DE102010041446B4

DE102010041446B4 - Erstellung eines MR-Bilddatensatzes bei sehr kurzen Echozeiten TE

Info

Publication number: DE102010041446B4
Application number: DE201010041446
Authority: DE
Inventors: David Grodzki; Björn Heismann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: DE102010041446A1; US20120074938A1; US8878533B2

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets mittels der Magnetresonanzanlage umfasst folgende Schritte: – Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums, umfassen die Schritte: a) Schalten von mindestens zwei Phasenkodiergradienten (Gx, Gy, Gz) in jeweils einer Raumrichtung mittels einem Gradientensystem der Magnetresonanzanlage, b) nach Erreichen der vollen Stärke der geschalteten Phasenkodiergradienten Einstrahlen eines nicht-schichtselektiven HF-Anregungspuls mittels einer HF-Sende-Empfangsvorrichtung der Magnetresonanzanlage, c) nach einer Zeit t1 nach dem zuletzt eingestrahlten Anregungspuls, Aufnehmen von Echosignalen mittels der HF-Sende-Empfangsvorrichtung und speichern dieser als Rohdatenpunkte entlang der durch die Stärke der Phasenkodiergradienten vorgegebenen radialen k-Raum-Trajektorie, d) Wiederholen der Schritte a) bis c) mit verschiedenen Phasenkodiergradienten bis der dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum in einem von der Zeit t1 abhängigen ersten Bereich entlang radialer k-Raum-Trajektorien ausgelesen ist, und e) Auslesen des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums, der nicht von dem ersten Bereich des k-Raums abgedeckt ist, und welcher zumindest das k-Raumzentrum umfasst, auf andere Weise als durch die Schritte a) bis d) beschrieben, und speichern dieser Rohdatenpunkte, – Rekonstruieren von Bilddaten aus den aufgenommenen Rohdatenpunkten des k-Raums mittels einer Auswertevorrichtung der Magnetresonanzanlage, wobei die Rekonstruktion eine Fourier-Transformation umfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um mittels einer Magnetresonanzanlage einen Bilddatensatz zu erstellen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Durch ein Erfassen von MR-Daten mit sehr kurzen Echozeiten TE (z. B. TE < 500 μs) bieten sich in der Magnetresonanztomographie neue Anwendungsgebiete. Dadurch ist es möglich, Stoffe oder Gewebe darzustellen, welche mittels herkömmlicher Sequenzen, wie z. B. einer (T)SE-Sequenz (”(Turbo) Spin Echo”) oder einer GRE-Sequenz (”Gradient Echo”), nicht dargestellt werden können, da ihre T2-Zeit, die Relaxation der Quermagnetisierung dieses Stoffs oder Gewebes, deutlich kürzer als die Echozeit ist und somit ein entsprechendes Signal von diesen Stoffen oder Geweben zum Aufnahmezeitpunkt bereits zerfallen ist. Mit Echozeiten, welche im Bereich der entsprechenden Zerfallszeit liegen, ist es beispielsweise möglich, Knochen, Zähne oder Eis in einem MR-Bild darzustellen, obwohl die T2-Zeit dieser Objekte in einem Bereich von 30–80 μs liegt.
Nach dem Stand der Technik sind bereits Sequenzen bekannt, welche eine sehr kurze Echozeit ermöglichen.
Die US 7 622 922 B2 zeigt allgemein die Möglichkeit, bei Materialien mit sehr kurzen T2-Zeiten einen inneren k-Raum-Bereich auf andere Weise, wie einen äußeren k-Raum-Bereich radial abzutasten. Aus den Abtastwerten wird dann ein Bild rekonstruiert.
Auch in der DE 43 43 022 C1 ist ein MR-Abbildungsverfahren für Materialien mit sehr kurzer T2-Zeit beschrieben, bei der der Bereich um den Ursprung des k-Raumes auf andere Weise wie der restliche k-Raum abgetastet wird.
Ein weiteres Beispiel ist die radiale UTE-Sequenz (”Ultrashort Echo Time”), wie sie z. B. in dem Artikel von Sonia Nielles-Vallespin et al, „3D radial projection technique with ultrashort echo times for sodium MRI: Clinical applications in human brain and skeletal muscle”, Magn. Res. Med. 2007; 57; S. 74–81, beschrieben wird. Bei diesem Sequenz-Typ werden nach einer Wartezeit T_delay nach einer nicht- oder schichtselektiven Anregung die Gradienten hochgefahren und zeitgleich mit der Datenakquisition begonnen. Die derart abgetastete k-Raum-Trajektorie nach einer Anregung verläuft radial vom k-Raumzentrum nach außen. Daher müssen vor der Rekonstruktion der Bilddaten aus den im k-Raum aufgenommenen Rohdaten mittels Fourier-Transformation diese Rohdaten, z. B. durch Regridding, zunächst auf ein kartesisches k-Raum-Gitter umgerechnet werden.
