DE102013223191B4

DE102013223191B4 - Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts mit einer variablen Anzahl von Phasenkodierschritten

Info

Publication number: DE102013223191B4
Application number: DE102013223191.1A
Authority: DE
Inventors: Dominik Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2015-05-28
Anticipated expiration: 2033-11-15
Also published as: US20150130462A1; DE102013223191A1; US9804247B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O). Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte, um MR-Daten in der Schicht zu erfassen: • Schalten eines Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (Kz), welche senkrecht auf der Schicht steht. • Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25; 26) zum selektiven Anregen der Schicht. • Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (Kz). • Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (Ky), wobei die zweite Richtung (Ky) senkrecht auf der ersten Richtung (Kx) steht. • Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (Kx), welche senkrecht auf der ersten Richtung (Kz) und der zweiten Richtung (Ky) steht. • Erfassen der MR-Daten während der Auslesegradient (30) geschaltet wird. Dabei wird eine Anzahl von Phasenkodierschritten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) abhängig von dem ersten Phasenkodiergradienten (28) bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage, um insbesondere bei Magnetfeld-Inhomogenitäten MR-Daten innerhalb einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts zu erfassen.
In „Dynamic Imaging With Multiple Resolutions Along Phase-Encode and Slice-Select Dimensions”, L. P. Panych u. a., Magn. Reson. Med. 45 (2001), Seiten 940–947, wird ein MR-Verfahren mit mehreren Auflösungen entlang von Phasenkodierrichtung und von Schichtselektionsrichtung beschrieben.
Die US 2013/0278254 A1 offenbart das Erfassen von spektralaufgelösten Daten, indem drei aufeinander senkrecht stehende Phasenkodiergradienten geschaltet werden.
Die DE 10 2011 080 215 A1 beschreibt das Erfassen von MR-Daten, wobei mit einem HF-Anregungspuls selektiv ein erster Volumenabschnitt angeregt wird und anschließend mit einem Refokussierungspuls ein zweiter Volumenabschnitt selektiv refokussiert wird. Nach dieser Refokussierung werden die MR-Daten erfasst, indem ein nicht selektiver Refokussierungspuls geschaltet wird, zwei Phasenkodiergradienten und ein weiterer Magnetfeldgradient zur Ortskodierung geschaltet werden und die MR-Daten ausgelesen werden, während der weitere Magnetfeldgradient geschaltet ist.
Die DE 196 31 915 A1 offenbart eine Magnetresonanz-Spektroskopie- oder eine Magnetresonanz-Abbildungs-Abtastung durch Verschachteln von Impulsfolgen, wobei Magnetresonanz-Spektren oder Bilder von verschiedenen Orten in einem Objekt erfasst werden.
Um Metallartefakte bei SE (Spin Echo) basierten Sequenzen (z. B. TSE (Turbo Spin Echo)) zu unterdrücken, kann ein SEMAC-Verfahren eingesetzt werden, siehe „SEMAC: Slice Encoding for Metal Artifact Correctioon in MRI”, W. Lu u. a., Magnetic Resonance in Medicine 62, Seiten 66–76, 2009. Dabei wird bei einem konventionellen zweidimensionalen Protokoll bzw. einer schichtweisen Abtastung eine zusätzliche Codierung in Schichtrichtung durchgeführt. Diese Codierung entspricht einer Phasenkodierung und ist auch als so genannte SEMAC-Codierung bekannt. Die Messzeit erhöht sich dabei linear mit der Anzahl der zusätzlichen Phasenkodierschritte in Schichtselektionsrichtung, welche auch als SEMAC-Schritte bezeichnet werden. Insbesondere bei T2-gewichteten TSE-Protokollen mit einer langen Wiederholungszeit TR erhöht sich dadurch die gesamte Messzeit deutlich.
