DE102005014216A1

DE102005014216A1 - Regionale Sättigungspulse mit ortsabhängiger Anwendung zur Minimierung des chemischen Verschiebungsartefaktes

Info

Publication number: DE102005014216A1
Application number: DE102005014216A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr. Böttcher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-26
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: CN1862282B; US20060220643A1; CN1862282A; US7265548B2; DE102005014216B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltung eines regionalen Sättigungspulses in der Magnetresonanzspektroskopie oder Magnetresonanzbildgebung, wobei Magnetfeldgradienten während des Sättigungspulses geschaltet werden, mit den folgenden Schritten: Festlegen des Untersuchungsbereichs, Festlegen der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich, Bestimmen der spektralen Lage des zu sättigenden Signals, Wählen der Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schaltung von regionalen Sättigungspulsen in der Magnetresonanzspektroskopie und der Magnetresonanzbildgebung. Die vorliegende Erfindung findet insbesondere dort Anwendung, wo bei Anwendung eines Sättigungspulses neben dem zu sättigenden Signal auch Signalanteile gesättigt werden könnten, die bei der Untersuchung von Interesse sind.

Regionale Sättigungspulse werden zur Unterdrückung unerwünschter Signale in der Magnetresonanzspektroskopie oder -tomographie eingesetzt, wobei durch Anlegen eines Magnetfelgradienten und durch Auswählen der Frequenz des Sättigungspulses die räumliche Lage des Sättigungsbereichs festgelegt werden kann. Abhängig von der räumlichen Lage dieser Sättigungspulse zum Untersuchungsbereich (volume of interest VOI) können durch den chemischen Verschiebungsartefakt auch die Signalanteile von Verbindungen unterdrückt werden, die bei der Untersuchung eigentlich von Interesse sind, jedoch bei der Untersuchung durch das Schalten der Sättigungspulse teilweise oder vollständig unterdrückt werden.

Mit der chemischen Verschiebung bezeichnet man die bei der Spektroskopie ausgenutzte Eigenschaft, dass sich die Resonanzfrequenz abhängig von der Art der chemischen Verbindung, in der sich der Kern befindet, proportional zur Magnetfeldstärke geringfügig verschiebt. Durch das Schalten von Magnetfeldgradienten während der Sättigungspulse hängt nun die Lage des gesättigten Bereichs von der chemischen Verschiebung ab. Beispielsweise unterscheidet sich die Lage der gesättigten Wasseranteile bei einem Sättigungspuls mit einer vorbestimmten Bandbreite von der Lage der gesättigten Fettanteile, da zwischen Fett und Wasser eine Differenz in der Resonanzfrequenz von etwa 3,7 ppm (parts per million) besteht.

Durch die unterschiedliche Lage der Sättigungsbereiche für verschiedene chemische Verbindungen kann es nun auftreten, dass bei Auswahl eines Sättigungsbereichs neben dem Untersuchungsbereich auch Signale interessierender Kerne im Untersuchungsbereich unterdrückt werden. Dieser Effekt nimmt mit der chemischen Verschiebung zu und ist insbesondere dann deutlich ausgeprägt, wenn lange Sättigungspulse oder Pulse mit kleinen Bandbreiten benutzt werden müssen, was insbesondere bei hohen Magnetfeldern und der Anregung mit großen Spulen auftritt. Diese unerwünschte Sättigung macht die Auswertung der Messung in den betroffenen Bereichen unmöglich.

Bisher wurde versucht, dieses Problem dadurch zu minimieren, dass Sättigungspulse mit hohen Bandbreiten und möglichst rechteckigen Schichtprofilen benutzt wurden. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass zur Erzeugung dieser HF-Pulse sehr hohe Spannungen benötigt werden, deren Erzeugung aufwändig ist.