Ein weiterer Ansatz, um kurze Echozeiten zu ermöglichen, ist es den k-Raum punktartig abzutasten, indem der freie Induktionszerfall (FID („Free Induction Decay”)) erfasst wird. Ein solches Verfahren wird auch als Einzelpunkt-Bildgebung bezeichnet, da pro HF-Anregung im Wesentlichen nur ein Rohdatenpunkt im K-Raum erfasst wird. Ein Beispiel für ein solches Verfahren zur Einzelpunkt-Bildgebung ist das RASP-Verfahren (”Rapid Single Point (RASP) Imaging”, O. Heid, M. Deimling, SMRM, 3rd Annual Meeting, Seite 684, 1995). Gemäß dem RASP-Verfahren wird zu einem festen Zeitpunkt nach der HF-Anregung zur ”Echozeit” TE ein Rohdatenpunkt im k-Raum ausgelesen, dessen Phase von Gradienten kodiert wurde. Die Gradienten werden mittels der Magnetresonanzanlage für jeden Rohdatenpunkt bzw. Messpunkt geändert und somit der k-Raum Punkt für Punkt abgetastet, wie es in 1a und 1b dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, einen Bilddatensatz mit einer Magnetresonanzanlage zu erstellen, wobei sowohl die Echozeit als auch die Gesamtmesszeit zur Aufnahme eines Bilddatensatzes gegenüber dem Stand der Technik weiter verkürzt wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes nach Anspruch 11, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets mittels der Magnetresonanzanlage bereitgestellt, welches folgende Schritte umfasst:

– Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums, umfassend die Schritte: a) Schalten von mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung mittels eines Gradientensystems der Magnetresonanzanlage, b) nach Erreichen der vollen Stärke der geschalteten Phasenkodiergradienten Einstrahlen eines nicht-schichtselektiven HF-Anregungspulses mittels einer HF-Sende-/Empfangsvorrichtung der Magnetresonanzanlage, c) nach einer Zeit t1 nach dem zuletzt eingestrahlten Anregungspuls, Aufnehmen von Echosignalen mittels der HF-Sende-/Empfangsvorrichtung und Speichern dieser als Rohdatenpunkte entlang der durch die Stärke der Phasenkodiergradienten vorgegebenen radialen k-Raum-Trajektorie, d) Wiederholen der Schritte a) bis c) mit verschiedenen Phasenkodiergradienten, bis der dem Abbildungsgebiet entsprechende, aufzunehmende k-Raum in einem von der Zeit t1 abhängigen ersten Bereich entlang radialer k-Raum-Trajektorien ausgelesen ist, und e) Auslesen des dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums, der nicht von dem ersten Bereich des k-Raums abgedeckt ist, und welcher zumindest das k-Raumzentrum umfasst, auf andere Weise als durch die Schritte a) bis d) beschrieben, z. B. punktweise mittels Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren auf einem kartesischen k-Raum-Gitter oder auf andere bekannte Weise, und Speichern dieser Rohdatenpunkte,
– Rekonstruieren von Bilddaten aus den aufgenommenen Rohdatenpunkten des k-Raums mittels einer Auswertevorrichtung der Magnetresonanzanlage, wobei die Rekonstruktion eine Fourier-Transformation umfasst, wobei nach jedem HF-Anregungspuls zu einer Zeit t2, welche größer ist als t1, nach dem HF-Anregungspuls mindestens ein zweites Echosignal aufgenommen und jeweils als weiterer Rohdatenpunkt gespeichert wird.

Durch das Schalten der Phasenkodiergradienten und Abwarten, dass die geschalteten Phasenkodiergradienten ihre volle Stärke erreicht haben, bevor mit dem HF-Senden und der Aufnahme von Echosignalen, also mit der Akquisition von Messdaten, begonnen wird, kann die Echozeit, also die Zeit, die zwischen der Anregung durch einen HF-Anregungspuls und dem Start der Akquisition der Messdaten verstreicht, im gesamten radial abzutastenden k-Raum im Vergleich zu einer UTE-Sequenz reduziert werden. Dies wird später mit Bezug auf 5 weiter verdeutlicht. Damit können auch Echosignale von Stoffen mit sehr kurzem T2 erfasst werden, und auch die Repetitionszeit, also die Zeit zwischen zwei HF-Anregungspulsen, kann entsprechend reduziert werden. Darüber hinaus ist die Messung weniger anfällig auf Störungen, wie z. B. in dem Gradientensystem während der Änderung von dessen Bestromung induzierte Wirbelströme, da nicht während des Hochfahrens der Phasenkodiergradienten (ugs. „rampen”) gemessen wird. Messdaten können daher genauer aufgenommen werden.