Beispielsweise wird zum Erfassen einer Schicht mit 256 Phasenkodierschritten bei einer TSE-Sequenz mit einem Turbofaktor von 8 und einer Wiederholungszeit TR von 4 Sekunden eine Messzeit von 2 Minuten und 8 Sekunden benötigt. Wenn zur Unterdrückung von Metallartefakten acht SEMAC-Schritte eingesetzt werden, erhöht sich die Messzeit auf über 17 Minuten, was für klinische Protokolle deutlich zu lang ist.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Messzeit trotz der Unterdrückung von Metallartefakten gegenüber dem Stand der Technik zu verkürzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 oder 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 zum Erfassen von MR-Daten einer einzelnen Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte, um die MR-Daten in der Schicht zu erfassen:

• Schalten eines Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung bzw. Schichtselektionsrichtung, welche senkrecht auf der Schicht steht;
• Einstrahlen eines HF-Anregungspulses zum selektiven Anregen der Schicht während der Schichtselektionsgradient geschaltet ist, so dass nur die Spins der Schicht angeregt werden;
• Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten entlang der ersten Richtung. Das Schalten dieses ersten Phasenkodiergradienten kann auch als SEMAC-Kodierung bezeichnet werden, so dass der erste Phasenkodiergradient insbesondere zur SEMAC-Kodierung eingesetzt wird;
• Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung steht;
• Schalten eines Auslesegradienten entlang einer dritten Richtung, welche senkrecht auf der ersten und auf der zweiten Richtung steht;
• Auslesen der MR-Daten, während der Auslesegradient geschaltet ist. In diesem Schritt werden die MR-Daten entlang einer K-Raum-Zeile ausgelesen.

Erfindungsgemäß ist die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (d. h. entlang der zweiten Richtung) abhängig von dem Wert des ersten Phasenkodiergradienten, so dass die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten nicht konstant ist.
Bei dem SEMAC-Verfahren ist die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung unabhängig von dem ersten Phasenkodiergradienten. D. h. bei dem SEMAC-Verfahren ist die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung konstant und liegt beispielsweise bei 256.
Indem erfindungsgemäß eine Abhängigkeit zwischen der Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung und dem Wert des ersten Phasenkodiergradienten existiert, kann die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung für bestimmte Werte des ersten Phasenkodiergradienten reduziert werden, wodurch die Messzeit vorteilhafterweise entsprechend reduziert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich quasi um ein zweidimensionales Verfahren, da nur eine Schicht und kein dreidimensionales Volumen, welches aus mehreren Schichten besteht und somit in Form mehrerer Schichten abzutasten ist, erfasst wird. Mit anderen Worten dient die Phasenkodierung in Schichtselektionsrichtung ausschließlich dem Zweck alle angeregten Spins der Schicht zu erfassen, welche aufgrund von Magnetfeld-Inhomogenitäten im Raum, insbesondere in Schichtselektionsrichtung, verschoben sind.
Insbesondere kann die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung von dem Betrag des Gradientenmoments (des Werts) des ersten Phasenkodiergradienten abhängig sein. Dabei gilt insbesondere, dass die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung für einen ersten Betrag des Werts des ersten Phasenkodiergradienten kleiner oder gleich der Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung für einen zweiten Betrag des Werts des ersten Phasenkodiergradienten ist, wenn der erste Betrag größer als der zweite Betrag ist.
Je größer der Betrag des Gradientenmoments des ersten Phasenkodiergradienten ist, desto weiter entfernt von der eigentlich zu erfassenden Schicht werden MR-Daten im K-Raum erfasst. Ohne Kenntnis der tatsächlichen Magnetfeld-Inhomogenitäten ist es umso unwahrscheinlicher, angeregte Spins zu erfassen, je weiter entfernt von der eigentlich zu erfassenden bzw. angeregten Schicht man sich befindet. Daher weisen K-Raum-Zeilen im Mittel umso weniger Information auf, je weiter entfernt von der eigentlich zu erfassenden Schicht sie sich befinden, weshalb das Vorgehen, die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung umso kleiner zu halten, je größer der Betrag des Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten ist (oder die Anzahl der Phasenkodierschritten zumindest nicht ansteigen zu lassen), nur zu einem geringen Informationsverlust führt.
