DE102011080215B4 - Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich (Q) innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O). Das Verfahren umfasst folgende Schritte: • Selektives Anregen eines ersten dreidimensionalen Volumenabschnitts (V1) mit einem HF-Anregungspuls (31), welcher den vorbestimmten Bereich (Q) umfasst und eine erste Dicke (d1) entlang einer ersten Dickenrichtung (z) aufweist. • Schalten eines selektiven Refokussierungspulses (32), um einen zweiten Volumenabschnitt (V2) selektiv zu refokussieren. Dabei umfasst der zweite Volumenabschnitt (V2) ebenfalls dem vorbestimmten Bereich (Q) und weist eine zweite Dicke (d2) entlang einer zweiten Dickenrichtung (y) senkrecht zur ersten Dickenrichtung (z) auf. • Zeitlich aufeinanderfolgend werden folgende Teilschritte mehrfach durchgeführt: – Schalten eines nicht selektiven Refokussierungspulses (33). – Schalten von zwei Phasenkodiergradienten (Gy2, Gz2) und von einem weiteren Magnetfeldgradienten (Gx) zur Ortskodierung. – Auslesen der MR-Daten während der weitere Magnetfeldgradient (Gx) geschaltet wird.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage, um MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich, insbesondere in einem (dreidimensionalen) Quader, zu erfassen.
• Die WO 2010/120829 A2 beschreibt die Erfassung von MR-Daten, wobei ein zusätzlicher Schichtselektionsgradient gleichzeitig mit dem nominalen Schichtselektionsgradient während des HF-Anregungspulses eingestrahlt wird. Durch den zusätzlichen Schichtselektionsgradient wird die angeregte Schicht um einen Winkel gegenüber der nominalen Schicht gekippt.
• Die US 2011/0175612 A1 beschreibt die Erfassung von MR-Daten, wobei ein Winkel zwischen dem Anregungsvolumen und dem zum Auslesen angeregten Volumen (”acquisition volume”) ausgebildet wird.
• In ”Strategies for inner volume 3D fast spin echo magnetic resonance imaging using nonselective refocusing radio frequency pulses”, D. Mitsouras u. a., Med. Phys. 33 (2006), Seiten 173–186 wird die Erfassung von MR-Daten beschrieben, wobei durch selektive HF-Pulse aufeinander senkrecht stehende Schichten angeregt werden.
• Die US 4 698 592 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen von MR-Bildern aufgrund einer chemischen Spektralverschiebung in einem inneren Volumen eines Objektes. Dabei werden ein HF-Anregungspuls bei geschaltetem G_y-Gradienten und anschließend ein Refokussierungspuls bei geschaltetem G_z-Gradienten eingestrahlt.
• Nach dem Stand der Technik treten beim Erfassen von MR-Daten eines vorbestimmten Bereichs (unter den Umständen, dass das Objekt in Phasenkodierrichtung nicht vollständig abgedeckt ist) Einfaltungsartefakte auf, weil Signale aus benachbarten Bereichen aufgrund von Aliasing nicht richtig ihrem Ort zugeordnet werden.
• Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, MR-Daten derart zu erfassen, dass die Einfaltungsartefakte im Vergleich zum Stand der Technik zumindest geringer sind.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich (insbesondere in einem Quader) innerhalb eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
• • Mit einem HF-Anregungspuls wird selektiv ein erster dreidimensionaler Volumenabschnitt angeregt. Der erste Volumenabschnitt umfasst den vorbestimmten Bereich und weist eine erste Dicke entlang einer ersten vorbestimmten Dickenrichtung auf.
• • Anschließend wird ein selektiver Refokussierungspuls geschaltet, mit welchem ein zweiter Volumenabschnitt selektiv refokussiert wird. Auch der zweite Volumenabschnitt umfasst den vorbestimmten Bereich und weist eine zweite Dicke entlang einer zweiten Dickenrichtung auf. Dabei steht diese zweite Dickenrichtung senkrecht auf der ersten Dickenrichtung.