Dadurch, dass nur der Bereich, welcher das k-Raumzentrum umfasst, auf andere Weise als der radiale Teil im ersten Bereich ausgelesen wird, ist die Messzeit insgesamt, bis der gesamte dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum abgetastet ist, deutlich verkürzt z. B. gegenüber reinen Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Bereich, welcher das für die Bildrekonstruktion (Kontrast) wichtige k-Raumzentrum (k_x = 0, k_y = 0, k_z = 0) umfasst, kartesisch ausgelesen, z. B. mittels eines Einzelpunkt-Bildgebungsverfahrens wie z. B. RASP. Dadurch kann die Genauigkeit der Abtastung des k-Raumzentrums und ggf. eines das k-Raumzentrum umgebenden Gebiets im k-Raum erhöht werden, da die dort ausgelesenen Rohdaten bereits auf einem kartesischen k-Raum-Gitter liegen, und nicht erst wie die radial ausgelesenen Rohdaten fehlerbehaftet auf ein solches umgerechnet werden müssen, bevor Bilddaten aus den Rohdaten konstruiert werden können.
Insgesamt wird somit durch die Kombination von radialem und kartesischem Auslesen des k-Raums ein besonders schnelles Verfahren (kurze Messzeit insgesamt) mit besonders kurzen Echozeiten erhalten (Darstellung von Gewebe mit kleinen T2-Werten möglich).
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Zeit t1, die nach dem zuletzt eingestrahlten Anregungspuls verstreicht bis die Aufnahme der Echosignale gestartet wird gleich der minimalen Umschaltzeit TE_HW zwischen einem Sende-Modus und einem Empfangs-Modus der HF-Sende-/Empfangsvorrichtung. Die Echozeit t1 ist also bei dem vorliegenden Verfahren nach unten nur durch eine Hardwarekonstante, die Umschaltzeit TE_HW, limitiert.
In einem Ausführungsbeispiel werden drei Phasenkodiergradienten geschaltet, um einen dreidimensionalen Satz an Rohdaten aufzunehmen und einen dreidimensionalen Bilddatensatz zu erhalten.
In einem anderen Ausführungsbeispiel werden genau zwei Phasenkodiergradienten geschaltet, um einen Satz an Rohdaten zur Erstellung eines Projektionsbilddatensatzes aufzunehmen. Die gesamte Aufnahmezeit für eine solchen Satz an Rohdaten ist mit dem vorliegenden Verfahren derart gering (in der Größenordnung von wenigen 100 ms, z. B. ca 250 ms), dass insbesondere eine zeitaufgelöste Darstellung des Abbildungsgebiets möglich ist.
Die in Bezug auf das Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger analog.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Figuren. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1a und 1b das aus dem Stand der Technik bekannte RASP-Verfahren.
2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage.
In 3 ist schematisch ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Bilddatensatzes dargestellt.
4 zeigt schematisch einen Teil einer Sequenz zur Erfassung mehrerer Rohdatenpunkte auf einer radialen k-Raum-Trajektorie.
5 zeigt einen Vergleich von mit einer Sequenz gemäß 4 ausgelesenen k-Raum-Werten mit mit einer UTE-Sequenz ausgelesenen k-Raum-Werten, aufgetragen gegen die jeweils zu erwartenden Echozeiten.
6 zeigt schematisch eine Sequenz zur Erfassung eines einem Prokjektionsbilddatensatz entsprechenden k-Raums.
In 1a ist eine Sequenz zur Erfassung einer Zeile im k-Raum dargestellt. Man erkennt, dass die beiden Phasenkodiergradienten G_y und G_z mit einer konstanten Stärke eingeschaltet sind, während sich die Stärke des dritten Phasenkodiergradienten G_x kontinuierlich erhöht.
In 1b ist die Erfassung von zwei Rohdatenpunkten im Detail dargestellt. Man erkennt, dass die Echozeit, d. h. der Zeitabstand von dem HF-Anregungspuls 16 bis zu dem Beginn der Auslesezeitspanne 17, konstant ist. Darüber hinaus verläuft der Phasenkodiergradient G_x stufenförmig von unten nach oben. Dabei wird der Phasenkodiergradient G_x zum Auslesen eines Rohdatenpunktes konstant gehalten, was bedeutet, dass der Phasenkodiergradient G_x für die Zeitspanne TE (Echozeit) konstant gehalten wird.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 5 schematisch dargestellt. Die Magnetresonanzanlage 5 umfasst im Wesentlichen einen Tomograph 3 mit einer Magneteinheit 17, und einem Gradientensystem 16, mit welchen das für die MR-Untersuchung notwendige Magnetfeld inkl. Gradientefeld in einem Messraum 4 erzeugt wird, eine Sende-/Empfangsvorrichtung 12 zum Senden von HF-Anregungspulsen und Aufnehmen von Echosignalen, einen Tisch 2, eine Steuereinrichtung 6, mit welcher der Tomograph 3 gesteuert wird und Rohdaten von dem Tomograph 3 erfasst werden, und ein an die Steuereinrichtung 6 angeschlossenes Terminal 7.
