, figuur 2A een DAC-karakteristiek van een lineaire DAC en figuur 2B een DAC-karakteristiek van een DAC met differentiële niet-lineariteit toont, figuur 3 een spin-echo NMR meetsequentie toont, figuur 4 een fasecoderingsgradiënt en een gecorrigeerde fasecoderingsgradiënt volgens de uitvinding laat zien, figuren 5A en 5B plaatsing van een fantoom laat zien ten opzichte van een doorsnede van een te meten objekt, in uitvoeringsvormen van een werkwijze volgens de uitvinding, figuren 6A en 6B meetsequenties in een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding tonen en figuren 6C en 6D daarbij behorende bemonsteringen in de k-ruimte, figuur 7 een modificatie van de in figuur 1 getoonde inrichting toont ter implementatie van een alternatieve uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding, en figuur 8 een fasecoderingsgradiënt laat zien die opgewekt is met de gemodificeerde inrichting.

In figuur 1 is schematisch èen magnetische resonantie inrichting 1 volgens de uitvinding weergegeven, met zendmiddelen 2 en ontvangstmiddelen 3 voor het respectievelijk zenden van hoogfrequent elektromagnetische pulsen via een zend/ontvangstspoel 4 naar een objekt 5 en ontvangen van magnetische resonantiesignalen, die met de hoogfrequent elektromagnetische pulsen in het objekt 5 worden opgewekt, dat zich in een stationair homogeen magnetisch veld bevindt. De zend/ontvangstspoel 4 kan een enkele spoel zijn, maar er kan ook een aparte zendspoel en een aparte ontvangstspoel zijn. De inrichting 1 bevat middelen 6 voor het opwekken van het stationair veld. De middelen 6 bevatten magneetspoelen 7, en in het geval van weerstandsmagneten of supergeleidende magneten, een gelijkspanningsvoeding 8. In het geval van een permanente magneet ontbreekt de gelijkspanningsvoeding 8. Is de inrichting 1 in bedrijf en is het objekt 5 binnen de magneetspoelen 7 geplaatst dan zal in evenwichtstoestand een geringe overmaat aan kernspins (van kernen met een magnetisch moment) met het stationair veld zijn meegericht. Macroscopisch is dit op te vatten als een magnetisatie M0, een evenwichtsmagnetisa.tie. De inrichting 1 bevat verder verwerkingsmiddelen 9, die gekoppeld zijn met de zendmiddelen 2 en de ontvangstmiddelen 3, een met de verwerkingsmiddelen 9 en de zendmiddelen gekoppelde proces computer 10, en weergeefmiddelen 11 voor het weergeven van een kernmagnetisatieverdeling die met geprogrammeerde middelen 12 wordt bepaald uit met de ontvangstmiddelen 3 ontvangen en gedemoduleerde resonantiesignalen, na signaalbemonstering ervan (detectie van resonantiesignalen). Meer gedetailleerd bevatten de zendmiddelen 2 een hoogfrequent oscillator 13 voor het opwekken van een draaggolfsignaal, een modulator 14 voor het in amplitude en/of fase en frequentie moduleren van het draaggolfsignaal, een vermogensversterker 15 en een richtingskoppeling 16, die met de zend/ontvangstspoel 4 gekoppeld is. De hoogfrequent oscillator 13 is gekoppeld met de verwerkingsmiddelen 9 en de modulator 14 met de procescomputer 10. Worden onder besturing van de geprogrammeerde middelen 12 via de zendmiddelen 2 excitatiepulsen op het objekt 5 aangestraald met een frequentieinhoud die ligt rond de zogenaamde Larmor-frequentie van bijvoorbeeld protonen dan zullen magnetische resonantiesignalen ontstaan waaruit met de geprogrammeerde middelen 12 door middel van bijvoorbeeld