• • Nach dieser Refokussierung wird nacheinander ein Schritt, welcher sich aus den folgenden Teilschritten zusammensetzt, mehrfach ausgeführt, um die MR-Daten in dem vorbestimmten Bereich zu erfassen:
• – Schalten eines nicht-selektiven Refokussierungspulses,
• – Schalten von zwei Phasenkodiergradienten und von einem weiteren Magnetfeldgradienten zur Ortskodierung (damit dienen die zwei Phasenkodiergradienten und der weitere Magnetfeldgradient der Ortskodierung), wobei die MR-Daten ausgelesen werden, während der weitere Magnetfeldgradient geschaltet ist.
• Erfindungsgemäß wird quasi mit dem HF-Anregungspuls eine erste Schicht (der erste Volumenabschnitt) mit der ersten Dicke und anschließend mit dem HF-Refokussierungspuls eine dazu senkrecht stehende zweite Schicht (der zweite Volumenabschnitt) mit der zweiten Dicke angeregt. Der vorbestimmte Bereich liegt nun innerhalb einer Schnittmenge dieser beiden Schichten bzw. bildet einen bestimmten Teil dieser Schnittmenge. Indem durch den Refokussierungspuls nicht wiederum der erste Volumenabschnitt selektiv refokussiert wird, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, sondern der zweite Volumenabschnitt selektiv refokussiert wird, wird vorteilhafterweise der vorbestimmte Bereich, in welchem die MR-Daten zu erfassen sind, in der zweiten Dickenrichtung begrenzt, wodurch Einfaltungsartefakte aus dieser Richtung zumindest in einem geringeren Maße auftreten oder ganz vermieden werden, da die Spins in den in dieser Richtung liegenden Nachbarbereichen nicht refokussiert wurden und damit keinen Signalbeitrag leisten.
• Zur Erfassung der MR-Daten stehen die beiden Phasenkodiergradienten und der weitere Magnetfeldgradienten insbesondere jeweils paarweise senkrecht aufeinander. Dabei ist einer der Phasenkodiergradienten insbesondere entlang der ersten Dickenrichtung gerichtet.
• Da das Schalten von nicht-selektiven Refokussierungspulsen eine geringere Zeitdauer (z. B. 0,5 bis 1 ms) in Anspruch nimmt als das Schalten von selektiven Refokussierungspulsen (z. B. 2 bis 3 ms) und da der zweite Phasenkodiergradient zeitgleich mit dem ersten Phasenkodiergradient geschaltet wird, bietet die erfindungsgemäße Erfassung der MR-Daten mit zwei Phasenkodiergradienten und einem weiteren Magnetfeldgradienten im Vergleich zu einem Verfahren mit selektiven Refokussierungspulsen zur MR-Datenerfassung vorteilhafterweise eine sehr schnelle Art der MR-Datenerfassung.
• Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden zur selektiven Anregung des ersten Volumenabschnitts während des Schaltens des HF-Anregungspulses ein erster Magnetfeldgradienten und während des Schaltens des selektiven Refokussierungspulses ein zweiter Magnetfeldgradient geschaltet. Diese beiden Magnetfeldgradienten stehen dabei senkrecht aufeinander.
• Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform entspricht der vorbestimmte Bereich einem Quader, welcher entlang der ersten Dickenrichtung die erste Dicke und entlang der zweiten Dickenrichtung die zweite Dicke aufweist.
• Anders ausgedrückt entspricht der Quader zumindest entlang der ersten Dickenrichtung und entlang der zweiten Dickenrichtung der Schnittmenge aus dem ersten Volumenabschnitt und dem zweiten Volumenabschnitt.
• Die zur Erfassung der MR-Daten eingesetzten nicht-selektiven Refokussierungspulse können verschiedene Kippwinkel bzw. Flipwinkel aufweisen. Der Einsatz verschiedener Flipwinkel ermöglicht, dass beim Auslesen der MR-Daten nach dem Schalten des jeweiligen Refokussierungspulses eine vorbestimmte mittlere Signalstärke des MR-Signals (oder eine vorbestimmte relative Signalabschwächung des MR-Signals) erzielt wird, wenn die Flipwinkel der Refokussierungspulse abhängig von einem Material gewählt werden, mit welchem der vorbestimmte Bereich hauptsächlich gefüllt ist.