Die Steuereinrichtung 6 umfasst ihrerseits eine Ansteuereinheit 11 und eine Auswertevorrichtung 13. Während der Erstellung eines Bilddatensatzes werden Echosignale mittels des Tomographen 3 von der Sende-/Empfangsvorrichtung 12 erfasst, wobei der Tomograph 3 und der Tisch 2 von der Ansteuereinheit 11 derart angesteuert werden, dass MR-Daten in einem Abbildungsgebiet, welches sich im Körperinneren eines auf dem Tisch 2 liegenden Patienten P befindet, erfasst werden.
Die Auswertevorrichtung 13 erfasst die aufgenommenen Echosignale als Rohdaten und speichert und verarbeitet diese. Insbesondere verarbeitet die Auswertevorrichtung 13 die ausgelesenen Rohdaten durch Rekonstruktion derart, dass sie auf einer Darstellungseinrichtung 8, z. B. auf einem Bildschirm 8, des Terminals 7 grafisch dargestellt werden können und dass erfindungsgemäß erstellte Bilder angezeigt werden. Neben der grafischen Darstellung der aus den Rohdaten rekonstruierten Bilddaten kann mit dem Terminal 7, welches neben dem Bildschirm 8 eine Eingabevorrichtung wie z. B. eine Tastatur 9 und/oder eine Computermaus 10 umfasst, von einem Anwender z. B. ein zu vermessender dreidimensionaler Volumenabschnitt als Abbildungsgebiet vorgegeben werden und weitere Parameter zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Über das Terminal 7 kann auch die Software für die Steuereinrichtung 6 in die Steuereinrichtung 6 geladen werden. Diese Software der Steuereinrichtung 6 kann dabei auch eines der erfindungsgemäßen Verfahren umfassen. Es ist dabei auch möglich, dass eines der erfindungsgemäßen Verfahren in einer Software enthalten ist, welche in dem Terminal 7 abläuft. Unabhängig davon, in welcher Software das erfindungsgemäße Verfahren enthalten ist, kann die Software auf einem elektronisch lesbaren Datenträger, wie z. B. einer DVD 14, gespeichert sein, so dass diese Software dann von dem Terminal 7 von der DVD 14 gelesen und entweder in die Steuereinrichtung 6 oder in eine Recheneinheit des Terminals 7 selbst kopiert werden kann.
In 3 ist schematisch ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines Bilddatensatzes dargestellt.
Hierbei wird in einem ersten Schritt 101 zur Erstellung eines Bilddatensatzes ein dem Abbildungsgebiet entsprechender k-Raum ausgelesen.
Dazu werden mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung mittels eines Gradientensystems der Magnetresonanzanlagegeschaltet (Block 201) und ein nicht-schichtselektiver HF-Anregungspuls mittels einer HF-Sende-/Empfangsvorrichtung der Magnetresonanzanlage eingestrahlt (Block 202). Werden drei Phasenkodiergradienten geschaltet, kann auf konventionelle Weise ein dreidimensionaler Bilddatensatz aus den aufgenommenen Rohdaten rekonstruiert werden. Werden nur zwei Phasenkodiergradienten geschaltet, kann ein Projektionsdatensatz rekonstruiert werden, wie später anhand von 6 weiter ausgeführt wird.
Nach einer Zeit t1 nach dem zuletzt eingestrahlten Anregungspuls, in welcher die in Block 201 geschalteten Phasenkodiergradienten bereits ihre volle Stärke erreicht haben, werden Echosignale mittels der HF-Sende-/Empfangsvorrichtung aufgenommen und als Rohdatenpunkte entlang der durch die Stärke der Phasenkodiergradienten vorgegebenen radialen k-Raum-Trajektorie in einer Auswerteeinheit der Magnetresonanzanlage als Rohdatensatz RD gespeichert.
In einer Ausführungsform werden nur nach der Zeit t1 Echosignale aufgenommen und als Rohdaten im Rohdatensatz RD gespeichert. In einer weiteren Ausführungsform werden nach der Zeit t1 nach jedem HF-Anregungspuls erste Echosignale aufgenommen und als Rohdaten in einem ersten Rohdatensatz RD1 gespeichert, und weiterhin nach einer Zeit t2 nach demselben HF-Anregungspuls mindestens ein zweites Echosignal aufgenommen und als weiterer Rohdatenpunkt in einem zweiten Rohdatensatz RD2 gespeichert, wobei gilt t2 > t1. Das zweite Echosignal wird hierbei auf bekannte Weise, z. B. durch Umpolen der Gradienten, erzeugt.