Fouriertransformatie een protonkernspinverdeling ofwel een magnetisch resonantiebeeld kan worden bepaald. De ontvangstmiddelen 3 voor het ontvangen van de resonantiesignalen bevatten de richtingskoppeling 16 en een ontvangst- en demodulatie-eenheid 17. De eenheid 17 kan een dubbele fasegevoelige detector zijn, waarvan de uitgangssignalen met een eerste en een tweede analoog-naar-digitaal omzetter 18 en 19 bemonsterd worden. De A/D-omzetters 18 en 19 zijn gekoppeld met de verwerkingsmiddelen 9. De zend- en ontvangstmiddelen 2 en 3 kunnen ook gevormd worden door een zogenaamde fasecoherente digitale zender/ontvanger. De inrichting 1 bevat verder middelen 20 voor het opwekken van op het stationair homogeen veld gesuperponeerde magnetische veldgradiënten. De middelen 20 bevatten gradiëntmag-neetspoelen 21, 22 en 23 voor het respectievelijk opwekken van magnetische veldgradiënten Gx, Gy en Gz en een door de procescomputer 10 aanstuurbare voeding met gradiëntversterkers 24 voor het voeden van de gradiëntmagneetspoelen 21, 22 en 23, die afzonderlijk aanstuurbaar zijn. De procescomputer 10 bevat digitaal-naar-analoog-omzetters (DAC's) 25, 26 en 27 om onder toevoer van digitale codes en onder besturing van de procescomputer 10 analoge gradiëntgolfvormen te leveren aan de gradiëntvoeding 24 waarmee de respectieve gradiënten Gx, Gy en Gz worden opgewekt. Bijvoorbeeld bij 2D-FT is Gx een meetgradiënt, Gy een fasecoderingsgradiënt en Gz een selektiegradiënt. Bij 3D-FT kan Gz een verdere fasecoderingsgradiënt zijn. Bij de getoonde uitvoeringsvorm is de ruimtelijke opstelling van de gradiëntmagneetspoelen zodanig dat de veldrichting van de magnetische veldgradi-enten samenvalt met de richting van het stationair homogeen magnetisch veld en dat de gradiëntrichtingen loodrecht op elkaar staan, in figuur 1 aangegeven met drie loodrecht op elkaar staande assen x, y en z. De magnetische resonantiesignalen, waaruit door middel van Fouriertransformatie een kernspinverdeling kan worden gereconstrueerd, worden verkregen door middel van zogenaamde meetsequenties.

Figuur 2A toont een DAC-karakteristiek van een lineaire DAC, waarbij een DAC-uitgangswaarde is afgezet tegen een digitale ingangswaarde die aan een ingang van de DAC wordt aangeboden. Daarbij is het verschil in uitgangswaarde konstant en gelijk aan dA tussen twee opeenvolgende DAC-ingangswaarden. In de praktijk zal dit verschil veelal niet konstant zijn, maar zal er sprake zijn van zogenaamde differentiële niet-lineariteit. Ook de in figuur 1 getoonde DAC's 25, 26 en 27 zullen in het algemeen differentiële niet-lineariteit vertonen. Figuur 2B toont een DAC-karakteristiek met differentiële niet-lineariteit, dwz. het verschil in uitgangswaarde van de DAC is niet konstant tussen opeenvolgende DAC-ingangswaarden, in figuur 2A aangegeven met dA en dA'. Onder meer een dergelijke differentiële niet-lineariteit is er de oorzaak van dat in de fasecoderingsrichting of in de pseudotijd niet-equidis- tante bemonstering ontstaat en daardoor beeldfouten ("image artefacts") in een uit magnetsiche resonantiesignalen gereconstrueerd beeld.