• Beim Einsatz von konstanten Flipwinkeln (von z. B. 180°) bei den nicht-selektiven Refokussierungspulsen nimmt die mittlere Signalstärke beim Auslesen der MR-Daten exponentiell ab. Wie später noch genauer erläutert wird, kann durch eine geeignete Wahl der Flipwinkel der Refokussierungspulse dieser Abfall der Signalstärke über eine lange Zeit bzw. zahlreiche Refokussierungspulse aufgehalten oder sogar umgedreht werden. Der Einsatz von unterschiedlichen Flipwinkeln für die nicht-selektiven Refokussierungspulse ermöglicht somit, dass pro HF-Anregung mehr K-Raum-Zeilen als bei konstanten Flipwinkeln erfasst werden können.
• Erfindungsgemäß können auch ein oder mehrere Spoiler-Gradienten bzw. Rephasierungs-Gradienten vor und nach dem selektiven Refokussierungspuls geschaltet werden. Dabei umfassen dieser eine oder diese mehreren Spoiler-Gradienten auch einen Spoiler-Gradient, welcher entlang der zweiten Dickenrichtung gerichtet ist. Es ist aber auch möglich, dass die Spoiler-Gradienten einen Spoiler-Gradient umfassen, welcher senkrecht zu der zweiten Dickenrichtung ausgerichtet ist.
• Das Schalten von Spoiler-Gradienten dient dazu, eine ”alte” Magnetisierung zu zerstören.
• Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Erfassung der MR-Daten eines K-Raum-Segments, welches beispielsweise aus mehreren K-Raum-Zeilen besteht, folgende Schritte:
• • In einem ersten Schritt kippt der HF-Anregungspuls die Magnetisierung um +90° und es werden erfindungsgemäß (durch Schalten des selektiven Refokussierungspulses und durch Schalten der nicht-selektiven Refokussierungspulse) erste MR-Daten des K-Raum-Segments erfasst.
• • In einem zweiten Schritt kippt der HF-Anregungspuls die Magnetisierung um –90° und es werden erfindungsgemäß zweite MR-Daten desselben K-Raum-Segments erfasst.
• • Anschließend werden die erfassten ersten und zweiten MR-Daten gemittelt, wobei diese gemittelten MR-Daten die zu erfassenden MR-Daten des K-Raum-Segments ergeben.
• Da die Magnetisierung der FID-Signale (”Free Induction Decay” (freier Induktionszerfall)) der nicht-selektiven Refokussierungspulse während der Anregung einmal um +90° und einmal um –90° gekippt wird, verhalten sich die FID-Signale beim Erfassen der ersten MR-Daten gerade umgekehrt wie beim Erfassen der zweiten MR-Daten, so dass diese FID-Signale durch die Mittelwertbildung bei der Bestimmung der endgültigen MR-Daten des K-Raum-Segments ausgemittelt und dadurch Artefakte vermieden werden.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich innerhalb eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antennen und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der HF-Antenne(n), zum Empfang der Messsignale, welche von der/den HF-Antenne(n) aufgenommen werden, und zur Auswertung der Messsignale sowie zur Erstellung der MR-Bilddatensätze. Die Magnetresonanzanlage regt einen ersten dreidimensionalen Volumenabschnitt, welcher den vorbestimmten Bereich umfasst, mit einem HF-Anregungspuls selektiv an. Dieser erste Volumenabschnitt weist in einer ersten Dickenrichtung eine erste Dicke auf. Anschließend refokussiert die Magnetresonanzanlage einen zweiten dreidimensionalen Volumenabschnitt, welcher ebenfalls den vorbestimmten Bereich umfasst, mit einem selektiven Refokussierungspuls. Dieser zweite Volumenabschnitt weist in einer zweiten Dickenrichtung, welche senkrecht auf der ersten Dickenrichtung steht, eine zweite Dicke auf. Zum Auslesen der MR-Daten führt die Magnetresonanzanlage folgende Teilschritte mehrfach hintereinander aus:
• • Die Magnetresonanzanlage schaltet einen nicht-selektiven Refokussierungspuls.