Nachdem alle gewünschten Echosignale nach einem HF-Anregungspuls aufgenommen und damit die entsprechenden k-Raum-Trajektorie(n) ausgelesen sind, wird in Schritt 207 geprüft, ob der dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum in einem von der Zeit t1 abhängigen ersten Bereich entlang radialer k-Raum-Trajektorien somit bereits ausgelesen ist oder nicht. Wenn nicht („n”), wird erneut bei Block 201 begonnen, wobei von den bisher verwendeten Phasenkodiergradienten verschiedene Phasenkodiergradienten geschalten werden.
Der dem Abbildungsgebiet entsprechende k-Raum, der nicht von dem ersten Bereich des k-Raums abgedeckt ist, welcher erste Bereich mittels der Blöcke 201 bis 205 abgetastet wird, wird zu einem beliebigen Zeitpunkt oder auch zu verschiedenen Zeitpunkten vor, zwischen oder nach dem Auslesen der radialen k-Raum-Trajektorien, z. B. punktweise mittels eines Einzelpunkt-Bildgebungsverfahrens, wie z. B. RASP, oder auf eine andere bekannte Weise ausgelesen (Block 209) und ebenfalls in dem Rohdatensatz RD gespeichert. Werden die Rohdatenpunkte, welche das k-Raumzentrum enthalten, hierbei kartesisch erfasst, erübrigt sich vor der Rekonstruktion von Bilddaten ein sogenanntes Regridding.
Bei dem Auslesen des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums können die Phasenkodiergradienten zwischen dem Einstrahlen eines ersten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums und eines zweiten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von weiteren Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums kontinuierlich verändert werden. D. h., die Phasenkodiergradienten werden nicht nach jeder Aufnahme einer radialen k-Raum-Trajektorie heruntergefahren und für die Aufnahme der nächsten k-Raum-Trajektorie erneut hochgefahren, sondern die Phasenkodiergradienten werden lediglich von der bereits angenommenen Stärke aus weiter hoch- bzw. heruntergefahren, bis die für die nächste Aufnahme erforderliche Stärke erreicht ist. Somit können durch die zur Erzeugung der Phasenkodiergradienten nötige Bestromung des Gradientensystems induzierte Wirbelströme reduziert werden, was die Bildung von Geräuschen reduziert, welche durch die Kräfte verursacht werden, die die Wirbelströme auf das Gradientensystem auswirken.
Insbesondere ist es hierbei vorteilhaft, die auszulesenden k-Raum-Trajektorien derart anzuordnen, dass die Stärke der Phasenkodiergradienten jeweils nur möglichst gering verändert werden muss, wodurch die durch die Änderung der Phasenkodiergradienten verursachten Geräusche in dem Messraum 4 der Magnetresonanzanlage weiter reduziert werden können.
Analog zu dem bereits oben ausgeführten Ausführungsbeispielen kann auch bei den auf andere Weise, z. B. mittels Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren, ausgelesenen Rohdatenpunkten, welche das k-Raumzentrum umfassen, nach jedem HF-Anregungspuls entweder nur nach einer ersten Echozeit t1' ein Rohdatenpunkt ausgelesen und in dem ersten Rohdatensatz RD1 gespeichert werden, oder es können nach einer ersten Echozeit t1' ein erster Rohdatenpunkt ausgelesen und in dem ersten Rohdatensatz RD1 gespeichert werden, und nach einer zweiten Echozeit t2', mit t1' < t2', ein zweiter Rohdatenpunkt ausgelesen und in dem zweiten Rohdatensatz RD2 gespeichert werden. Die Erzeugung des zweiten Echos erfolgt dabei wieder auf bekannte Weise.
In einem weiteren Schritt 102 wird aus den aufgenommenen Rohdatenpunkten, welche in dem Rohdatensatz RD gespeichert sind, z. B. mittels der Auswertevorrichtung der Magnetresonanzanlage, unter Verwendung einer Fourier-transformation ein Bilddatensatz BD rekonstruiert.
Wurden ein erster und ein zweiter Rohdatensatz RD1 und RD2 aufgenommen und gespeichert, wird analog aus dem ersten Rohdatensatz RD1 ein erster Bilddatensatz BD1 und aus dem zweiten Rohdatensatz RD2 ein weiterer, zweiter Bilddatensatz BD2 rekonstruiert.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann in dem Falle, in dem ein erster und ein zweiter Rohdatensatz RD1 und RD2 aufgenommen wurden und daraus ein erster und ein weiterer, zweiter Bilddatensatz BD1 und BD2 rekonstruiert wurde, aus diesem ersten und zweiten Bilddatensatz BD1 und BD2 ein Differenzbild DBD errechnet werden (Schritt 103). Durch die unterschiedlichen Echozeiten t1 und t2, mit denen der erste und der zweite Rohdatensatz RD1 und RD2 aufgenommen wurden, ist es möglich, aus dem ersten und dem zweiten Bilddatensatz BD1 und BD2 ein Differenzbild DBD zu erzeugen, in dem ausschließlich Gewebe mit einem vorgegebenen T2 dargestellt werden.