Wenn davon ausgegangen wird, dass bei einem homogenen Magnetfeld (d. h. ohne Auftreten von Magnetfeld-Inhomogenitäten) eine vorbestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten entlang der zweiten Richtung benötigt wird, um eine für die Schicht gewünschte Auflösung zu erzielen, dann entspricht vorteilhafterweise die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung dieser vorbestimmten Anzahl, wenn das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten Null beträgt.
Dies bedeutet, dass im K-Raum alle K-Raum-Zeilen erfasst werden, wenn das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten Null beträgt bzw. wenn der erste Phasenkodiergradient nicht angelegt ist. Damit werden für diejenige Schicht alle K-Raum-Zeilen erfasst, welche alle angeregten Spins enthalten würde, wenn keine Magnetfeld-Inhomogenitäten vorliegen würden.
Wenn der erste Phasenkodiergradient den Wert Null aufweist, kann für die Gradientenmomente GM_i des zweiten Phasenkodiergradienten ein Mittelwert MW bzw. ein mittleres Gradientenmoment gemäß der folgenden Gleichung (1) berechnet werden kann.
Dabei entspricht N der Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten für den Fall, dass der erste Phasenkodiergradient den Wert Null aufweist.
Die Gradientenmomente des zweiten Phasenkodiergradienten werden nun insbesondere derart gewählt, dass sie für alle Gradientenmomente des ersten Phasenkodiergradienten symmetrisch um den Mittelwert MW herum angeordnet sind.
Diese symmetrische Anordnung der Gradientenmomente des zweiten Phasenkodiergradienten bedeutet, dass unabhängig von dem Wert des ersten Phasenkodiergradienten genauso viele Phasenkodierschritte einen geringeren Wert als den Mittelwert MW aufweisen wie Phasenkodierschritte einen größeren Wert als den Mittelwert MW aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen zwei benachbarte Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten unabhängig von dem Wert des ersten Phasenkodiergradienten denselben Abstand auf.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Schrittweite des zweiten Phasenkodiergradienten konstant, wobei dies unabhängig davon ist, welchen Wert der erste Phasenkodiergradient aufweist.
Wird diese Ausführungsform mit der vorab beschriebenen Variante, die Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten symmetrisch um den Mittelwert MW herum anzuordnen, kombiniert, bedeutet dies, dass bevorzugt K-Raum-Zeilen im mittleren Bereich des K-Raums abgetastet werden, während umso mehr K-Raum-Zeilen am Rand des K-Raums nicht erfasst werden, je geringer die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten für den entsprechenden Wert des ersten Phasenkodiergradienten ist.
Erfindungsgemäß gilt, dass die Anzahl der Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten in Abhängigkeit von dem Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten bestimmt wird. Dabei weisen die Gradientenmomente des zweiten Phasenkodiergradienten ein minimales und ein maximales Gradientenmoment auf, welche beide abhängig von dem Wert des ersten Phasenkodiergradient gewählt werden. Insbesondere ist der Abstand zwischen dem maximalen und dem minimalen Gradientenmoment umso kleiner, je geringer die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten ist.
Gemäß der vorab beschriebenen erfindungsgemäßen Variante ist der Abstand zwischen dem ersten und dem letzten Phasenkodierschritt bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten umso kleiner, je kleiner die Anzahl der Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten ist.
Wenn abhängig von den erfassten MR-Daten eine Rekonstruktion beispielsweise zur Erstellung eines MR-Bildes durchgeführt wird, werden insbesondere diejenigen MR-Daten, welche nicht durchgeführten Phasenkodierschritten des zweiten Phasenkodiergradienten entsprechen, mit dem Wert 0 belegt.