Figuur 3 toont een spin-echo NMR meetsequentie msl als funktie van de tijd t die gebruikt kan worden in uitvoeringsvormen van een werkwijze volgens de uitvinding. De spin-echo meetsequentie msl bevat respectieve hoogfrequent elektromagnetische (rf) pulsen pl en p2, die met de zendmiddelen 2 op het objekt 5 worden aangestraald ter excitatie van kernspins in het objekt 5, zodat een magnetische resonantiesignaal S(t) wordt opgewekt, dat met de ontvangstmiddelen 3 wordt gedetekteerd, en dat in de verwerkingsmiddelen 9 wordt verwerkt.*De meetsequentie msl bevat verder in het geval van zogenaamde 2D-FT beeldvorming een plakselektieve gradiënt Gz die met de middelen 20 wordt opgewekt ter plakselektie van een plak van het objekt 5, bijvoorbeeld om een NMR dwarsdoorsnede te verkrijgen van een hoofd hd van het object 5 langs de lijn A-A, zoals is aangegeven in figuur 1. Teneinde kernspins in de plak te coderen, zodat een ruimtelijke kernspinsverdeling in de plak kan worden verkregen, worden respectievelijk een fasecoderingsgradiënt Gy en een uitleesgradiënt Gx aangelegd. Herhaling van de meetsequentie msl onder variatie van de amplitude van de fasecoderinggradiënt Gy levert bemonsteringen in de zogenaamde pseudotijd op (de sequentie wordt bijvoorbeeld 256 herhaald voor verschillende fasecoderingsgradiëntamplituden). Verder wordt elk signaal S(t) bemonsterd met de analoog-omzetters 18 en 19 (bijvoorbeeld 256 signaalmonsters). De in de verwerkingsmiddelen 9 aanwezige geprogrammeerde middelen 12 bepalen door middel van een inverse Fouriertransformatie een magnetisch resonantiebeeld uit een matrix van bemonsteringen (256x256). Voor een verdere beschrijving van een spin-echo meetsequentie en andere bruikbare sequenties wordt verwezen naar het handboek "Practical NMR Imaging", M.A. Foster & J.M.S. Hutchinson, IRL Press, 1987, ISBN 1-85221-011-7, in het bijzonder naar Hoofdstuk 6, blz. 145- 171 van genoemd boek. Voor een beschrijving NMR meetsequenties in termen van de zogenaamde k-ruimte wordt verwezen naar hoofdstuk 1, paragraaf 4.4, blz. 18-22 van genoemd boek warin algemene principes van Fourier imaging worden beschreven.

Figuur 4 laat een fasecoderingsgradiënt Gy zien die geschikt is voor toepassing in een meetsequentie zoals beschreven in figuur 3. In de inrichting 1 wordt de gradiënt Gy gevormd door onder besturing van de geprogrammeerde middelen 12 digitale ingangswaarden aan te bieden aan de digitaal-naar-analoog-omzetter 26. Een gradiëntgolfvorm wordt gerealiseerd door een aantal malen, met bemonsteringsintervallen dt ingangswaarden aan te bieden. In het geval van Fourier imaging zal gedurende een bepaalde tijd eenzelfde ingangswaarde aan de digitaal-naar-analoog-omzetter 26 worden aangeboden, dwz. er wordt een gradiënt met konstante amplitude opgewekt. Ten gevolge van de eindige discretisatie van de digitaal-naar-analoog-omzetter 26 zal in praktische gevallen de gewenste amplitude Ad naar een naastliggende DAC-waarde worden afgerond, in het gegeven voorbeeld naar de amplitude A2. Tevens zijn amplituden Al en A3 aangegeven en verschillen in amplituden dA en dA' tussen opeenvolgde DAC-waarden om de genoemde differentiële niet-lineariteit van de DAC m.b.t. de fasecoderingsgradiënt Gy aan te geven. Het verschil tussen gewenste amplitude Ad en ingestelde amplitude A2 is gearceerd weergegeven en dit verschil vertolkt een foutoppervlakte van de fasecoderingsgradiënt Gy tijdens aanleggen ervan. Over de verschillende amplituden van de fasecoderingsgradiënt Gy zijn de foutoppervlakten onbekend aangezien het verloop van de differentiële niet-lineariteit van de DAC niet bekend is en verder met de tijd kan variëren, bijvoorbeeld door temperatuursinvloeden. In een eerste uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding wordt ervan uitgegaan dat amplitudefouten in de fasecoderingsgradiënt Gy stationair zijn. In deze uitvoeringsvorm wordt de meetsequentie msl vóör de eigenlijke meting van het objekt 5 aan een fantoom 28 aangelegd dat in de inrichting 1 wordt geplaatst. De meetsequentie msl wordt herhaald onder variatie van de amplitude van de fasecoderingsgradiënt Gy. Daarbij kan signaal in het gehele fantoom 28 worden opgewekt, dwz. de plakselektiegradiënt Gz kan worden weggelaten. De plaats van het fantoom 28 is daarbij niet kritisch, als er maar voor gezorgd wordt dat het fantoom 28 geëxciteerd wordt. Aangezien er een vaststaande relatie bestaat tussen een NMR signaal en een ingestelde Gy-waarde, en aan een objekt van bekende vorm en samenstelling (fantoom) wordt gemeten is uit het gemeten NMR signaal te deduceren wat de gradiëntoppervlakte is geweest die het NMR signaal heeft veroorzaakt. Door nu een zodanige correctie op de fasecoderingsgradiënt Gy aan te brengen dat het ontvangen en gedetekteerde signaal gelijk is aan het uit het bekende objekt te verwachten signaal en deze correctie bij de eigenlijke meting ook toe te passen kan voor onder meer differentiële niet-lineariteit gecorrigeerd worden. Door dit proces voor alle gradiëntwaarden te herhalen wordt als het ware een niet-equidistante bemonstering in de pseudotijd weer equidistant gemaakt, waardoor na beeldreconstructie uit de bemonsteringen van het te meten objekt 5 een reductie van beeldfouten onstaat. De correctie is voor één gradiëntwaarde aangegeven en ze houdt in dat gedurende een aantal bemonsteringen dt een gewijzigde digitale ingangswaarde aan de digitaal-naar-analoog omzetter 26 wordt aangeboden. In voorkomend geval kan de correctiewaarde iteratief bepaald worden. De correctiewaarden Gyc kunnen in de geprogrammeerde middelen 12 in een zogenaamde lookup-tabel worden opgeslagen om tijdens de eigenlijke meting weer te worden opgehaald en te worden toegepast op de fasecoderingsgradiënt Gy. Als de gradiëntafwijking stationair is dan kan de correctie een groot aantal maal worden toegepast.

In andere uitvoeringsvormen van een werkwijze volgens de uitvinding waarbij de gradiëntafwijking niet stationair is, wordt het fantoom tijdens de eigenlijke meting aangebracht in de inrichting 1 en wordt het fantoom meegemeten.

Figuur 5A laat plaatsing van een fantoom 28 zien ten opzichte van een doorsnede cse van het hoofd hd van het objekt 5, waarbij het fantoom 28 langs een lijn A-A geplaatst is in de richting van de uitleesgradiënt Gx van de doorsnede cse. De doorsnede cse levert in het getoonde voorbeeld een NMR beeld dwars door het hoofd hd van het objekt ter plaatse van de ogen ey ervan. Door deze wijze van plaatsing is de informatie in het'NMR signaal van het bekende objekt, het fantoom 28, in frequentie gescheiden van informatie van het te meten objekt 5, in het gegeven voorbeeld een plak cse van enige millimeters dikte. De informatie van het bekende objekt wordt weer gebruikt om te corrigeren voor niet-equidistante bemonstering in de psuedotijd. Als correctie kan een gridding methode worden toegepast die op grond van de informatie van het fantoom 28 de niet-equidistante bemonstering equidistant maakt, waardoor na reconstructie een magnetisch resonantiebeeld met gereduceerde beeldfout ontstaat. Een dergelijke gridding methode is beschreven in het artikel "A Fast Sine Function Gridding Algorithm for Fourier Inversion in Computer Tomography", J.D. O'Sullivan, IEEE Transactions on Medical Imaging, Vol. MI-4, No. 4, December 1985,biz. 200-207.

Figuur 5B laat een andere plaatsing zien van een fantoom 28 ten opzichte van een doorsnede cse van het objekt 5. In dit geval heeft het fantoom 28 een vaste plaats in de inrichting 1, wat handiger is in een klinische omgeving waar de NMR inrichting 1 wordt gebruikt. Het bij voorkeur bolvormige fantoom 28 wordt daarbij omvat door een spoel 29 die een lokaal homogeen hulpveld in het fantoom 28 genereert dat is gesuperponeerd op het stationair homogeen magnetisch veld dat met de middelen 6 wordt opgewekt. Met het lokaal hulpveld wordt frequentiescheiding van informatie van het fantoom 28 en het objekt 5 bereikt, onafhankelijk van de uitleesgradiëntrichting Gx. Er dient door keuze van de stroomsterkte door de hulpspoel 29 voor gezorgd te worden dat fantoomsignalen niet buiten de bandbreedte van de ontvangstmiddelen 3 vallen.

In nog een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding, waarin het gebruik van een fantoom wordt vermeden, wordt een magneetveldsensor 30 op een stationaire plaats in de inrichting 1 geplaatst. De sensor 30, die gevoelig is voor veldvariaties ten gevolge van de fasecoderingsgradiënt Gy, is met de verwer-kingsmiddelen 9 verbonden. De sensorinformatie wordt aan de geprogrammeerde middelen 12 toegevoerd. Tijdens aanleggen van de meetsequentie msl wordt het sensorsignaal bemonsterd met een analoog-naar-digitaal-omzetter 31, vanaf het moment dat de fasecoderingsgradiënt Gy ingeschakeld wordt voor ten minste de duur van de fasecoderingsgradiënt Gy. Hierdoor wordt een maat voor de oppervlakte van de fasecoderingsgradiënt Gy verkregen. Iets langer bemonsteren dan nodig is om deze maat te verkrijgen heeft als voordeel dat wervelstroomeffekten worden meegenomen. Door voor opeenvolgende Gy-profielen de met de sensor verkregen signalen van elkaar af te trekken worden waarden Aky verkregen in de k-ruimte. Dit drukt weer niet-equidistante bemonstering in de fasecoderingsrichting uit. Genoemde gridding methode of een andere geschikte interpolatiemethode kan weer gebruikt worden ter correctie van de beeldartefacten.

Een andere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding, waarin geen fantoom gebruikt wordt en waarbij ervan wordt uitgegaan dat de gradiëntafwijkingen stationair zijn, wordt beschreven aan de hand van de figuren 6A t/m 6D.

In figuur 6A wordt een bekende zogenaamde spin-warp NMR meetsequentie ms2 getoond, welke een hoogfrequent elektromagnetische puls p3 bevat en verder een plakselektieve gradiënt Gz, een fasecoderingsgradiënt Gy en een uitleesgradiënt Gx. Met de meetseguentie ms2 worden magnetische resonantiesiganlen S^t) opgewekt in het objekt 5. De meetseguentie ms2 wordt een aantal maal herhaald onder variatie van de amplitude van de fasecoderingsgradiënt Gy. Voor een verdere beschrijving van de spin-warp seguentie wordt verwezen naar genoemd handboek van Foster & Hutchinson, biz. 18-22. Vóór aanleggen van de meetseguentie ms2 wordt een verdere meetseguentie ms3 aangelegd aan het objekt 5, zoals getoond in figuur 6B, welke een hoogfreguent elektromagnetische puls p4 bevat en waarin Gy als leesgradiënt fungeert in’ plaats van Gx.

Tijdens aanleggen van de meetseguentie ms3 blijft de gradiënt Gx in principe uitgeschakeld. De amplitude van de gradiënt Gy tijdens uitlezen van een met de meetseguentie ms3 te verkrijgen magnetisch resonantiesignaal S0(t) wordt daarbij zodanig gekozen dat een bemonsteringstijdvak dt voor uitlezen van het signaal S0(t) overeenstemt met een stap in de pseudotijd tijdens aanleggen van de meetseguentie ms2, dwz.

waarin in de k-ruimte Aky overeenkomt met een bemonsteringsstap dt van de meetseguentie ms3. Bij deze uitvoeringsvorm wordt ervan gebruik gemaakt dat de bemonstering in de tijd nauwkeurig instelbaar is en wordt door omwisseling van de funktie van Gy en Gx tijdens aanleggen van de voorbereidende meetseguentie ms3 een nagenoeg eguidistante bemonstering in de pseudotijd verkregen die als referentie dient voor correctie van de niet-eguidistante bemonstering in pseudotijd tijdens aanleggen van de eigenlijke meetseguentie ms2. Het zij opgemerkt dat de verdere meetseguentie ms3 verder als de meetseguentie ms2 ingericht kan zijn, dwz. dat het resonantiesignaal S0(t) uit dezelfde plak afkomstig is. De eguidistante bemonstering in de k-ruimte wordt voor de meetsequentie ms3 getoond in figuur 6C met symbolen *X' en de niet-eguidistante bemonstering in de k-ruimte wordt voor de meetsequentie ms2 in figuur 6D getoond met symbolen 'o'. In figuur 6D is te zien dat er in de k-ruimte een bemonsteringsfout Aky' =Aky0-Akyl ontstaat. Door nu tijdens aanleggen van de meetsequentie ms2 voor elk Gy-profiel de overeenkomstige bemonsteringen in de k-ruimte van de meetsequentie ms3 op te halen kunnen de bemonsteringsfouten in de pseudotijd bepaald worden. De datamatrix kan orthogonaal gemaakt worden door lineaire interpolatie bijvoorbeeld met genoemde gridding methode.

In figuur 7 wordt een modificatie van de in figuur 1 getoonde inrichting 1 getoond ter implementatie van een alternatieve uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding. De procescomputer 10 is ten opzichte van een gebruikelijke NMR inrichting 1 gewijzigd in die zin dat aan de DAC 26 niet rechtstreeks de digitale ingangswaarden Il-In, met bijvoorbeeld n=16, voor het vormen van Gy vanuit de geprogrammeerde middelen 12 worden toegevoerd, maar dat op de gradiëntgolfvorm een veranderend signaal is gesuperponeerd. Dit veranderend signaal kan een ruisachtig digitaal patroon zijn met een gemiddelde waarde nul. De signaalamplituden kunnen willekeurig variëren over verschillende discretisatiestappen van de DAC. Hierdoor wordt de invloed van differentiële niet-lineariteit van de DAC 26 verminderd, waardoor beeldfouten worden gereduceerd. De modificatie omvat een opteller 32 aan een eerste ingang waarvan de digitale ingangswaarden worden toegevoerd en aan een tweede ingang waarvan het ruisachtig digitaal patroon Nl-Nn wordt toegevoerd. Het ruisachtig digitaal patroon Nl-Nn kan met een door een adresgenerator 33 aangestuurde ROM ("read only memory") 34 die gevuld is met het digitaal ruispatroon worden aangestuurd. De DAC 26, de opteller 32, de adresgenerator 33 en de ROM worden geklokt met een kloksignaal cl. Bij een fasecoderingsgradiënt Gy met een duur van 1 msec en een kloksignaal cl met een klokperiode van 10 /isec bevat het ruispatroon dan 100 waarden. De extra hardware 32, 33 en 34 kan ook ontbreken. In dat geval wordt het ruisachtig patroon in de geprogrammeerde middelen 12 gegenereerd, waaraan dan hogere eisen worden gesteld.

Figuur 8 laat een fasecoderingsgradiënt Gy zien als funktie van de tijd t die is opgewekt met behulp van de gemodificeerde inrichting 1. In het geval van aangeboden konstante ingangswaarden Il-In zal het ruisachtig patroon rondom deze konstante waarde enige stapgrootten van de DAC 26 variëren met een gemiddelde waarde nul. De klokfrequentie van het kloksignaal cl is daarbij 1/dt. Ook kan in plaats van een ruisachtig patroon in de ROM 34 ook een met de kloksignaal variërend signaal met afwisselend positieve en negatieve amplituden rond de gewenste gradiëntamplitude worden opgeslagen, bijvoorbeeld met een cosinusvormige omhullende. Voor een faktor 10 verbetering van de gemiddelde afwijking ten gevolge van de differentiële niet-lineariteit van de DAC is dan een ROM-lengte van 100 nodig. Ook andere dan konstante gradiëntvormen kunnen worden aangeboden, hoewel dan orthogonalisatie ingewikkelder wordt. Door het aangebrachte ruispatroon wordt een DAC 26 met differentiële niet-lineariteit effectief geli-neariseerd. Gezien de inherente discretisatie van een DAC is het niet mogelijk om bij Fourier imaging bij toevoer van konstante ingangswaarden Il-In tijdens aanleggen van een (fasecoderings-)gradiënt alle gewenste waarden te verkrijgen. De discretisatie van de DAC's 25, 26 en 27 wordt dan bepalend en niet de veelal fijnere discretisatie van de geprogrammeerde middelen 12. Om aan dit bezwaar tegemoet te komen kunnen de geprogrammeerde middelen 12 gedurende althans een bepaald tijdvak van de tijdsduur van aanleggen van de gradiënt een waarde ter grootte van bijvoorbeeld een discretisatiestap dA van de door het ruisachtig patroon gelineariseerde DAC optellen of aftrekken van op een mogelijke digitale ingangswaarde voor de DAC afgeronde gewenste waarde van de gradiëntamplitude. Door dit zogenaamde karteltjesmechanisme, gecombineerd met het aanbrengen van het ruisachtig patroon, wordt de gewenste gradiëntoppervlakte zo goed mogelijk benaderd. De absolute fout is dan kleiner dan dA*dt/2. Des te kleiner de bemonsteringsperiode dt is ten opzichte van de duur van de gradiënt, des te nauwkeurig werkt het karteltjesmechanisme.

Het digitale patroon in de ROM 34 wordt bij voorkeur zodanig gekozen dat Fouriergetranformeerde van de gradiëntruis buiten de bandbreedte van het analoge gradiëntkanaal (gradiëntversterker en gradiëntspoel) valt. De geprogrammeerde middelen kunnen in het frequentiedomein ruis genereren en door middel van een inverse Fouriertranformatie van de gegenereerde ruis gradiëntruis genereren.

De getoonde uitvoeringsvormen zijn beschreven voor één fasecoderingsgradiënt. De beschreven werkwijzen zijn ook bruikbaar als de meetsequenties meer dan één fasecoderingsgradiënt bevatten, zoals in het geval van 3D-FT, waarbij er twee fasecoderingsgradiënten zijn. De werkwijzen kunnen dan voor beide fasecoderingsgradiënten worden toegepast. Verder zijn de voor niet-stationaire gradiëntafwijkingen beschreven werkwijzen ook bruikbaar in het geval van stationaire gradiëntafwijkingen.

Ook kunnen de DAC's 25, 26 en 27 worden weggelaten in een magnetische resonantie inrichting 1 die schakelende gradiëntversterkers heeft, zoals een pulsbreedte of pulsdichtheidsgemoduleerde gradiëntversterker, geleverd door onder meer de firma's Copley en Analogie. De werkwijze volgens de uitvinding is ook in een dergelijke magnetische resonantie inrichting 1 bruikbaar.

Claims (10)

1. Magnetische resonantie werkwijze ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld dat bepaald wordt uit magnetische resonantiesignalen (S(t), Sj(t)), die met meetsequenties (msl, ms2) worden opgewekt in een objekt (5) dat zich in een homogeen stationair magnetisch veld bevindt, waarbij de meetsequenties (msl, ms2) een fasecoderingsgradiënt (Gy) bevatten die van meetsequentie tot meetsequentie gevarieerd wordt, met het kenmerk, dat vóór en/of tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) afwijkingen in fasecoderingsgradiëntoppervlakten ten opzichte van gewenste oppervlakten worden bepaald, op grond waarvan beelddata in een uit de resonantiesignalen verkregen beeldmatrix worden gecorrigeerd.

2. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afwijkingen vóór aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) aan het objekt (5) worden bepaald door onder variatie van de fasecoderingsgradiëntoppervlakte de meetsequenties (msl, ms2) aan te leggen aan een objekt van bekende vorm en samenstelling (28) en worden opgeslagen in een lookup-tabel, en dat de fasecoderingsgradiënt (Gy) tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) aan het objekt (5) althans gedurende een voorafbepaalde tijdsduur met in de lookup-tabel opgeslagen correctiewaarden (Gyc) wordt gecorrigeerd.

3. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat vóór aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) een verdere meetsequentie (ms3) wordt aangelegd aan het objekt (5) waarin de fasecoderingsgradiënt (Gy) als uitleesgradiënt fungeert en daarbij een zodanige amplitude heeft dat een bemonsteringstijdvak (dt) overeenstemt met een fasecoderingsstap (Aky) tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) en de afwij kingen tijdens de meetsequenties (msl, ms2) uit het met de verdere meetsequentie (ms3) verkregen resonantiesignaal (S0(t)) en de met de meetsequenties (msl, ms2) verkregen resonantiesignalen (S(t)f Sj(t)) worden bepaald.

4. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de afwijkingen tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) worden bepaald op grond van signaalinformatie uit een in een uitlees-gradiëntrichting (Gx) aangebracht objekt van bekende vorm en samenstelling (28).

5. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afwijkingen tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl,*ms2) worden bepaald op grond van signaalinformatie uit een in de nabijheid van het te meten objekt aangebracht objekt van bekende vorm en samenstelling (28), waarbij op het stationair magnetisch veld ter plaatse van het objekt van bekende vorm en samenstelling (28) een locaal hulpveld gesuperponeerd (29) wordt ter frequentiescheiding van signaalinformatie uit het te meten objekt (5) en van signaalinformatie uit het objekt van bekende vorm en samenstelling (28).

6. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) met een magneetveldsensor (30), die gevoelig is voor variaties in het magneetveld ten gevolge van de fasecoderingsgradiënt (Gy), ten minste tijdens aanleggen van de fasecoderingsgradiënt (Gy) het veld wordt gemeten voor meetsequenties met opeenvolgende fasecoderingsprofielen, en dat de afwijkingen worden bepaald op grond van verschilsignalen van de met de sensor gemeten signalen.

7. Magnetische resonantie werkwijze volgens één der conclusies 3 t/m 6, met het kenmerk, dat de beelddata worden gecorrigeerd met behulp van een gridding werkwijze voor Fourier inversie.

8. Magnetische resonantie werkwijze ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld dat bepaald wordt uit magnetische resonantiesignalen (S(t), Sjft)), die met meetsequenties (msl, ms2) worden opgewekt in een objekt (5) dat zich in een homogeen stationair magnetisch veld bevindt, waarbij de meetsequenties (msl, ms2) een fasecoderingsgradiënt (Gy) bevatten die van meetsequentie tot meetsequentie gevarieerd wordt, met het kenmerk, dat tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) een veranderend signaal (Nl-Nn) gesuperponeerd is op een fasecoderingsgradiëntgolfvorm (Il-In).

9. Magnetische resonantie werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het veranderend signaal (Nl-Nn) een discreet ruisachtig patroon bevat en/of een aantal malen een positief of negatief’signaal ter grootte van ten minste één discretisatiestap (dA) van de digitaal-naar-analoog-omzetter.

10. Magnetische resonantie inrichting (l) ter reductie van beeldfouten in een magnetisch resonantiebeeld, welke inrichting (1) middelen (6) voor het opwekken van een homogeen stationair magnetisch veld, middelen (2, 3, 4, 10, 12, 20) voor het genereren van meetsequenties (msl, ms2, ms3) ter opwekking van magnetische resonantiesignalen (S(t), S0(t), Sx(t)) in een in het stationair veld geplaatst objekt (5) en middelen (9) voor het reconstrueren van het magnetisch resonantiebeeld uit de resonantiesignalen (S(t), S^t)) bevat, met het kenmerk, dat de middelen (12) voor het genereren van de meetsequenties er verder voor zijn ingericht om vóór en/of tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2), die onderscheidenlijke fasecoderingsoppervlakten bevatten, afwijkingen in fasecoderingsgradiëntoppervlakten ten opzichte van gewenste oppervlakten te bepalen en op grond daarvan beelddata in een beeldmatrix van resonantiesignalen (S(t), Sj(t)) te corrigeren en/of er voor zijn ingericht om tijdens aanleggen van de meetsequenties (msl, ms2) een veranderend signaal (Nl-Nn) te superponeren op een fasecoderingsgradiëntgolfvorm (Il-In).