Ein solches Differenzbild DBD kann beispielsweise durch pixelweise Subtraktion des zweiten Bilddatensatzes BD2 von dem ersten Bilddatensatz BD1 (oder umgekehrt), ggf. unter einer geeigneten Gewichtung mindestens eines der beiden Bilddatensätze BD1 und BD2, erfolgen, z. B.: DBD = a·BD1 – b·BD2, mit a und b als Gewichtungsfaktoren.
Vorteilhafterweise sind die Gewichtungsfaktoren a und b abhängig von einer in dem mit den Bilddatensätzen BD1 und BD2 abgebildeten Abbildungsgebiet vorherrschenden Zeitkonstante, insbesondere in Abhängigkeit von dem in dem Abbildungsgebiet vorherrschenden T2-Wert. Damit kann das Differenzbild DBD derart erstellt werden, dass möglichst ausschließlich Gewebe mit einem bestimmten (kurzen) T2 angezeigt werden.
In 4 ist schematisch der Teil einer erfindungsgemäßen Sequenz, der zur Erfassung mehrerer Rohdatenpunkte auf einer radialen k-Raum-Trajektorie dient, dargestellt (vgl. 3, Blöcke 201–205). Zu einem Zeitpunkt t_gs werden mindestens zwei Phasenkodiergradienten G_x, G_y, G_z hochgefahren und erreichen zu einem Zeitpunkt t_g ihre volle Stärke. Zu einem späteren Zeitpunkt t_a > t_g wird ein HF-Anregungspuls 16 eingestrahlt. Nach einer Echozeit t1 nach dem HF-Anregungspuls 16, die vorteilhaft der hardwaregegebenen minimalen Umschaltzeit zwischen einem Sende-Modus und einem Empfangs-Modus einer verwendeten HF-Sende-/Empfangsvorrichtung TE_HW entspricht, wird zum Zeitpunkt t_r die Auslesezeitspanne 17 zum Auslesen der Echosignale begonnen.
In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Phasenkodiergradienten geschaltet, bevor der HF-Anregungspuls eingestrahlt wird.
5 zeigt einen Vergleich von mit einer Sequenz gemäß 4 ausgelesenen k-Raum-Werten mit mittels einer UTE-Sequenz ausgelesenen k-Raum-Werten, aufgetragen gegen die jeweils zu erwartende Echozeit. Die mit einer UTE-Sequenz, bei welcher nach dem HF-Anregungspuls das Hochfahren der Phasenkodiergradienten gleichzeitig mit dem Auslesen der Echos begonnen wird, auslesbaren k-Raum-Werte liegen auf der oberen, gestrichelt dargestellten Linie.
Die mit einer Sequenz gemäß 4 auslesbaren k-Raum-Werte liegen in 5 auf der unteren Geraden. Der Vergleich der zu erwartenden Echozeiten gegen die k-Raum-Werte einer UTE-Sequenz und der in 4 dargestellten Sequenz zeigt, dass mit der in 4 dargestellten Sequenz die Echozeit im gesamten k-Raum gegenüber einer UTE-Sequenz reduziert wird.
5 zeigt weiterhin, dass die mit einer Sequenz gemäß 4 auslesbaren k-Raum-Werte erst bei einem von der Stärke der anliegenden Phasenkodiergradienten und insbesondere von der Echozeit t1 abhängigen k-Raum-Wert k* starten. Es gilt: k* = t1·G, mit G die Stärke des Gradienten.
Somit werden k-Raum-Punkte im k-Raumzentrum mit einer solchen Sequenz, wie sie in 4 dargestellt ist, nicht erfasst. Dafür können diese k-Punkte jedoch wie in Verbindung mit 3, Block 209 beschrieben z. B. punktweise mittels Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren auf einem kartesischen k-Raum-Gitter oder auf andere bekannte Weise erfasst werden.