Mit anderen Worten wird ein so genanntes Zero-Filling ausgeführt, was bedeutet, dass zur Rekonstruktion die nicht ausgelesenen K-Raum-Zeilen mit Nullen aufgefüllt werden.
Zum selektiven Anregen der Schicht kann zusätzlich zu dem HF-Anregungspuls ein HF-Refokussierungspuls eingestrahlt werden, während ein weiterer Schichtselektionsgradient geschaltet ist. Dieser HF-Refokussierungspuls wird zeitlich nach dem HF-Anregungspuls eingestrahlt und dient zusammen mit dem weiteren Schichtselektionsgradienten dazu, nur die Spins der Schicht zu refokussieren. Erfindungsgemäß können nach einem HF-Anregungspuls zeitlich aufeinanderfolgend auch mehrere HF-Refokussierungspulse eingestrahlt werden, während jeweils der weitere Schichtselektionsgradient geschaltet ist, um jeweils nur die Spins der Schicht zu refokussieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl auf einem Gradienten-Echo-Verfahren als auch auf einem Spin-Echo-Verfahren basieren, wobei ein Spin-Echo-Verfahren bevorzugt wird.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Erfassung von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, eine oder mehrere HF-Antenne(n) 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-Daten. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage mit Hilfe des Gradientenfeldsystems einen Schichtselektionsgradienten entlang einer ersten Richtung, welche senkrecht auf der Schicht steht, schaltet und dass die Magnetresonanzanlage mit der einen oder den mehreren HF-Antennen einen HF-Anregungspuls zum selektiven Anregen der Schicht einstrahlt. Darüber hinaus schaltet die Magnetresonanzanlage mit dem Gradientenfeldsystem einen ersten Phasenkodiergradienten entlang der ersten Richtung und einen zweiten Phasenkodiergradienten entlang einer zweiten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung steht. Schließlich schaltet die Magnetresonanzanlage mit dem Gradientenfeldsystem einen Auslesegradienten entlang einer dritten Richtung, welche senkrecht auf der ersten Richtung und der zweiten Richtung steht, um mit der oder den HF-Antenne(n) MR-Daten zu erfassen, während der Auslesegradient geschaltet ist. Dabei bestimmt die Magnetresonanzanlage eine Anzahl von Phasenkodierschritten entlang der zweiten Richtung abhängig von dem Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten.
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.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Erfassen von MR-Daten innerhalb eines Volumenabschnitts geeignet, in welchem oder in dessen Nähe sich ein metallisches Implantat befindet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung generell bei Magnetfeld-Inhomogenitäten eingesetzt werden kann.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
Die 1 stellt eine Magnetresonanzanlage dar.
In 2 ist das Erfassen eines K-Raums gemäß dem SEMAC-Verfahren dargestellt.
In 3 ist im Vergleich dazu das Erfassen eines K-Raums gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt.
In 4 ist eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Sequenz dargestellt, welche auf einer Spin-Echo-Sequenz basiert.
In 5 ist eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Sequenz dargestellt, welche auf einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz basiert.
In 6 ist ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
1 ist 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, wobei diese Homogenität durch metallische Gegenstände gestört werden kann. 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 Gradientenfeldsystem 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) Hochfrequenzantenne(n) 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und zur 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-Sendespule(n) und einer oder mehreren HF-Empfangsspule(n) 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, welches Teil einer Steuereinrichtung 10 der Magnetresonanzanlage 5 ist, 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, im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und über den Ausgang 11 ausgegeben. 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. ein 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 das Abtasten des K-Raums gemäß dem SEMAC-Verfahren dargestellt.
Das Ziel ist es, möglichst alle Spins zu erfassen, welche durch eine selektive Anregung der Schicht a angeregt werden. Aufgrund von Magnetfeld-Inhomogenitäten liegen die durch die selektive Anregung angeregten Spins in einem Volumenabschnitt, welcher gegenüber der Schicht a zumindest teilweise verzerrt und verschoben ist. Aus diesem Grund werden gemäß dem SEMAC-Verfahren im K-Raum auch Schichten benachbart zu der Schicht a abgetastet bzw. bezüglich des Ortes aufgelöst, wie es in 2 dargestellt ist.
Jede dargestellte Schicht in 2 entspricht einem bestimmten Phasenkodierschritt in Schichtselektionsrichtung K_z, d. h. einem bestimmten Gradientenmoment bezüglich eines ersten Phasenkodiergradienten, welcher in K_z-Richtung wirkt. Um die MR-Daten einer Schicht zu erfassen, ist eine bestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten entlang einer zweiten Richtung K_y notwendig. Für jeden dieser Phasenkodierschritte wird eine K-Raum-Zeile in einer dritten Richtung K_x ausgelesen. Dabei stehen die erste Richtung K_z bzw. Schichtselektionsrichtung, die zweite Richtung K_y und die dritte Richtung K_z wechselseitig aufeinander senkrecht.
Man erkennt in 2, dass jede Schicht vollständig ausgelesen wird. Das bedeutet, dass die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung K_y konstant und damit unabhängig von dem ersten Phasenkodiergradienten bzw. unabhängig von dem Wert oder Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten ist.
Dagegen hängt die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung K_y in 3, in welcher die vorliegende Erfindung dargestellt wird, von dem Wert des ersten Phasenkodiergradienten ab. Während die Schicht a und die drei nach oben und nach unten (in 3) zur Schicht a benachbarten Schichten vollständig abgetastet werden, werden die Schichten, welche einen noch größeren Abstand nach oben oder nach unten aufweisen, nicht mehr vollständig abgetastet.
Das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten weist zum Erfassen der Schicht a den Wert Null auf. Zum Erfassen der Schichten oberhalb der Schicht a steigt das Gradientenmoment linear mit dem Abstand zur Schicht a an, während zum Erfassen der Schichten unterhalb der Schicht a das Gradientenmoment linear mit dem Abstand zur Schicht a abfällt. Jede Schicht wird demnach durch den Wert des Gradientenmoments des ersten Phasenkodiergradienten bestimmt. Dabei gilt, dass für eine Schicht, bei welcher das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten einen ersten Betrag aufweist, die Anzahl der Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung K_y im Vergleich zu einer Schicht kleiner oder gleich ist, bei welcher das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten einen zweiten Betrag aufweist, welcher größer als der erste Betrag ist.
Darüber hinaus sind die Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung K_y für alle Schichten bzw. für alle Werte des ersten Phasenkodiergradienten symmetrisch zu einem Mittelwert MW angeordnet. Dieser Mittelwert entspricht in jeder Schicht (für jeden Wert des ersten Phasenkodiergradienten) dem Mittelwert des Gradientenmoments des zweiten Phasenkodiergradienten für diese Schicht.
Indem die Phasenkodierschritte entlang der zweiten Richtung K_y symmetrisch zu dem Mittelwert MW angeordnet sind, werden bevorzugt K-Raum-Zeilen entlang der dritten Richtung im mittleren Bereich des K-Raums abgetastet, während die K-Raum-Zeilen in den Ecken des K-Raums nicht erfasst werden, wie man der 3 entnehmen kann. Betrachtet man den in 3 dargestellten Umriss oder die Umrandung um die abgetasteten K-Raum-Zeilen entlang der dritten Richtung K_x, so ergibt sich eine Art Ellipse.
Man erkennt in 3, dass für die untersten vier und die obersten vier Schichten der Abstand zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert des Gradientenmoments des zweiten Phasenkodiergradienten umso kleiner ist, je kleiner die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten bzw. je kleiner die Anzahl der in der jeweiligen Schicht erfassten K-Raum-Zeilen ist.
In 4 ist eine erfindungsgemäße Spin-Echo-Sequenz zum Abtasten des K-Raums dargestellt. Die Schicht a wird mittels eines HF-Pulses 25 angeregt, während ein Gradient 27 in Schichtselektionsrichtung K_z geschaltet ist. Anschließend wird ein Refokussierungspuls 26 geschaltet, während ein weiterer Gradient 34 in Schichtselektionsrichtung K_z geschaltet ist, so dass nur die Spins in der Schicht a refokussiert werden. Danach erfolgt mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 und dem zweiten Phasenkodiergradienten 29 eine Phasenkodierung, bevor bei geschaltetem Auslesegradienten 30 eine K-Raum-Zeile entlang der dritten Richtung K_x ausgelesen wird. Der während des Auslesens geschaltete Gradient 33 dient der VAT-Kompensation (View-Angle-Tilting), wie es in oben erwähnter SEMAC-Druckschrift beschrieben ist. Das Spinecho 24 tritt in der Mitte des Auslesens auf.
In 5 ist eine Variante der in 4 dargestellten Spin-Echo-Sequenz dargestellt, mit welcher ausgehend von einem HF-Anregungspuls 25 mehrere K-Raum-Zeilen ausgelesen werden. Bis (einschließlich) zum Auslesen der ersten K-Raum-Zeile entspricht die in 5 dargestellte Sequenz der in 4 dargestellten Sequenz. Anschließend (d. h. nach dem Auslesen) werden ein Gradient 31 in Schichtselektionsrichtung K_x und ein Gradient 32 entlang der zweiten Richtung K_y geschaltet, um die Auswirkungen des ersten Phasenkodiergradienten 28 und des zweiten Phasenkodiergradienten 29 zu kompensieren. Daher entspricht der Verlauf des Gradienten 31 dem an der Zeitachse t gespielten Verlauf des ersten Phasenkodiergradienten 28, und der Verlauf des Gradienten 32 entspricht dem an der Zeitachse t gespielten Verlauf des zweiten Phasenkodiergradienten 29.
Nach den Gradienten 31, 32 wird ein weiterer Refokussierungspuls 26 geschaltet während ein weiterer Gradient 34 in Schichtselektionsrichtung K_x angelegt ist, um wiederum nur die Spins der Schicht zu refokussieren. Danach findet mit dem ersten Phasenkodiergradienten 28 und dem zweiten Phasenkodiergradienten 29 eine weitere Phasenkodierung statt, um eine weitere K-Raum-Zeile in der dritten Richtung K_x auszulesen, was wiederum bei geschaltetem Auslesegradienten 30 und bei geschaltetem VAT-Kompensationsgradienten erfolgt. Auf die in 5 dargestellte Weise können ausgehend von einem HF-Anregungspuls 25 über 100 K-Raum-Zeilen ausgelesen werden.
In 6 ist das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines Flussplans dargestellt.
Im Schritt S1 wird der Schichtselektionsgradient 27 geschaltet, während im Schritt S2 die Schicht a mit einem HF-Anregungspuls 25 angeregt wird. Im folgenden Schritt S3 wird der Refokussierungspuls 26 geschaltet, bevor in den Schritten S4 und S5 der erste Phasenkodiergradient 28 entlang der Schichtselektionsrichtung K_x und der zweite Phasenkodiergradient 29 entlang der zweiten Richtung K_y geschaltet werden. Anschließend erfolgt in dem Schritt S7 das Auslesen der MR-Daten, während in dem Schritt S6 der Auslesegradient 30 geschaltet ist. Die Schritte S3 bis S7 können mehrfach wiederholt werden.
Wenn noch nicht alle geplanten K-Raum-Zeilen ausgelesen worden sind, springt das erfindungsgemäße Verfahren zu dem Schritt S1 zurück, in welchem die in 5 dargestellte Sequenz nochmals durchgeführt wird. Wenn alle geplanten K-Raum-Zeilen ausgelesen worden sind, wird im Schritt S8 abhängig von den erfassten MR-Daten ein MR-Bild rekonstruiert.

Claims

Verfahren zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht eines Volumenabschnitts innerhalb eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst, um MR-Daten in der Schicht zu erfassen: • Schalten eines Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (K_z), welche senkrecht auf der Schicht steht, • Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (25; 26) zum selektiven Anregen der Schicht, • Schalten eines ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (K_z), • Schalten eines zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (K_y), wobei die zweite Richtung (K_y) senkrecht auf der ersten Richtung (K_x) steht, • Schalten eines Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (K_x), welche senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) und der zweiten Richtung (K_y) steht, und • Erfassen der MR-Daten während der Auslesegradient (30) geschaltet wird, wobei die Anzahl von Phasenkodierschritten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) abhängig von dem ersten Phasenkodiergradienten (28) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) bei einem ersten Betrag des ersten Phasenkodiergradienten (28) größer oder gleich der Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) bei einem zweiten Betrag ist, welcher größer als der erste Betrag ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Anzahl von Phasenkodierschritten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) benötigt wird, um bei einem homogenen Magnetfeld alle MR-Daten der Schicht zu erfassen, und dass die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) der bestimmten Anzahl entspricht, wenn das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten (28) Null ist.
Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten (28) Null ist, die Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten (29) ein mittleres Gradientenmoment aufweisen, und dass die Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten (29) für alle Phasenkodierschritte des ersten Phasenkodiergradienten (28) symmetrisch um das mittlere Gradientenmoment herum angeordnet werden.
Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten (29) hinsichtlich ihres Gradientenmoments für alle Phasenkodierschritte des ersten Phasenkodiergradienten (28) denselben Abstand aufweisen.
Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenkodierschritte des zweiten Phasenkodiergradienten (29) ein von dem Gradientenmoment des ersten Phasenkodiergradienten (28) abhängiges minimales und maximales Gradientenmoment aufweisen, und dass der Abstand zwischen dem minimalen und dem maximalen Gradientenmoment umso kleiner ist, je geringer die Anzahl der Phasenkodierschritte bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten ist.
Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rekonstruktion abhängig von den erfassten MR-Daten durchgeführt wird, wobei MR-Daten, welche nicht durchgeführten Phasenkodierschritten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) entsprechen, für die Rekonstruktion mit einem Wert 0 belegt werden.
Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum selektiven Anregen der Schicht nach dem HF-Anregungspuls (25) ein HF-Refokussierungspuls (26) eingestrahlt wird, während ein weiterer Schichtselektionsgradient (34) entlang der ersten Richtung (K_z) geschaltet wird.
Magnetresonanzanlage zum Erfassen von MR-Daten einer Schicht (a) eines Volumenabschnitts 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 Messsignalen, zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen Schichtselektionsgradienten (27) entlang einer ersten Richtung (K_z), welche senkrecht auf der Schicht steht, zu schalten, um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) einen HF-Anregungspuls (25; 26) zum selektiven Anregen der Schicht einzustrahlen, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen ersten Phasenkodiergradienten (28) entlang der ersten Richtung (K_z) zu schalten, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen zweiten Phasenkodiergradienten (29) entlang einer zweiten Richtung (K_y) zu schalten, wobei die zweite Richtung (K_y) senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) steht, um mit dem Gradientenfeldsystem (3) einen Auslesegradienten (30) entlang einer dritten Richtung (K_x), welche senkrecht auf der ersten Richtung (K_z) und der zweiten Richtung (K_y) steht, zu schalten, und um mit der mindestens einen HF-Antenne (4) die MR-Daten zu erfassen, während der Auslesegradient (30) geschaltet ist, wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um die Anzahl von Phasenkodierschritten bezüglich des zweiten Phasenkodiergradienten (29) abhängig von dem ersten Phasenkodiergradienten (28) zu bestimmen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 8 ausgestaltet ist.
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 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
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 bis 8 durchführen.