Aus diesem Grund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Anwendung von regionalen Sättigungspulsen zu ermöglichen, bei denen Signalanteile, die bei der Untersuchung von Interesse sind, im Untersuchungsbereich nicht gesättigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Schaltung eines regionalen Sättigungspulses bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist: In einem ersten Schritt wird der Unter suchungsbereich festgelegt, in dem durch die Magnetresonanzspektroskopie oder -tomographie Aussagen gemacht werden sollen. Anschließend wird die Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich festgelegt. Es muss festgelegt werden, wo der Sättigungsbereich zur Unterdrückung unerwünschter Signale relativ zum Untersuchungsbereich liegt. Anschließend muss weiterhin die spektrale Lage des zu sättigenden Signals festgelegt werden. Wenn nun die Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und die spektrale Lage des zu sättigenden Signals bekannt sind, wird der Magnetfeldgradient in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals gewählt. Durch die Wahl des Magnetfeldgradienten kann erfindungsgemäß vermieden werden, dass Signalanteile, die bei der Untersuchung von Interesse sind, im Untersuchungsbereich gesättigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die spektrale Lage des zu sättigenden Signals relativ zu den Signalanteilen von Interesse bestimmt, wobei dann der Magnetfeldgradient so geschaltet wird, dass bei Schalten des Sättigungspulses und des Magnetfeldgradienten durch den Sättigungspuls neben dem zu sättigenden Signal auch Signalanteile von Interesse angeregt werden. Der Magnetfeldgradient wird jedoch so geschaltet, dass die gesättigten Signalanteile von Interesse räumlich weiter vom Untersuchungsobjekt entfernt liegen als die Signalanteile des zu sättigenden Signals.

Um zu erreichen, dass die Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die Signalanteile des zu sättigenden Signals wird bevorzugt die Polarität des Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals gewählt.

In vielen Anwendungsbereichen ist das zu sättigende Signal das Fettsignal, das durch Schalten eines Sättigungspulses mit einem Magnetfeldgradienten unterdrückt werden soll. Im menschlichen Körper kann das Fettsignal mit einem deutlich höheren Anteil vorhanden sein, als die in der Magnetresonanzspektroskopie interessierenden Signale, wie das Laktat, Cholin, Kreatin oder NAA. Um den Signaleinfluss des Fettes des untersuchten Gewebes zu unterdrücken, das sich eventuell in der Nähe der Untersuchungsbereichs befindet, werden an den Rändern des Untersuchungsbereichs Fettsättigungsbereiche gewählt. Die Polarität des Magnetfeldgradienten wird so gewählt, dass die gesättigten Bereiche der Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die gesättigten Bereiche des Fettsignals. Man kann damit erreichen, dass die gesättigten Bereiche der interessierenden Signale immer außerhalb des volume of interest VOI liegen.

Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Protonenbildgebung beschränkt, es sind auch Anwendungen mit anderen Kernen wie beispielsweise Phosphor, Natrium oder Kohlenstoff möglich, die mittels magnetischer Kernresonanz untersucht werden können. Sie kann auch bei Nicht-Protonenspektroskopie angewandt werden.

Allgemein kann durch Wahl der Polarität des Magnetfeldgradienten erreicht werden, dass die Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die gesättigten Bereiche des unterdrückenden Signals, wenn das zu unterdrückende Signale an einem Ende des Spektrums liegt, und die interessierenden Signale an einem anderen Ende. Bei Fett ist dies beispielsweise möglich, da die Metabolite von Interesse spektral auf einer Seite des Spektrums liegen, während das Fettsignal sich am Rand auf der anderen Seite des Spektrums befindet.

Bei der Fettsättigung wird die Polarität des Magnetfeldgradienten vorzugsweise so gewählt, dass, wenn der Sättigungs bereich an einer ersten Seite des Untersuchungsbereichs liegt, das Gesamtmagnetfeld bestehend aus Magnetfeldgradient und Grundmagnetfeld zu dieser ersten Seite hin zunimmt. Die Signale der interessierenden Kerne haben eine höhere Resonanzfrequenz als das Fettsignal. Wird nun der Fettsättigungsbereich auf die linke bzw. rechte Seite des Untersuchungsbereichs gelegt, muss das Gesamtmagnetfeld zur linken bzw. zur rechten Seite hin zu nehmen, da dadurch die gesättigten Bereiche der Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die gesättigten Fettsignalanteile.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:

1a) bis 1d) die Schaltung der Sättigungspulse nach dem Stand der Technik und gemäß der Erfindung,

2 den Effekt, dass durch Wahl eines Sättigungsbereichs interessierende Kerne im Untersuchungsbereich gesättigt werden, wenn der Magnetfeldgradient nach dem Stand der Technik gewählt wird,

3 die Lage der Sättigungsbereiche bei Schaltung der Magnetfeldgradienten gemäß der Erfindung,

4 ein Flussdiagramm mit den Schritten zur Schaltung von Sättigungspulsen, und

5 einen beispielhaften Anwendungsfall der Erfindung in einem Ausschnitt Ausschnitt einer MR-Spektroskopiemessung.

Die 1a) und 1b) zeigen ein Diagramm zur Schaltung von regionalen Sättigungspulsen nach dem Stand der Technik. Bei der Durchführung einer bildgebenden MR-Spektroskopiemessung in einem Untersuchungsbereich 20 (2) werden Fettsättigungsbereiche 21, 22 neben dem Untersuchungsbereich 20 gewählt, um das Fettsignal in den Sättigungsbereichen 21, 22 zu unterdrücken. Hierfür wird, wie in 1a) und 1b) gezeigt, ein erster Hochfrequenzpuls 11 geschaltet, während gleichzeitig ein Magnetfeldgradient 12 geschaltet wird. Die Stärke des Magnetfeldgradienten 12 und die Frequenz des Sättigungspulses 11 werden derart gewählt, dass beispielsweise im Sättigungsbereich 21 die Fettsignale angeregt werden. Durch den nachfolgenden Spoilergradienten 13 werden die Signalanteile des Fettes dephasiert, sodass das Fettsignal keinen Signalanteil im aufgenommenen MR-Spektrum ergibt. Für eine Festsättigung im Bereich 22 wird dann während der Schaltung des gleichen Magnetfeldgradienten 12 ein zweiter Sättigungspuls 14 mit einer anderen Frequenz geschaltet, um das Fettsignal im Bereich 22 zu unterdrücken.

Durch die chemische Verschiebung von beispielsweise Kreatin gegenüber Fett werden in einem Bereich 23 die Signalanteile für Kreatin gesättigt. Wie in 2 zu erkennen ist, liegt jedoch ein Teil des gesättigten Bereichs im Untersuchungsbereich 20, was die nachfolgende Spektroskopiemessung verfälschen kann, da das Kreatin-Signal im Untersuchungsbereich schon gesättigt ist.

Bei Wahl des gleichen Gradienten während des zweiten Sättigungspulses 14 liegt nun der Sättigungsbereich für Kreatin 24 weiter vom Untersuchungsbereich 20 entfernt, so dass es hier nicht zur Unterdrückung von interessierenden Signalen im Untersuchungsbereich 20 kommt.

In den 1c) und d) ist nun in Verbindung mit 3 beschrieben, wie die Sättigung von interessierenden Signalen im Untersuchungsbereich vermeiden werden kann. Erfindungsgemäß wird nun die Polarität des Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des zu sättigenden Bereichs relativ zum Un tersuchungsbereich gewählt, wenn die spektrale Lage des zu sättigenden Signals relativ zu dem interessierenden Signal bekannt ist. Wie in 1c) dargestellt, wird ein Sättigungspuls 15 während des negativen Gradienten 16 geschaltet, um im Sättigungsbereich 25 das Fettsignal zu sättigen. Hierdurch wird das Kreatin-Signal im Bereich 26 gesättigt. Bis hier stimmt das Verfahren mit dem in 2 gezeigten Verfahren überein. Um zu verhindern, dass der Sättigungsbereich des Kreatins 27 innerhalb des Untersuchungsbereichs 20 liegt, wird nun der Magnetfeldgradient umgedreht, wie es die Gradientenschaltung 17 zeigt. Gleichzeitig wird der Sättigungspuls 18 geschaltet, um die Fettsignale im Sättigungsbereich 28 zu sättigen. Durch Umkehrung der Polarität des Gradienten liegt nun wieder der gesättigte Bereich des Kreatins 27 weiter vom Untersuchungsbereich 20 weg, da die Resonanzfrequenz des Signals von Interesse hier des Kreatins höher ist, als die des Fetts. Die Polarität wird bei der Fettsättigung immer so gewählt, dass die gesättigten Bereiche der anderen Signale, die üblicherweise eine höhere Resonanzfrequenz haben, jeweils weiter außen liegen. In der dargestellten Ausführungsform müssen am rechten Rand des Untersuchungsbereichs 20 die Bereiche mit steigender Frequenz weiter rechts liegen, bzw. am linken Rand weiter links. Aus diesem Grund muss das Gesamtmagnetfeld bestehend aus Magnetfeldgradient und B0-Feld jeweils zu der Seite zunehmen, an der der Fettsättigungsbereich liegt. Somit wird die Polarität des Gradienten durch die Lage des Sättigungsbereichs relativ zum Untersuchungsbereich und durch die spektrale Lage des zu sättigenden Signals bestimmt.

Bei der in 1b) gewählten Form der Gradientenschaltung wird durch Wahl der Frequenz der beiden Sättigungspulse 11 und 14 der Sättigungsbereich gewählt. Im Fall der 1c) und 1d) kann beispielsweise die Frequenz der Sättigungspulse 15 und 18 gleich sein, wenn der Gradient und der Untersuchungsbereich symmetrisch zur Magnetmitte liegen.

In 4 sind die grundlegenden Schritte zur Schaltung des regionalen Sättigungspulses dargestellt. In einem ersten Schritt 41 wird der Untersuchungsbereich festgelegt, indem mit der Resonanzspektroskopie oder Bildgebung Informationen erhalten werden sollen. In einem nächsten Schritt 42 werden anschließend die Lage der Sättigungspulse bzw. Sättigungsbereiche festgelegt. Bezug nehmend auf die 2 und 3 bedeutet dies, dass die Lage der Fettsättigungsbereiche 21, 22, 25, 28 relativ zum Untersuchungsbereich festgelegt wird. In einem nächsten Schritt 43 muss festgestellt werden, wie die spektrale Lage des zu sättigenden Signals relativ zu den Signalen von Interesse ist. Liegen die zu sättigenden Signale an einem Ende des Spektrums, kann durch Wahl des Magnetfeldgradienten erreicht werden, dass der Sättigungsbereich für die Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich weg liegt als der Sättigungsbereich für den zu sättigenden Signalanteil.

In dem Schritt 44 wird anschließend die Polarität des Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals relativ zu dem Signal von Interesse festgelegt.

In 5 ist beispielhaft dargestellt, wie die Erfindung bei einer Spektroskopiesequenz angewandet wird, bei der die Sättigungspulse gemäß der Erfindung in den beiden Dimensionen x und y angewandet werden. Während der beiden Sättigungspulse 51 und 52 wird jeweils ein positiver Gradient 53 und ein negativer Gradient 54 geschaltet, um bei einer Fettsättigung die Sättigungsbereiche für die Signale von Interesse jeweils weiter nach außen zu legen als die Sättigungsbereiche des Fetts. Während der Sättigungspulse 55 und 56 werden Gradienten unterschiedlicher Polarität 57 und 58 in y-Richtung geschaltet, um jeweils in der y-Richtung Sättigungspulse oberhalb und unterhalb des Untersuchungsbereichs zu platzieren. Selbstverständlich könnten Sättigungspulse und entsprechende Gradientenschaltungen ebenso in z-Richtung erfolgen, falls Sättigungsbereiche um den Untersuchungsbereich herum in z-Richtung gewünscht sind.

Zusammenfassend ermöglichst es die vorliegende Erfindung, dass bei Schaltung von Sättigungspulsen die Signale unerwünschter Kerne unterdrückt werden können, wobei die Signale von Verbindungen, welche bei der Untersuchung von Interesse sind, nicht im Untersuchungsbereich unterdrückt werden. Besonders vorteilhaft ist diese Möglichkeit bei Hochfeldanwendungen und bei Messungen mit großen Anregungsspulen, da insbesondere beispielsweise bei Chemical Shift Imaging Messverfahren regionale Sättigungspulse zunehmend angewandt werden.

Claims

Verfahren zur Schaltung eines regionalen Sättigungspulses in der Magnetresonanzspektroskopie oder Magnetresonanzbildgebung, wobei Magnetfeldgradienten während des Sättigungspulses geschalten werden, mit den folgenden Schritten: – Festlegen des Untersuchungsbereichs – Festlegen der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich, – Bestimmten der spektralen Lage des zu sättigenden Signals, – Wählen der Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Lage des zu sättigenden Signals relativ zu Signalanteilen bestimmt wird, die bei der Untersuchung von Interesse sind, wobei der Magnetfeldgradient so gewählt wird, dass bei Schalten des Sättigungspulses und des Magnetfeldgradienten durch den Sättigungspuls neben dem zu sättigenden Signal auch die Signalanteile von Interesse angeregt werden, die räumlich weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die Signalanteile des zu sättigenden Signals.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von der Lage des Sättigungspulses relativ zum Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu sättigende Signal das Fettsignal ist, wobei die Polarität des Magnetfeldgradienten so gewählt wird, dass die gesättigten Bereiche der Signalanteile von Interesse weiter vom Untersuchungsbereich entfernt liegen als die gesättigten Bereiche des Fettsignals.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität des Magnetfeldgradienten bei der Fettsättigung so gewählt wird, dass, wenn der Sättigungsbereich an einer ersten Seite des Untersuchungsbereichs liegt, das Gesamtmagnetfeld bestehend aus Magnetfeldgradient und Grundmagnetfeld zu dieser ersten Seite hin zunimmt.