Bei konventionellen MR-Aufnahmen wird entweder ein dreidimensionaler Rohdatensatz aufgenommen oder eine schichtselektive Anregung verwendet, um einen zweidimensionalen Bilddatensatz zu erhalten. Bei einer schichtselektiven Anregung wird während des HF-Anregungspulses ein Phasenkodiergradient in Schichtrichtung, auch Schichtselektionsgradient genannt, geschaltet, wobei eine Phase entsteht, die nach dem HF-Anregungspuls z. B. durch Inversion des Schichtselektionsgradienten ausgeglichen wird. Dies verlängert jedoch die Messzeit pro HF-Anregungspuls. Es ist weiterhin auch möglich, auf eine Schichtauflösung zu verzichten und ein Projektionsbild, wie es auch z. B. bei Röntgenaufnahmen erhalten wird, zu erstellen. Eine Aufnahme eines solchen Projektionsdatensatzes ist bereits mit relativ wenigen radialen k-Raum-Trajektorien und der kartesischen punktweisen Akquisition im k-Raumzentrum in kurzer Zeit möglich.
6 zeigt schematisch eine Sequenz zur Aufnahme eines Rohdatensatzes zur Erstellung eines Projektionsdatensatzes. Die erste Zeile in 6 zeigt die eingestrahlten HF-Anregungspulse 16, die zweite Zeile die zugehörigen Auslesezeitspannen 17.
Es werden hier nur zwei Phasenkodiergradienten geschaltet. Auf eine Kodierung in der dritten Richtung, der Schichtrichtung, hier der z-Richtung, wird verzichtet (G_z = 0).
Wie bereits oben ausgeführt, sind die Echozeiten t1 (und ggf. t2) nach unten nur durch die Hardwarekonstante TE_HW limitiert und es können somit sehr kurze Echozeiten erreicht werden. Dies ist unabhängig von der Schaltung von zwei oder drei Phasenkodiergradienten.
Die Phasenkodiergradienten in x- und y-Richtung sind gleich G_x = sin(φ) bzw. G_y = cos(φ), wobei φ z. B. beginnend bei φ = 0 bei jeder radialen k-Raum-Trajektorie um den Winkel 360°/(Anzahl der Projektionen N_Proj) vergrößert wird, bis 360° erreicht werden. Es werden also insgesamt für den Projektionsdatensatz N_Proj radiale Projektionen, d. h. N_Proj radiale k-Raum-Trajektorien aufgenommen. Dies ist in 6 im Bereich „A” dargestellt, wobei dort 250 radiale k-Raumtrajektorien ausgelesen werden.
Wie man sieht, werden auf diese Weise die Phasenkodiergradienten zwischen dem Einstrahlen eines ersten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums und eines zweiten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von weiteren Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden k-Raums kontinuierlich verändert, was wie oben beschrieben zu einer besonders leisen Aufnahme der Rohdaten beiträgt. Diese Art der Schaltung der Phasenkodiergradienten ist auch im später beschriebenen Bereich „B” weiter eingehalten.
N_Proj liegt hierbei bei 250, da dies die Größenordnung ist, welche benötigt wird, um ein qualtitativ hochwertiges Projetionsbild zu erstellen. Der Anteil an kartesisch abzutastenden k-Raumpunkten beträgt, je nach Auflösung, maximaler Gradientenstärke und anderen Faktoren, ca. 1% bis 20% des insgesamt aufzunehmenden k-Raums. Im Bereich „B” in 6 ist das Auslesen von kartesischen k-Raumpunkten mittels eines Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren dargestellt. Wie bereits oben erwähnt ist es nicht notwendig, die k-Raumpunkte des Bereichs, welcher das k-Raumzentrum enthält, nach den radial auszulesenen k-Raumpunkten auszulesen, sondern dies kann vielmehr zu einem beliebigen Zeitpunkt in der Sequenz geschehen.
Nimmt man eine Repetitionszeit TR (Zeit zwischen zwei HF-Anregungspulsen) von 1 ms an und geht von einem Anteil an kartesischen K-Raum-Punkten N_Kart von 10% der radial ausgelesenen k-Projektionen aus (N_Kart = 0,1·N_Proj), ergibt sich eine Messzeit für einen einem Projektionsdatensatz entsprechenden Rohdatensatz von: (N_Proj + N_Kart)·TR = 1,1·N_Proj·1 ms = 275 ms.
Somit ist die Aufnahme schnell genug, um zeitaufgelöst an einer Darstellungseinrichtung dargestellt zu werden.
Möchte man zeitaufgelöste Bilder darstellen, kann man die zeitliche Auflösung zusätzlich steigern, indem man k-Raum-Werte für zwei aufeinanderfolgende Projektionsbilder erneut verwendet. Teile des k-Raums müssen dann in aufeinanderfolgenden Repetitionen nicht erneut gemessen werden und die Messzeit pro Bild sinkt.
Wird gemäß eines bereits oben eingeführten Ausführungsbeispiels ein zweites Echo nach einer Echozeit t2 > t1 aufgenommen, um einen zweiten Projektionsbilddatensatz BD2 zu erhalten und ein Differenzbild DBD errechnen zu können, steigt die Repetitionszeit TR, und damit auch die Messzeit für die jeweils einem Projektionsdatensatz BD1 und BD2 entsprechenden Rohdatensätze RD1 und RD2 etwa um den Faktor Zwei.