• • Anschließend schaltet die Magnetresonanzanlage zwei Phasenkodiergradienten und einen weiteren Magnetfeldgradienten zur Ortskodierung. Während der weitere Magnetfeldgradienten geschaltet ist, liest die Magnetresonanzanlage die MR-Daten (beispielsweise eine K-Raum-Zeile) aus.
• Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail beschrieben worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
• Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuereinrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
• Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
• Im Unterschied zu älteren Sequenzen (z. B. einer TSE-Sequenz (”Turbo Spin Echo”) oder einer FSE-Sequenz (”Fast Spin Echo”) entspricht das Auslesemodul der erfindungsgemäßen Pulssequenz vorteilhafterweise einer SPACE-Sequenz (”Sampling Perfection with Application optimized Contrasts using different flip angle Evolutions”). Diese SPACE-Sequenz hat sich z. B. aufgrund der variablen Flipwinkel und den daraus möglichen langen Echozuglängen als in der Praxis überlegen gegenüber den älteren TSE- und FSE-Sequenzen gezeigt.
• Die vorliegende Erfindung weist folgende Vorteile auf:
• • Durch die Vermeidung von Einfaltungseffekten können zeitaufwendige Schritte zur Vermeidung dieser Einfaltungseffekte (z. B. Oversampling) vermieden werden, wodurch sich eine deutliche Reduktion der Aufnahmezeit ergibt.
• • Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch eine entsprechende Wahl des vorbestimmten Bereichs die gezielte Aufnahme eines separaten Volumens oder eines bestimmten Teils einer Schicht (ohne den unerwünschten Teil des Volumens oder der Schicht auszublenden), um dann gezielt nur ein MR-Bild dieses Teils zu erstellen. Dies hat den Vorteil, dass ein Arzt auch nur diesen Teil des Volumens oder der Schicht befunden muss, was zu einer signifikante Arbeitszeitersparnis führt.
• Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Erfassung von MR-Daten eines vorbestimmten Quaders mit vorbestimmten Ausmaßen in zwei Richtungen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch zur Erfassung von MR-Daten eines beliebigen Quaders, welcher in allen drei Raumrichtungen eine beliebige Ausdehnung aufweist, eingesetzt werden kann.
• Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
• 1 stellt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dar.
• In 2 ist eine erfindungsgemäße Sequenz zur Erfassung von MR-Daten innerhalb eines Quaders dargestellt.
• In 3 und 4 ist beispielhaft dargestellt, wie sich der Quader aus der Schnittmenge von zwei dreidimensionalen Volumenabschnitten ergibt.
• 5 und 6 stellen dar, wie sich durch die Variation des Flipwinkels die mittlere Signalstärke des MR-Signals beeinflussen lässt.
• In 7 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Volumenabschnitt eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
• In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
• Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Mittenfrequenz entspricht.
• Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild bzw. dreidimensionaler Bilddatensatz rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des K-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
• In 2 ist eine erfindungsgemäße Pulssequenz dargestellt. Nach einem Spoiler-Gradient 34 zur Zerstörung ”alter” Magnetisierung wird zusammen mit einem Magnetfeldgradienten G_z1 in Richtung der z-Achse ein selektiver HF-Anregungspuls 31 geschaltet, um die Spins innerhalb des ersten vorbestimmten Volumenabschnitts V₁ (siehe 3) anzuregen. Der in Richtung der x-Achse geschaltete Gradientenpuls 37 dient dazu, die Magnetisierung vor dem Auslesen vorzubereiten, indem die Magnetisierung vor dem folgenden selektiven Refokussierungspuls 32 dephasiert wird.
• Anschließend wird zusammen mit einem Magnetfeldgradienten G_y1 in Richtung der y-Achse (eingerahmt von zwei Spoiler-Gradienten 34) der selektive Refokussierungspuls 32 geschaltet, durch welchen die Spins in dem zweiten vorbestimmten Volumenabschnitt V₂ (siehe 3) refokussiert werden. Da diese Refokussierung quasi nur bei denjenigen Spins wirkt, welche vorher durch den HF-Anregungspuls 31 angeregt wurden, sind nach dem selektiven Refokussierungspuls 32 nur Spins in einem Quader Q (siehe 3) refokussiert, welcher der Schnittmenge aus dem ersten Volumenabschnitt V₁ und dem zweiten Volumenabschnitt V₂ entspricht. FID-Signale durch den Refokussierungspuls bzw. Refokussierer 32 tragen in der späteren Datenerfassung nicht zum Signal bei, da sie nicht entsprechend durch die Gradientenpulse 37 bzw. 34 vor dem Refokussierer 32 (siehe oben) vorbereitet wurden bzw. durch den Spoiler 34 nach dem Refokussierer 32 dephasiert werden.
• Anschließend werden die MR-Daten in einem bestimmten K-Raum-Segment (wobei der K-Raum mit dem Quader Q korrespondiert) ausgelesen. Zum Auslesen einer K-Raum-Zeile wird jeweils ein nicht-selektiver Refokussierungspuls 33 geschaltet, welchem ein Gradientenpuls G_y2 entlang der y-Achse und ein Gradientenpuls G_z2 entlang der z-Achse folgen. Diese beiden Gradientenpulse oder Phasenkodiergradienten G_y2 und G_z2 dienen der Phasenkodierung. Nach diesen beiden Phasenkodiergradienten G_y2 und G_z2 wird eine K-Raum-Zeile ausgelesen, wobei ein Magnetfeldgradient G_x in Richtung der x-Achse geschaltet ist.
• Nach einem nur einmaligen Schalten des selektiven HF-Anregungspulses 31 und des selektiven HF-Refokussierungspulses 32 können 120 oder mehr nicht-selektive Refokussierungspulse 33 und damit 120 oder mehr K-Raum-Zeilen ausgelesen werden, wenn, wie es im Folgenden mit 5 und 6 im Detail beschrieben wird, der Flipwinkel der nicht-selektiven Refokussierungspulse 33 entsprechend variiert wird.
• Es sei darauf hingewiesen, dass die mit Hilfe des ersten Gradienten G_x erfassten MR-Daten oder Echosignale verworfen werden, weshalb dazu auch kein nicht-selektiver Refokussierungspuls 33 geschaltet wird. (Es ist ebenfalls möglich, dass die mit Hilfe des ersten Gradienten G_x erfassten MR-Daten ausgewertet werden, d. h. nicht verworfen werden.)
• Mit Hilfe der 3 und 4 soll die vorliegende Erfindung nochmals anschaulich erläutert werden. Mittels des selektiven HF-Anregungspulses 31 (siehe 2) wird die Schicht oder der erste Volumenabschnitt V₁ mit der Schichtdicke d1 angeregt. Anschließend wird mittels des selektiven HF-Refokussierungspulses 32 (siehe 2) die Schicht oder der zweite Volumenabschnitt V₂ mit der Schichtdicke d2 refokussiert. Da nur bereits mit dem HF-Anregungspuls 31 angeregte Spins refokussiert werden, werden erfindungsgemäß nur Spins innerhalb des Quaders Q refokussiert. Dieser Quader Q ergibt sich aus der Schnittmenge des ersten Volumenabschnitts V₁ und des zweiten Volumenabschnitts V₂, wie es in 3 dargestellt ist.
• Es handelt sich bei dieser Schnittmenge um einen Quader mit einer großen Länge in Richtung der x-Achse. (Diese Länge wird durch die Ausmaße der von der Magnetresonanzanlage 5 erzeugten Magnetfelder definiert). In Richtung der y-Achse weist der Quader Q dagegen die Dicke d2 und in Richtung der z-Achse die Dicke d1 auf. Da der HF-Anregungspuls 31 (zusammen mit dem Magnetfeldgradienten G_z1) selektiv bezüglich der z-Achse und der selektive Refokussierungspuls 32 (zusammen mit dem Magnetfeldgradienten G_y1) selektiv bezüglich der y-Achse ist, weist der erste Volumenabschnitt V₁ quasi nur eine Beschränkung in Richtung der z-Achse (die Dicke d1) und in den beiden anderen Richtungen (x- und y-Richtung) keine Beschränkung auf während der zweite Volumenabschnitt V₂ quasi nur eine Beschränkung in Richtung der y-Achse (die Dicke d2) und in den beiden anderen Richtungen (x- und z-Richtung) keine Beschränkung aufweist.
• Da erfindungsgemäß nur Spins innerhalb des Quaders Q, welcher in Richtung der beiden Phasenkodiergradienten G_y2 und G_z2 (oder in Richtung der y-Achse und der z-Achse) beschränkt ist, refokussiert sind, können vorteilhafterweise in Richtung der Phasenkodiergradienten keine Einfaltungsartefakte auftreten. Dadurch können die MR-Daten entweder mit einer im Vergleich zum Stand der Technik höheren Qualität oder zeitlich schneller aufgenommen werden, da das nach dem Stand der Technik zur Vermeidung von Einfaltungsartefakten eingesetzte Oversampling nicht benötigt wird.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht damit, dass ein qualitativ hochwertiges MR-Bild eines vorbestimmten Bereichs (”Inner Volume”) oder eines Teils einer Schicht eines Untersuchungsobjekts erzeugt wird, wie es in 4 dargestellt ist.
• Die Erstellung des in 4 dargestellten MR-Bildes im Vergleich zu der Erstellung des in 3 dargestellten MR-Bildes benötigt zum einen eine geringere Aufnahmezeit. Zum anderen muss ein Arzt oder Mediziner auch nur das ihm vorliegende MR-Bild begutachten. Mit anderen Worten muss der Arzt im Fall des in 3 dargestellten MR-Bildes beide Hüftgelenke des Patienten begutachten während er im Fall des in 4 dargestellten MR-Bildes nur ein Hüftgelenk begutachten muss.
• In 5 ist der Verlauf des Flipwinkels für die nicht-selektiven Refokussierungspulse 33 (siehe 2) dargestellt. Dabei ist in 5 auf der x-Achse der Index n des jeweiligen nicht-selektiven Refokussierungspulses 33 und auf der y-Achse der entsprechende Flipwinkel 35 für den entsprechenden Refokussierungspuls 33 dargestellt. Beispielsweise weist der erste nicht-selektive Refokussierungspuls 33 (Index 0) nach dem selektiven Refokussierungspuls 32 einen Flipwinkel von ca. 105° auf während die folgenden nicht-selektiven Refokussierungspulse 33 kleinere Flipwinkel 35 aufweisen. Ungefähr nach dem 15. nicht-selektiven Refokussierungspuls steigen die Flipwinkel 35 wieder an, um dann ungefähr nach dem 65. nicht selektiven Refokussierungspuls wieder abzufallen.
• In 6 ist die mittlere Signalstärke 36 des MR-Signals oder Echosignals, welches nach der Refokussierung durch den jeweiligen nicht-selektiven Refokussierungspuls ausgelesen wird, angegeben. Dabei hängt die mittlere Signalstärke von dem Stoff oder Material ab, welches sich in dem angeregten oder refokussierten Bereich befindet. Die unterschiedlichen Stoffe, für welche die in 6 dargestellten Signalverläufe gelten, sind dabei durch das Verhältnis von T1 (Spin-Gitter-Relaxationszeit bzw. longitudinale Relaxationszeit) zu T2 (Spin-Spin-Relaxationszeit bzw. transversale Relaxationszeit) definiert.
• Von den dargestellten Signalverläufen wird der Signalverlauf 38 bevorzugt, da dieser Signalverlauf für zahlreiche Refokussierungspulse eine sich nahezu nicht verändernde mittlere Signalstärke aufweist. Während die mittlere Signalstärke vom ersten nicht-selektiven Refokussierungspuls (Index 0) bis zum ungefähr 15. nicht-selektiven Refokussierungspuls abfällt, bleibt sie dann bis zum ungefähr 65. nicht-selektiven Refokussierungspuls stabil. Durch eine entsprechende Wahl des Flipwinkelverlaufs kann der bevorzugte Signalverlauf 38 auch für andere Stoffe innerhalb des zu untersuchenden Bereichs im Wesentlichen ermöglicht werden.
• In 7 ist ein Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von MR-Daten dargestellt.
• Im ersten Schritt S1 wird ein HF-Anregungspuls geschaltet, welcher in Richtung der z-Achse selektiv ist. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S2 ein HF-Refokussierungspuls geschaltet, welcher in Richtung der y-Achse selektiv ist.
• Um nun in dem sich ergebenden Quader MR-Daten auszulesen, wird in einem dritten Schritt S3 ein nicht-selektiver HF-Refokussierungspuls mit einem individuell für diesen Refokussierungspuls gewählten Flipwinkel geschaltet. Anschließend werden in dem vierten Schritt S4 zwei Phasenkodiergradienten geschaltet und im fünften Schritt S5 eine K-Raum-Zeile bei einem geschalteten Frequenzkodier-Gradienten ausgelesen. Die Schritte S3 bis S5 werden 120-mal wiederholt, bis das Verfahren zum ersten Schritt S1 zurückkehrt und die Schritte S1 bis S5 nochmals durchführt, bis der gesamte K-Raum erfasst ist.

Claims (12)

1. Verfahren zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich (Q) innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – selektives Anregen eines ersten dreidimensionalen Volumenabschnitts (V₁) mit einem HF-Anregungspuls (31), wobei der erste Volumenabschnitt (V₁) den vorbestimmten Bereich (Q) umfasst und wobei der erste Volumenabschnitt (V₁) eine erste Dicke (d₁) entlang einer ersten Dickenrichtung (z) aufweist, – Schalten eines selektiven Refokussierungspulses (32), um einen zweiten Volumenabschnitt (V₂) selektiv zu refokussieren, wobei der zweite Volumenabschnitt (V₂) den vorbestimmten Bereich (Q) umfasst, wobei der zweite Volumenabschnitt (V₂) eine zweite Dicke (d₂) entlang einer zweiten Dickenrichtung (y) senkrecht zu der ersten Dickenrichtung (z) aufweist, wobei zeitlich aufeinanderfolgend folgender Schritt mehrfach durchgeführt wird: Schalten eines nicht-selektiven Refokussierungspulses (33), Schalten von zwei Phasenkodiergradienten (G_y2, G_z2) und von einem weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) zur Ortskodierung, wobei die MR-Daten ausgelesen werden, während der weitere Magnetfeldgradient (G_x) geschaltet wird, und – mehrfaches zeitlich aufeinanderfolgendes Ausführen eines Schrittes, welcher sich aus folgenden Teilschritten zusammensetzt: – Schalten eines nicht-selektiven Refokussierungspulses (33), – Schalten von zwei Phasenkodiergradienten (G_y2, G_z2) und von einem weiteren Magnetfeldgradienten zur Ortskodierung (G_x), wobei die MR-Daten ausgelesen werden, während der weitere Magnetfeldgradient (G_x) geschaltet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenkodiergradienten (G_y2, G_z2) und der weitere Magnetfeldgradient (G_x) jeweils paarweise senkrecht aufeinander stehen, und dass einer der Phasenkodiergradienten (G_z2) entlang der ersten Dickenrichtung (z) gerichtet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schaltens des selektiven HF-Anregungspulses (31) ein erster Magnetfeldgradient (G_z1) geschaltet wird, dass während des Schaltens des selektiven Refokussierungspulses (32) ein zweiter Magnetfeldgradient (G_y1) geschaltet wird, und dass der erste Magnetfeldgradient (G_z1) und der zweite Magnetfeldgradient (G_y1) senkrecht aufeinander stehen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich ein Quader (Q) ist, welcher eine Dicke entlang der ersten Dickenrichtung (z) aufweist, welche der ersten Dicke (d₁) entspricht, und dass der Quader (Q) eine Dicke entlang der zweiten Dickenrichtung (y) aufweist, welche der zweiten Dicke (d₂) entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht selektiven Refokussierungspulse (33) jeweils unterschiedliche Kippwinkel (35) aufweisen, um abhängig von einem vorgegebenen Stoff, mit welchem der vorbestimmte Bereich (Q) gefüllt ist, für den jeweiligen Refokussierungspuls (33) eine vorbestimmte Signalstärke (36) beim Auslesen der MR-Daten zu erzielen.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rephasierungs-Gradient vor und nach dem selektiven Refokussierungspuls (32) geschaltet wird, und dass der mindestens eine Rephasierungs-Gradient einen Rephasierungs-Gradient (34) umfasst, welcher entlang der zweiten Dickenrichtung (y) gerichtet ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Rephasierungs-Gradient darüber hinaus einen Rephasierungs-Gradienten, welcher entlang der ersten Dickenrichtung (z) gerichtet ist, und/oder einen Rephasierungs-Gradienten, welcher entlang einer Richtung (x) gerichtet ist, welche sowohl senkrecht auf der ersten Dickenrichtung (z) als auch senkrecht auf der zweiten Dickenrichtung (y) steht, umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die MR-Daten eines K-Raum-Segments durch folgende Schritte erfasst werden: – in einem ersten Schritt wird mittels des HF-Anregungspulses (31) die Magnetisierung um +90° gekippt und es werden erste MR-Daten des K-Raum-Segments erfasst, – in einem zweiten Schritt wird mittels des HF-Anregungspulses (31) die Magnetisierung um –90° gekippt und es werden zweite MR-Daten des K-Raum-Segments erfasst, und – die ersten und die zweiten MR-Daten werden gemittelt, um die MR-Daten zu erfassen.
9. Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten in einem vorbestimmten Bereich (Q) innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang der von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignale und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) einen ersten dreidimensionalen Volumenabschnitt (V₁) mit einem HF-Anregungspuls (31) selektiv anregt, wobei der erste Volumenabschnitt (V₁) den Bereich (Q) umfasst und wobei der erste Volumenabschnitt (V₁) eine erste Dicke (d₁) entlang einer ersten Dickenrichtung (z) aufweist, dass die Magnetresonanzanlage (5) einen selektiven Refokussierungspuls (32) schaltet, um einen zweiten Volumenabschnitt (V₂) zu refokussieren, wobei der zweite Volumenabschnitt (V₂) den Bereich (Q) umfasst, wobei der zweite Volumenabschnitt (V₂) eine zweite Dicke (d₂) entlang einer zweiten Dickenrichtung (y) aufweist und wobei die erste Dickenrichtung (z) senkrecht auf der zweiten Dickenrichtung (y) steht, dass die Magnetresonanzanlage (5) zeitlich aufeinanderfolgend folgende Schritte mehrfach durchführt: die Magnetresonanzanlage (5) schaltet einen nicht-selektiven Refokussierungspuls (33), die Magnetresonanzanlage (5) schaltet zwei Phasenkodiergradienten (G_y2, G_z2) und einen weiteren Magnetfeldgradienten (G_x) zur Ortskodierung, wobei die Magnetresonanzanlage (5) MR-Daten ausliest, während der weitere Magnetfeldgradient (G_x) geschaltet ist.
10. Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–8 ausgestaltet ist.
11. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
12. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.

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