Eine mögliche Anwendung der zeitaufgelösten Darstellung liegt z. B. im Bereich der Orthopädie, wobei ein Patient zu untersuchende Gelenke, z. B. Handgelenk oder Knie etc., im Messraum der Magnetresonanzanlage während der Aufnahme der Messdaten bewegt. Die Bewegungen der Bänder und Knochen des Gelenks könnten dabei instantan auf der Darstellungseinrichtung beobachtet werden.

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Bilddatensatzes eines in einem Messvolumen einer Magnetresonanzanlage befindlichen Abbildungsgebiets mittels der Magnetresonanzanlage, umfassend die Schritte: – Auslesen eines dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums, umfassend die Schritte: a) Schalten von mindestens zwei Phasenkodiergradienten (G_x, G_y, G_z) in jeweils einer Raumrichtung mittels eines Gradientensystems der Magnetresonanzanlage, b) nach Erreichen der vollen Stärke der geschalteten Phasenkodiergradienten Einstrahlen eines nicht-schichtselektiven HF-Anregungspulses mittels einer HF-Sende-/Empfangsvorrichtung der Magnetresonanzanlage, c) nach einer Zeit t1 nach dem zuletzt eingestrahlten Anregungspuls, Aufnehmen von Echosignalen mittels der HF-Sende-/Empfangsvorrichtung und Speichern dieser als Rohdatenpunkte entlang der durch die Stärke der Phasenkodiergradienten vorgegebenen radialen k-Raum-Trajektorie, d) Wiederholen der Schritte a) bis c) mit verschiedenen Phasenkodiergradienten, bis der dem Abbildungsgebiet entsprechende, aufzunehmende k-Raum in einem von der Zeit t1 abhängigen ersten Bereich entlang radialer k-Raum-Trajektorien ausgelesen ist, und e) Auslesen des dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums, der nicht von dem ersten Bereich des k-Raums abgedeckt ist, und welcher zumindest das k-Raumzentrum umfasst, auf andere Weise als durch die Schritte a) bis d) beschrieben, z. B. punktweise mittels Einzelpunkt-Bildgebungsverfahren auf einem kartesischen k-Raum-Gitter oder auf andere bekannte Weise, und Speichern dieser Rohdatenpunkte, – Rekonstruieren von Bilddaten aus den aufgenommenen Rohdatenpunkten des k-Raums mittels einer Auswertevorrichtung der Magnetresonanzanlage, wobei die Rekonstruktion eine Fourier-Transformation umfasst, wobei nach jedem HF-Anregungspuls zu einer Zeit t2, welche größer ist als t1, nach dem HF-Anregungspuls mindestens ein zweites Echosignal aufgenommen und jeweils als weiterer Rohdatenpunkt gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Rohdatenpunkte im Schritt e) als kartesische Rohdatenpunkte ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohdatenpunkte im Schritt e) mittels eines Einzelpunkt-Bildgebungsverfahrens ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zeit t1 gleich der minimalen Umschaltzeit zwischen einem Sende-Modus und einem Empfangs-Modus der HF-Sende-/Empfangsvorrichtung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Phasenkodiergradienten zwischen dem Einstrahlen eines ersten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums und eines zweiten HF-Anregungspulses zur Aufnahme von weiteren Rohdatenpunkten des dem Abbildungsgebiet entsprechenden, aufzunehmenden k-Raums kontinuierlich verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei drei Phasenkodiergradienten geschaltet werden, um einen dreidimensionalen Satz an Rohdaten aufzunehmen und einen dreidimensionalen Bilddatensatz zu erhalten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei genau zwei Phasenkodiergradienten geschaltet werden, um einen Satz an Rohdaten zur Erstellung eines Projektionsbilddatensatzes zu erhalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei aus den weiteren Rohdatenpunkten unter Verwendung einer Fourier-Transformation ein weiterer Bilddatensatz rekonstruiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei aus dem Bilddatensatz und dem weiteren Bilddatensatz ein Differenzbild errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bilden des Differenzbilds eine Gewichtung umfasst, welche von einer in dem Abbildungsgebiet herrschenden Zeitkonstante abhängt.
Magnetresonanzanlage zur Erstellung eines Bilddatensatzes, wobei die Magnetresonanzanlage eine Ansteuereinheit zur Ansteuerung eines Tomographen, eine Sende-/Empfangsvorrichtung zum Empfang von von dem Tomographen aufgenommenen Echosignalen und zum Senden von HF-Anregungspulsen und eine Auswertevorrichtung zur Auswertung der Signale und Erstellung des Bilddatensatzes umfasst, welche ausgestaltet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführen.