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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzbilddatensatzes eines Aufnahmebereichs eines aufzunehmenden Untersuchungsobjekts mit einer Magnetresonanzeinrichtung, welche eine Sendespulenanordnung zur Aussendung eines Hochfrequenzsignals, insbesondere mit wenigstens zwei Sendekanälen, derart aufweist, dass unterschiedliche Polarisationen des Hochfrequenzsignals realisierbar sind, wobei zur Aufnahme von Basisdaten für den Magnetresonanzbilddatensatz eine Magnetresonanzsequenz verwendet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung.
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Die Magnetresonanzbildgebung und ihre Grundlagen sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt. Ein zu untersuchendes Objekt wird in ein Grundmagnetfeld mit einer relativ hohen Feldstärke, das sogenannte B0-Feld, eingebracht. Um nun, beispielweise in einer Schicht, Magnetresonanzdaten aufnehmen zu können, werden die Spins dieser Schicht angeregt und es wird beispielsweise der Zerfall dieser Anregung als Signal betrachtet. Mittels einer Gradientenspulenanordnung können Gradientenfelder erzeugt werden, während über eine Hochfrequenz-Sendespulenanordnung hochfrequente Anregungspulse ausgesendet werden, die häufig als Hochfrequenzpulse bezeichnet werden. Durch die Gesamtheit der Hochfrequenzpulse („Anregung”) wird ein Hochfrequenzfeld erzeugt, das üblicherweise als B1-Feld bezeichnet wird und die Spins resonant angeregter Kerne, durch die Gradienten ortsaufgelöst, um einen sogenannten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Grundmagnetfelds verkippt. Die angeregten Spins der Kerne strahlen dann Hochfrequenzsignale ab, die mittels geeigneter Empfangsantennen, insbesondere auch der Sendespulenanordnung selbst, die dann auch als Empfangsspulenanordnung wirkt, aufgenommen und weiterverarbeitet werden können, um so Magnetresonanz-Bilddaten rekonstruieren zu können.
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Herkömmliche Sendespulenanordnungen werden in einem sogenannten „homogenen Modus”, beispielsweise in einem „CP-Modus” (zirkular polarisierter Modus), betrieben, wobei ein einziger Hochfrequenzpuls mit bestimmten Amplitudenverhältnissen und Phasendifferenzen auf alle Komponenten der Sendespule gegeben wird, beispielsweise auf alle Sendestäbe einer Birdcage-Antenne. Zur Erhöhung der Flexibilität und zur Schaffung neuer Freiheitsgrade zur Verbesserung der Bildgebung wurde vorgeschlagen, auch ein sogenanntes paralleles Senden (pTX) zu ermöglichen, bei dem mehrere Sendekanäle einer Sendespulenanordnung jeweils mit Einzelpulsen, die voneinander abweichen können, beaufschlagt werden. Beispielsweise wurden Sendespulenanordnungen mit zwei Sendekanälen vorgeschlagen, bei denen neben einer zirkularen Polarisation (CP) auch eine elliptische Polarisation (EP) des B1-Feldes realisiert werden kann, indem die Phasendifferenz zwischen den Kanälen und/oder die Amplitudenverhältnisse entsprechend gewählt werden. Die Polarisation eines resultierenden B1-Feldes kann mithin beispielsweise über die Parameter Phase und Amplitude für jeden der wenigstens zwei Kanäle beschrieben werden. Ein solcher Mehrkanal-Puls (Anregung), der aus Einzelpulsen für die verschiedenen Sendekanäle zusammengesetzt ist, wird häufig als „pTX-Puls” (für „paralleles Senden”) bezeichnet. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es, gerade im Fall der zwei Sendekanäle, nicht zwangsläufig nötig ist, diese unabhängig zu betreiben, nachdem unterschiedliche Polarisationen auch über einen einzigen Ansteuerkanal mit einer einzigen Verstärkereinrichtung realisiert werden können. Die Pulsform ist dann für beide Sendekanäle = Anteile der Sendespule gleich; es unterscheiden sich lediglich Phase und/oder Amplitude. Auch derartige Anordnungen sollen im Folgenden umfasst sein, wenn von wenigstens zwei Sendekanälen gesprochen wird.
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Gerade bei Messungen mit hoher Magnetfeldstärke des Grundmagnetfeldes, beispielsweise bei Feldstärken größer oder gleich 3 Tesla, haben Inhomogenitäten des B1-Feldes auch einen Einfluss auf die Qualität der Magnetresonanzbilddaten. Problematisch hierbei ist, dass die Ausprägung der Inhomogenitäten abhängig von den elektrischen und dielektrischen Eigenschaften des Untersuchungsobjekts, insbesondere eines Patienten, variiert, was eine allgemein gültige Korrektur erschwert. Der tatsächlich erreichte Flipwinkel weist somit auch eine lokale Variation auf und entspricht nicht mehr im gesamten Aufnahmebereich dem gewünschten Wert. Hauptsächliche Auswirkungen derartiger B1-Feldinhomogenitäten im Magnetresonanzbilddatensatz sind Schwankungen der Bildhelligkeiten und des Kontrasts. Insbesondere können Variationen der B1-Feldstärke, unabhängig davon, ob sie in positiver oder negativer Richtung erfolgen, bei einigen Magnetresonanzsequenzen bereichsweise zu einer deutlichen Intensitätsabschwächung bis hin zu völliger Signalauslöschung führen. Dort kann entsprechend eine Beurteilung der Magnetresonanzbilddaten, insbesondere in diagnostischer Hinsicht, nur erschwert oder überhaupt nicht erfolgen.
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Zur Lösung der durch B1-Feldinhomogenitäten erzeugten Probleme wurden im Stand der Technik bereits Lösungen vorgeschlagen. Es zeigt sich, dass die Ausprägung der Inhomogenitäten eine Abhängigkeit von der Polarisation des B1-Feldes aufweist. Wie bereits dargelegt wurde, wurden Sendespulenanordnungen vorgeschlagen, die zwei Speiseports, also zwei Sendekanäle aufweisen. Sind die zugehörigen Sendespulen senkrecht zueinander angeordnet, entsteht bei einer Phasendifferenz von 90° zwischen den Kanälen und gleicher Amplitude eine zirkulare Polarisation (CP) des B1-Feldes, was ohne Untersuchungsobjekt ein Optimum darstellen kann. Mit einem Untersuchungsobjekt hat sich jedoch gezeigt, dass die CP nicht zwangsläufig die beste Homogenität der Anregung, also des B1-Feldes, zur Folge hat. Die Freiheitsgrade, die durch die Sendekanäle geboten werden, erlauben auch eine elliptische Polarisation. In einem Artikel von J. Nistler et al., „Homogeneity Improvement Using a 2 Port Birdcage Coil”, Proc. ISMRM 15 (2007), Seite 1063, wurde gezeigt, wie durch eine von der CP abweichende Anregung (entsprechend einer elliptischen Polarisation (EP)) im Untersuchungsobjekt eine Verbesserung der B1-Homogenität erreicht werden kann. Dabei werden die Amplituden der Speisespannungen sowie die Phasendifferenz zwischen den Kanälen variiert. Auch bei höheren Kanalzahlen ist es möglich, neben der Erzeugung ortsselektiver Anregungen auch Feldimhomogenitäten auszugleichen.
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Ein erster bekannter Ansatz, um eine Verbesserung zu erreichen, ist, eine Polarisation zu wählen, für die sich gezeigt hat, dass sie im Durchschnitt über eine Mehrzahl von Untersuchungsobjekten (Patienten) zu einer relativ homogenen B1-Verteilung führt. Beispielsweise kann für unterschiedliche Anwendungen/Untersuchungsbereiche jeweils eine solche Polarisation zur Verfügung stehen, die aus Testmessungen gewonnen wird.
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Ein anderer bekannter Ansatz sieht vor, ein sogenanntes patientenadaptives B1-Shimming anzuwenden. Dabei wird für das jeweils aufzunehmende Untersuchungsobjekt das Amplitudenverhältnis und die Phasendifferenz der Spannungen der Sendekanäle optimiert. Diese Realisierung erfordert die Messung der B1-Feldverteilung vor der jeweiligen Untersuchung (B1-Mapping), um die optimalen Sendeparameter berechnen zu können. Die Messung der B1-Feldverteilung sowie die Berechnung der optimalen Anregung erfordern dabei zusätzliche Messzeit, die umso größer wird, je mehr Sendekanäle vorhanden sind. Zudem ist diese Anwendung technisch aufwendiger, da eine flexible Ansteuerung der vorhandenen Sendekanäle realisiert werden muss.
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DE 10 2010 011 968 A1 betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Bilds mit einem Magnetresonanztomographen, wobei Kernspins in einem Anregungsbereich mit unterschiedlichen Sendemodi angeregt werden und aus den Antwortsignalen ein gemeinsames Bild erzeugt wird. So sollen Inhomogenitäten im Anregungssignal kompensiert und/oder eine Schattenbildung und Inhomogenitäten im erzeugten Bild auch bei Einsatz von hohen magnetischen Feldstärken reduziert, vermieden oder kompensiert werden. Die Sendemodi unterscheiden sich in Bezug auf die jeweilige Sendecharakteristik, also insbesondere hinsichtlich der Amplituden und/oder Phasen der von den Sendekanälen abgegebenen Sendesignale. So soll ein homogeneres Bild entstehen. Einzelne Bilder können geschaffen werden, die im Folgenden, insbesondere durch eine quadratische Summation, zu einem gemeinsamen Bild zusammengeführt werden.
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DE 10 2005 039 686 B3 betrifft ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren für die Erzeugung homogener MR-Bilder, wobei vorgeschlagen wird, im Sendezweig des HF-Systems die von einer Sendespule emittierten HF-Pulse hinsichtlich ihres Polarisationszustandes vorzuverzerren, um eine Verzerrung der Anregung durch die Wechselwirkung mit elektrisch aktiven Materialien des Objekts auszugleichen. So sollen Kernspins in Regionen, die ohne Optimierung nur schwach angeregt werden, wesentlich stärker angeregt werden. Das VOI kann in N interessierende Regionen aufteilt werden, wobei der Polarisationszustand der eingestrahlten HF-Pulse für alle diese Regionen (einzeln) optimiert wird. Werden hieraus MR-Bilder erzeugt, können diese, da sie alle unterschiedliche Regionen zeigen, zu einem gemeinsamen MR-Bild zusammengesetzt werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahmetechnik anzugeben, mit der trotz vorhandener B1-Inhomogenitäten qualitativ hochwertigere Magnetresonanzbilddatensätze aufgenommen werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass Basisdaten während wenigstens zwei Aufnahmevorgängen mit der Magnetresonanzsequenz aufgenommen werden, wobei für wenigstens zwei der wenigstens zwei Aufnahmevorgänge unterschiedliche Polarisationen der Hochfrequenzsignale verwendet werden, wonach der Magnetresonanzbilddatensatz durch Mittelung der Basisdaten ermittelt wird, wobei die verwendeten Polarisationen so gewählt werden, dass über den gesamten Aufnahmebereich eine wenigstens einen vorgegebenen Homogenitätsgrenzwert überschreitende Homogenität der Anregung durch das Hochfrequenzsignal für wenigstens eine Polarisation vorliegt.
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Wie bereits dargelegt wurde, führt jede Polarisation zu einer gewissen Verteilung des B1-Feldes im Untersuchungsobjekt.
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Werden mithin Polarisationen verwendet, die zu Abschwächungen und/oder Erhöhungen des B1-Feldes in unterschiedlichen Anteilen des Aufnahmebereichs führen, so weist wenigstens eine verwendete Polarisation in wenigstens einem Anteil des Aufnahmebereichs eine größere Homogenität der Anregung durch das Hochfrequenzsignal (also eine geringere Abweichung der Anregung vom Sollwert) als wenigstens eine weitere verwendete Polarisation auf, machen sich die resultierenden Signalabschwächungen bei Mittelung über die verschiedenen Aufnahmevorgänge im resultierenden Magnetresonanzbilddatensatz weniger stark bemerkbar als wenn nur mit einer einzigen Polarisation gemessen würde. Idealerweise treten die Signalabschwächungen bei verschiedenen Polarisationen in verschiedenen Bereichen auf, so dass im Vergleich zur Aufnahme von Magnetresonanzbilddaten mit nur einer einzigen Polarisation Signalabschwächungen durch einzelne Polarisationen reduziert werden können, da wenigstens eine andere verwendete Polarisation in diesem Anteil des Aufnahmebereichs eine größere Homogenität des B1-Feldes ermöglicht.
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Es ist mithin vorgesehen, dass die verwendeten Polarisationen so gewählt werden, dass über den gesamten Aufnahmebereich eine wenigstens einen vorgegebenen Homogenitätsgrenzwert überschreitende Homogenität der Anregung durch das Hochfrequenzsignal für wenigstens eine Polarisation vorliegt, insbesondere für jeden Anteil des Aufnahmebereichs, bei dem für eine Polarisation der Homogenitätsgrenzwert unterschritten wird, wenigstens eine weitere verwendete Polarisation den Homogenitätsgrenzwert überschreitet. So liegt eine optimale Ergänzung der einzelnen Polarisationen und somit der Basisdaten vor, um eine qualitativ hochwertigere, von Signalabschwächungen weniger betroffene Aufnahme mit einfachen Mitteln realisieren zu können.
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Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in Anwendungen einsetzen, bei denen ohnehin mehrere gleichartige Ausspielungen der Magnetresonanzsequenz stattfinden und anschließend über die so erhaltenen Basisdaten gemittelt wird. Ein derartiges Vorgehen ist im Stand der Technik beispielsweise dann bekannt, wenn das gemessene Magnetresonanzsignal ohnehin gering ist. Durch die Mittelung über mehrere Aufnahmevorgänge kann dann das Verhältnis aus Signal und Rauschen vergrößert werden. Ein Beispiel für derartige Anwendungen, bei denen ohnehin eine wiederholte Aufnahme von Basisdaten mit der Magnetresonanzsequenz erfolgt, sind Diffusionsmessungen. Führen jedoch Inhomogenitäten des B1-Feldes zu Signalabschwächungen oder sogar zu Auslöschungen der Signalintensität, bleiben diese trotz der Verwendung der Mittelung grundsätzlich bestehen, solange für alle Aufnahmen die gleiche Polarisation verwendet wird.
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Mithin wird vorgeschlagen, für unterschiedliche Ausspielungen der Magnetresonanzsequenz unterschiedliche Polarisationen in den Anregungen zu verwenden. Werden beispielsweise insgesamt N Aufnahmevorgänge durchgeführt, kann für N1 Aufnahmevorgänge die Polarisation A und N2 Aufnahmevorgänge die Polarisation B verwendet werden, wobei N1 + N2 = N. Dabei sind selbstverständlich auch mehr als zwei unterschiedliche Polarisationen denkbar.
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Somit tritt nicht nur eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses auf, sondern die Erweiterung der standardmäßig vorgesehenen Mittelung auf mehrere Polarisationen zeigt signifikante Verbesserungen in der Homogenität des resultierenden Magnetresonanzbilddatensatzes. Die Mittelung selbst kann unmittelbar basierend auf den Basisdaten, oder, falls dies zweckmäßiger ist, auf bereits wenigstens teilweise ausgewerteten Basisdaten erfolgen. Wird mit jeder Polarisation der gesamte k-Raum aufgenommen, so ist es selbstverständlich auch denkbar, für jede Polarisation als ausgewertete Basisdaten Bilder zu ermitteln und diese dann zu mitteln, um den verbesserten Magnetresonanzbilddatensatz zu erhalten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch auch in Anwendungen einsetzen, die üblicherweise keine wiederholte Ausspielung der Magnetresonanzsequenz und anschließende Mittelung verwenden, mithin üblicherweise nur einen Aufnahmevorgang einsetzen. In diesem Zusammenhang wird vorgeschlagen, explizit weitere Aufnahmevorgänge mit der Magnetresonanzsequenz hinzuzufügen, die wenigstens teilweise mit anderen Polarisationen durchgeführt werden. Dies erlaubt es auch in einem solchen Fall, über die verschiedenen Basisdaten zu mitteln.
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Zur Ermittlung geeigneter Polarisationen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, sind unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. So ist es zum einen möglich, dass die Polarisationen im Rahmen wenigstens einer Kalibrationsmessung ermittelt werden. Voraussetzung für die Nutzung der Polarisationen zur Aufnahme von Basisdaten im erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei zunächst, dass sie eine gute B1-Homogenität im Aufnahmebereich an sich aufweisen, wobei beispielsweise grundsätzlich bekannte Kriterien, insbesondere Schwellwerte und dergleichen, eingesetzt werden können. Nichtsdestotrotz weisen derartige, durch entsprechende Parametersätze (Amplituden beziehungsweise Amplitudenverhältnisse und Phasendifferenzen) beschriebene Polarisationen meist noch Bereiche auf, in denen eine Signalabschwächung auftreten kann. Entsprechend sind Polarisationen ferner zweckmäßig im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar, wenn sie sich bezüglich der B1-Homogenität gegenseitig ergänzen, wie dies bereits dargelegt wurde. Derartige Polarisationen können in Kalibrationsmessungen aufgefunden werden.
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Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn mehrere Kalibrationsmessungen mit unterschiedlichen Untersuchungsobjekten durchgeführt werden, deren Ergebnisse zur Ermittlung der Polarisationen statistisch ausgewertet werden. Werden Kalibrationsmessungen an mehreren Untersuchungsobjekten, insbesondere an mehreren Patienten, durchgeführt und statistisch ausgewertet, so können Polarisationen aufgefunden werden, die ein zumindest vergleichbares Verhalten bei unterschiedlichen Patienten zeigen, beispielsweise in ähnlichen Bereichen eine Signalabschwächung zeigen, während andere Polarisationen beispielsweise auch bei unterschiedlichen Untersuchungsobjekten verlässlich in genau diesem Anteil des Aufnahmebereichs eine gute Homogenität zeigen, beispielsweise einen Homogenitätsgrenzwert unterschreitende Abweichungen vom Sollwert des B1-Feldes. Allerdings hat sich auch gezeigt, dass einige Polarisationen durchaus von Patienteneigenschaften beziehungsweise allgemein von Untersuchungsobjekteigenschaften abhängig sein können.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn Kalibrationsmessungen für wenigstens zwei Gruppen von Untersuchungsobjekten und/oder Untersuchungsbereichen, die sich in wenigstens einer Eigenschaft unterscheiden, durchgeführt werden, wobei eine hinsichtlich der Homogenität optimale Polarisation für jede Gruppe bestimmt wird und die optimalen Polarisationen aller Gruppen als Polarisationen zur Aufnahme von Basisdaten verwendet werden, oder wenigstens zwei zu verwendende Polarisationen für jede Gruppe bestimmt werden. So ist es zum einen denkbar, beispielsweise Untersuchungsobjekte in zwei Gruppen einzuteilen, die sich also mithin in wenigstens einer Eigenschaft unterscheiden. Beispielsweise ist es denkbar, bei Patienten zwischen schlankeren und fülligeren Patienten zu unterscheiden, beispielsweise anhand eines Grenzwerts im BMI oder dergleichen. Für beide Gruppen lassen sich optimale Polarisationen, also Polarisationen optimaler Homogenität des B1-Feldes auffinden, die ergänzt angewendet bei beliebigen Untersuchungsobjekten/Patienten bei Mittelung über mehrere Aufnahmevorgänge zu verbesserten und brauchbaren Ergebnissen führen. Ähnliche Unterscheidungen lassen sich auch für Aufnahmebereiche treffen. Umfasst der Aufnahmebereich beispielsweise das Abdomen mit der Leber, so können Polarisationen aufgefunden werden, die die Leber besonders deutlich zeigen, dafür aber Signalabschwächungen im Bereich der Wirbelsäule zeigen. Andere Polarisationen können aufgefunden werden, die die Wirbelsäule besonders homogen anregen, während die Leber in damit aufgenommenen Magnetresonanzbildern schlechter zu erkennen ist. Ergänzt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden jedoch Magnetresonanzbilddatensätze geliefert, in denen auch in den Gebieten mit ansonsten abgeschwächtem Signal verbesserte Magnetresonanzbilddaten enthalten sind, da sich die verwendeten Polarisationen gegenseitig ergänzen. Denkbar ist es auch, die Kalibrationsmessungen so durchzuführen, dass zwei sich optimal ergänzende Polarisationen oder gar eine größere Anzahl von sich optimal ergänzenden Polarisationen aufgefunden werden, wobei darauf hingewiesen sei, dass selbstverständlich auch bei der Verwendung von Gruppen mehr als zwei Gruppen verwendet werden können. Ist beispielsweise eine Polarisation mit hervorragenden B1-Homogenitätseigenschaften bis auf einen bestimmten Anteil des Aufnahmebereichs aufgefunden worden, so wird eine zweite Polarisation gesucht, die statistisch betrachtet in diesem Bereich eine gute Homogenität zeigt, so dass die beschriebene gegenseitige Ergänzung der Polarisationen gegeben ist.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei fest vorgegebene Polarisationen verwendet werden, insbesondere eine zirkulare und eine elliptische Polarisation, oder die Polarisationen in Abhängigkeit von dem Aufnahmegebiet und/oder wenigstens einer Eigenschaft des Untersuchungsobjekts gewählt werden. Die Polarisationen können in diesem Fall selbstverständlich, wie beschrieben, durch die Kalibrationsmessungen bestimmt worden sein. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass nicht zwingend ein patientenspezifisches B1-Shimming ausgeführt werden muss, welches zusätzliche Mess- und Rechenzeit erfordert. Es können beispielsweise fest vordefinierte Polarisationen verwendet werden, beispielsweise eine zirkulare Polarisation und eine elliptische Polarisation. Es hat sich gezeigt, dass sich zirkulare und elliptische Polarisationen für viele Aufnahmebereiche in ihrer Homogenität wie beschrieben ergänzen. Eine solche Ausgestaltung kann beispielsweise bei Magnetresonanzeinrichtungen verwendet werden, die nicht die Möglichkeit bieten, die Amplituden und die Phasen der einzelnen Sendekanäle flexibel einzustellen, sondern lediglich die Verwendung von zwei oder mehr verschiedenen, fest vorgegebenen Polarisationen erlauben. Solche Magnetresonanzeinrichtungen sind im Allgemeinen technisch weniger aufwendig als Systeme, die die freie Einstellung der Sendeamplituden und der Sendephasen ermöglichen.
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Möglich ist es in diesem Kontext selbstverständlich auch, beispielsweise als Ergebnis der Kalibrationsmessungen, wenigstens zwei Polarisationen speziell für bestimmte Aufnahmegebiete und/oder Eigenschaften des Untersuchungsobjekts zu wählen. Wurden für ein Aufnahmegebiet im Rahmen der Kalibrationsmessung beispielsweise sich hervorragend ergänzende Polarisationen sowohl für dickere als auch für dünnere Patienten bestimmt, so kann je nach Eigenschaft des Patienten ein Satz von Polarisationen für die Aufnahme der Magnetresonanzbilddaten eingesetzt werden. Selbstverständlich ist auch eine Unterscheidung nach anderen Patienteneigenschaften denkbar.
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Eine alternative Ausgestaltung zur Durchführung von Kalibrationsmessungen und/oder zur Nutzung fest vorgegebener Polarisationen beziehungsweise abhängig vom Aufnahmebereich und/oder von Eigenschaften des Untersuchungsobjekts wählbaren Polarisationen sieht vor, dass die bei der Aufnahme der Basisdaten zu verwendenden Polarisationen aus einer für das aufzunehmende Untersuchungsobjekt durchgeführten Vorabmessung ermittelt werden. In diesem Fall werden für ein Untersuchungsobjekt spezifische Vorabmessungen zusätzlich verwendet, um eine weitere Verbesserung bei der Wahl der Polarisationen zu ermöglichen. Dabei sind im Wesentlichen zwei alternative Ausgestaltungen denkbar.
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So kann zum einen vorgesehen sein, dass die Vorabmessung eine Messung zur Bestimmung des B1-Feldes für wenigstens eine Polarisation ist, wobei bezüglich der Homogenität des B1-Feldes optimale und/oder sich bezüglich der Homogenität optimal ergänzende Polarisationen zur Aufnahme der Basisdaten gewählt werden. In dieser Ausgestaltung ist mithin vorgesehen, dass die verschiedenen zu verwendenden Polarisationen patientenspezifisch im Rahmen eines B1-Shimmings bestimmt werden. Die Berechnung der Polarisationen zielt dann darauf ab, dass die möglicherweise noch vorhandenen Signalabschwächungen der verschiedenen Polarisationen in verschiedenen Anteilen des Aufnahmebereichs liegen. Dabei sei angemerkt, dass es Fälle gibt, in denen es nicht möglich ist, eine Polarisation zu ermitteln, die im ganzen Aufnahmebereich für ein Untersuchungsobjekt eine homogene B1-Verteilung erzeugt. Hier bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, wenigstens zwei sich ergänzende Polarisationen zu ermitteln und zu verwenden, so dass beispielsweise nach einer Messung der B1-Feldverteilung die Berechnung der Polarisation A darauf abzielen kann, eine möglichst homogene Anregung im Bereich X zu erreichen, während die Polarisation B eine möglichst homogene Anregung im Bereich Y ermöglicht.
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Zum anderen kann eine alternative Ausgestaltung vorsehen, dass die Vorabmessung zur Aufnahme von Testdaten verschiedener vordefinierter Polarisationen verwendet wird, wobei bezüglich der Homogenität der Anregung durch das Hochfrequenzsignal optimale und/oder sich bezüglich der Homogenität der Anregung durch das Hochfrequenzsignal optimal ergänzende Polarisationen zur Aufnahme der Basisdaten ausgewählt werden. Im Stand der Technik wurden bereits Verfahren vorgeschlagen, bei denen ebenfalls mit vordefinierten Polarisationen gearbeitet wird, wobei für die letztendliche Messung die (eine) Polarisation verwendet wird, die in einer vorab ausgeführten Vormessung die beste Bild-Homogenität gezeigt hat. Das erfindungsgemäße Verfahren weicht davon insofern ab, als aus einer Grundgesamtheit von vordefinierten Polarisationen nicht eine einzige „optimale” Polarisation ermittelt werden muss, sondern die Vormessungen dazu führen können, dass die Grundgesamtheit an vorgegebenen Polarisationen durch geeignete Vormessungen derart weiter eingeschränkt wird, dass für die weiteren Messungen, also die Aufnahmen der Basisdaten, nur eine Untermenge der im System definierten Polarisationen verwendet wird.
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Wie bereits dargelegt wurde, lässt sich die vorliegende Erfindung vorteilhaft auf Fälle anwenden, in denen ohnehin vorgesehen war, in mehreren Aufnahmevorgängen mit der Magnetresonanzfrequenz Basisdaten aufzunehmen, um diese zu mitteln. Dann ist es zweckmäßig, wenn bei jedem Aufnahmevorgang der gesamte aufzunehmende k-Raum aufgenommen wird. Bei der Verwendung von mehreren Polarisationen und Aufnahmevorgängen für Messungen, bei denen bislang nur ein einziger Aufnahmevorgang verwendet wird, stünde jedoch eine Verlängerung der Messzeit, die eher unerwünscht ist, zu befürchten.
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Mithin sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung für derartige Fälle vor, dass für wenigstens einen Teil der Aufnahmevorgänge nur ein Teil des aufzunehmenden k-Raums aufgenommen wird. Mithin wird vorgeschlagen, bei den verschiedenen Ausspielungen der Magnetresonanzsequenz (oder in zumindest einigen dieser Ausspielungen) nur einen Teil des k-Raums zu messen, also beispielsweise jeweils nur einen Teil der Phasenkodierschritte auszuführen. Dies erlaubt es, die zusätzliche Messzeit zu beschränken, eventuell auf vernachlässigbare Werte. Dabei sind verschiedene konkrete Ausgestaltungen dieser Idee denkbar.
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So kann zum einen vorgesehen sein, dass für den ersten Aufnahmevorgang der gesamte aufzunehmende k-Raum aufgenommen wird, während für den wenigstens einen nachfolgenden Aufnahmevorgang nur ein das Zentrum des k-Raums umfassender Anteil des aufzunehmenden k-Raums aufgenommen wird. Es ist also denkbar, mit einer Polarisation den gesamten insgesamt aufzunehmenden k-Raum zu vermessen, um dann bei den weiteren Aufnahmevorgängen mit weiteren Polarisationen jeweils gezielt zusätzlich ausgewählte Teile des insgesamt aufzunehmenden k-Raums aufzunehmen. Bei diesen zusätzlichen Aufnahmen von Basisdaten kann beispielsweise eine Beschränkung der Phasenkodierschritte auf das Zentrum des k-Raums umfassende Anteile des aufzunehmenden k-Raums vorgenommen werden. Dieses Vorgehen ist vorteilhaft, nachdem die Signalintensität im Wesentlichen durch das Zentrum des k-Raums bestimmt wird, während die weiteren Phasenkodierschritte die Kontrastinformationen beinhalten.
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Eine hierzu alternative Ausgestaltung sieht vor, dass während jedes Aufnahmevorgangs unterschiedliche, nicht dem gesamten aufzunehmenden k-Raum entsprechende Anteile des aufzunehmenden k-Raums aufgenommen werden, die in ihrer Gesamtheit den gesamten aufzunehmenden k-Raum abdecken. In diesem Fall kann beispielsweise bei der Verwendung von zwei Polarisationen mit der Polarisation A die erste Hälfte des insgesamt aufzunehmenden k-Raums aufgenommen werden, mit der Polarisation B die andere Hälfte. Denkbar und bevorzugt ist es auch, mit beiden Polarisationen jeweils etwas mehr als die Hälfte, beispielsweise 5/8, des k-Raums aufzunehmen, was die zusätzliche Messzeit nur geringfügig verlängert, es aber gestattet, Anteile um das Zentrum des k-Raums mit beiden Polarisationen aufzunehmen. Dies kann selbstverständlich auf mehr als zwei Polarisationen erweitert werden. Besonders zweckmäßig ist es mithin im Allgemeinen, wenn jeder Anteil das Zentrum des k-Raums umfasst. Dies begründet sich wieder darin, dass die Signalintensität im Wesentlichen durch eben dieses Zentrum bestimmt wird.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, mit welcher mithin die bereits genannten Vorteile ebenso erhalten werden können. Die Magnetresonanzeinrichtung weist dabei mithin eine Sendespulenanordnung auf, die über wenigstens zwei Sendekanäle gespeist ist, die es ermöglichen, verschiedene Polarisationen zu realisieren, wobei die Speisung der Anteile der Sendespulenanordnung auch über einen einzigen Ansteuerkanal erfolgen kann. Wesentlich ist, dass unterschiedliche Polarisationen realisiert werden können. Bei der Aufnahme eines Magnetresonanzbilddatensatzes ist die Steuereinrichtung ausgebildet, mehrere Aufnahmevorgänge mit der Magnetresonanzsequenz durchzuführen, die Sendespulenanordnung jedoch mit wenigstens zwei unterschiedlichen Polarisationen anzusteuern, so dass Basisdaten mehrerer Aufnahmevorgänge gewonnen und gemittelt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine Skizze zur Wahl sich bezüglich der Homogenität des B1-Feldes ergänzender Polarisationen, und
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3 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufnahme eines Magnetresonanzbilddatensatzes erlaubt es, Magnetresonanzbilder aufzunehmen, die in ihrer Homogenität verbessert sind, was die Auswirkungen von B1-Inhomogenitäten angeht. Um dies zu erreichen, werden zunächst zwei unterschiedliche Polarisationen des B1-Feldes bei der Anregung gewählt, nachdem die Magnetresonanzeinrichtung eine Sendespulenanordnung aufweist, die wenigstens zwei Sendekanäle besitzt, über die sich eine von der zirkularen Polarisation abweichende Polarisation, bei zwei Sendekanälen eine elliptische Polarisation, einstellen lässt. Soll die grundsätzliche Pulsform für alle Sendekanäle, mithin Anteile der Sendespulenanordnung, gleich sein, ist auch nur ein einziger Ansteuerkanal ausreichend. Polarisationen sind mithin gekennzeichnet durch einen Parametersatz, der Amplitudenverhältnisse und Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Sendekanälen enthält. Es hat sich gezeigt, dass für unterschiedliche Polarisationen unterschiedliche B1-Inhomogenitäten, die zur Auslöschung des Magnetresonanzsignals oder zumindest zu dessen Abschwächung führen können, bestehen. Um insgesamt homogenere Bilder, in denen der gesamte Aufnahmebereich gezeigt ist, zu erhalten, schlägt das erfindungsgemäße Verfahren mithin vor, bei der Durchführung von Aufnahmen mit einer bestimmten Magnetresonanzsequenz Basisdaten in mehreren Aufnahmevorgängen mit wenigstens zwei unterschiedlichen Polarisationen aufzunehmen, um durch Mittelung die verbesserten Bilder zu erhalten. Das vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich beispielhaft auf die Verwendung von zwei Polarisationen, nämlich einer Polarisation A und einer Polarisation B.
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Diese Polarisationen werden in einem Schritt S1 gewählt. Hierzu existieren mehrere alternative Möglichkeiten. So ist es zum einen denkbar, dass die zwei Polarisationen, insbesondere auch für das Aufnahmegebiet und bestimmte Eigenschaften des Untersuchungsobjekts, fest vorgegeben sind. Derartige ohne die Notwendigkeit von Vormessungen unmittelbar einsetzbare Polarisationen werden idealerweise in vorliegend nicht durch einen Schritt repräsentierten Kalibrationsmessungen bestimmt, insbesondere durch Kalibrationsmessungen mit mehreren Patienten, die dann statistisch betrachtet werden. So lassen sich für Untersuchungsobjekte unterschiedlicher Eigenschaften und unterschiedlicher Aufnahmebereiche jeweils Polarisationen bestimmen, die für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet sind. Diese Eignung bedeutet vorliegend zwei Eigenschaften. Zum einen sollte jede Polarisation bereits eine grundsätzlich nach vorgegebenen Kriterien als gut zu bezeichnende Homogenität über den Aufnahmebereich aufweisen, wobei jedoch durchaus noch Anteile des Aufnahmebereichs existieren können, in denen größere Abweichungen des B1-Feldes nach oben oder nach unten auftreten können, die auch Signalabschwächungen oder gar Auslöschungen zur Folge haben können. Denn das zweite Eignungskriterium für Polarisationen, die im Schritt S1 ausgewählt werden können, ist, dass sich unterschiedliche Polarisationen im Hinblick auf die Anteile, in denen Signalabschwächungen auftreten können, ergänzen. Liegt bei der einen Polarisation mithin ein Anteil des Aufnahmebereichs vor, in dem eine deutlich schlechtere Homogenität, mithin deutliche Abweichung vom Sollwert des B1-Feldes, statistisch gegeben ist, so ist bei der anderen Polarisation in diesem Bereich eine gute Homogenität, mithin geringe Abweichung von dem Sollwert des B1-Feldes, gegeben, oder umgekehrt. Bevorzugt können zwei optimale Polarisationen aufgefunden werden, die diese Ergänzungseigenschaft haben. Nachdem eine statistische Betrachtung über mehrere Untersuchungsobjekte durchgeführt wird, ist es mithin äußerst wahrscheinlich, dass die guten Homogenitätseigenschaften und die gegenseitige Ergänzung bezüglich der Anteile, in denen möglicherweise eine Signalabweichung auftritt, auch bei neuen, noch nicht vermessenen Untersuchungsobjekten gegeben ist.
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Die so in Kalibrationsmessungen gewonnenen Paare von Polarisationen (beziehungsweise auch in größeren Anzahlen von Polarisationen bei anderen Ausführungsbeispielen) können beispielsweise sortiert nach Aufnahmebereichen und Eigenschaften von Untersuchungsobjekten in einer Datenbank abgelegt werden und bei Aufruf der entsprechenden Anwendung an der Magnetresonanzeinrichtung im Schritt S1 gewählt werden.
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Alternative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sehen vor, dass die Polarisationen in Schritt S1 anhand von für das aufzunehmende Untersuchungsobjekt durchgeführten Vorabmessungen ermittelt werden, wobei entweder die B1-Feldverteilung nach Art eines B1-Shimmings erfolgen kann, wonach bezüglich der Homogenität des B1-Feldes optimale und sich bezüglich der Homogenität optimal ergänzende Polarisationen zur Aufnahme der Basisdaten berechnet und ausgewählt werden können; möglich ist es aber auch, dass verschiedene vordefinierte Polarisationen vorliegen, für die Testdaten aufgenommen werden, wobei wiederum nach den bereits bekannten Kriterien optimale Polarisationen ausgewählt werden können, mithin die Gruppe vordefinierter Polarisationen auf die Gruppe der am besten geeigneten Polarisationen reduziert wird.
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In allen dargestellten Fällen gilt jedoch, dass sich die Polarisationen bezüglich abgeschwächter Anteile des Aufnahmebereichs ergänzen. Dies soll durch 2 näher erläutert werden. Dort sind beispielhaft Basisdaten für Polarisationen A und B jeweils im Aufnahmebereich 1 schematisch angedeutet. Dieser Aufnahmebereich umfasst vorliegend ein Organ 2, beispielsweise die Leber, und die Wirbelsäule 3. Ersichtlich tritt für die Polarisation A in einem Anteil 4 im Bereich der Wirbelsäule 3 eine Abschwächung auf, während die Bildhomogenität resultierend aus der guten Homogenität der Anregung in den sonstigen Anteilen des Aufnahmebereichs 1 sehr gut ist. Für die Polarisation B, rechtes oberes Teilbild, existiert ein Anteil 5 im Bereich des Organs 2, in welchem ebenso eine Signalabschwächung auftritt; die restlichen Anteile des Aufnahmebereichs 1 werden in guter Qualität wiedergegeben, da hier die Homogenität der Anregung, mithin des B1-Feldes, gegeben ist.
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Kombiniert man nun, wie durch die Pfeile 6 dargestellt, die jeweiligen Basisdaten, die mit den Polarisationen A, B aufgenommen wurden, durch Mittelung, ergibt sich ein vollständiges Bild P des Aufnahmebereichs 1, nachdem die Abschwächungen deutlich reduziert sind. Dies liegt darin begründet, dass die Polarisation B für den Anteil 4 eine gute Homogenität der Anregung zeigt, während die Polarisation A für den Anteil 5 des Aufnahmegebiets 1 ebenso eine gute Homogenität zeigt, so dass bei der Zusammenführung der Basisdaten in beiden Anteilen 4, 5 zum Magnetresonanzsignal beigetragen wird.
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Um diese zugrundeliegende Idee im Verfahren umsetzen zu können, vgl. wiederum 1, werden in einem Schritt S2 in mehreren aufeinanderfolgenden Aufnahmevorgängen mit der Magnetresonanzsequenz Basisdaten aufgenommen, wobei die unterschiedlichen Polarisationen A und B verwendet werden. Dabei sind im Allgemeinen wiederum unterschiedliche Fälle zu unterscheiden.
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Soll ein Magnetresonanzdatensatz aufgenommen werden, bei dem es ohnehin vorgesehen gewesen wäre, Basisdaten in mehreren Aufnahmevorgängen mit der Magnetresonanzsequenz aufzunehmen und zu mitteln, so wird lediglich für jeweils einen Anteil der Aufnahmevorgänge eine der Polarisationen A beziehungsweise B verwendet. Konkret wird demnach in der Magnetresonanzsequenz die Anregung entsprechend modifiziert, so dass die Polarisation A beziehungsweise die Polarisation B gegeben ist. Grundsätzlich kann es dabei zweckmäßig sein, gleichviele Basisdaten mit der Polarisation A und B aufzunehmen, wobei selbstverständlich eine genaue Beurteilung der Polarisation A und B auch Gewichtungen ermöglichen kann. Zeigt beispielsweise die Polarisation A insgesamt eine bessere Homogenität und die Abschwächungen sind deutlich geringer als bei der Polarisation B, können auch mehr Aufnahmevorgänge mit Polarisation A als mit der Polarisation B durchgeführt werden und dergleichen.
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Liegt jedoch eine Anwendung vor, in der üblicherweise nur ein einziger Aufnahmevorgang vorliegt, so werden in Schritt S2 zusätzliche Aufnahmevorgänge, vorliegend also wenigstens ein zusätzlicher Aufnahmevorgang, mit der anderen Polarisation hinzugefügt. Um die Erhöhung der Messzeit gering zu halten, wird dabei mit jeder der Polarisationen A und B nur ein Teil des insgesamt aufzunehmenden k-Raums abgetastet, indem die Phasenkodierschritte entsprechend reduziert und angepasst werden. Vorliegend ist vorgesehen, dass mit der Polarisation A die ersten 5/8 inklusive des k-Raumzentrums abgetastet werden, durch die Polarisation B die letzten 5/8 inklusive des k-Raumzentrums. Das für die Signalintensität äußerst wichtige k-Raumzentrum wird mithin durch beide Aufnahmevorgänge und mithin beide Polarisationen abgetastet, während Randbereiche des k-Raums nur durch eine Polarisation abgetastet werden, was jedoch weniger wesentlich ist und die Messzeit nur wenig erhöht. Selbstverständlich ist es auch denkbar, vollständige Aufteilungen des k-Raums in zwei Hälften vorzunehmen, jedoch weniger bevorzugt. Eine andere Variante der Erfindung sieht vor, mit einer Polarisation, beispielsweise der Polarisation A, den gesamten k-Raum zu erfassen, während mit der Polarisation B dann nur ein Anteil des k-Raums erfasst wird. Letzterer enthält bevorzugt wiederum das k-Raumzentrum. Ersichtlich existieren verschiedene Möglichkeiten, die Messzeit weiterhin gering zu halten und dennoch zusätzliche Basisdaten in ansonsten abgeschwächten Anteilen 4, 5 des Aufnahmebereichs 1 zu erhalten.
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In einem Schritt S3 werden die Basisdaten dann durch Mittelung zusammengeführt, vgl. auch die Pfeile 6 in 2, so dass der Magnetresonanzdatensatz entsteht. Im Prinzip ist es auch möglich, aus jedem mit einer Polarisation gemessenen Datensatz ein fertiges Bild zu rekonstruieren und diese Bilder, die dann auch noch als (wenn auch ausgewertete) Basisdaten gesehen werden können, zu mitteln. Hierzu muss allerdings mit jeder Polarisation der gesamte k-Raum vermessen werden.
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Bei Untersuchungen der Erfinder hat sich gezeigt, dass beispielsweise bei EPI-Diffusionsmessungen mit STIR-Fettunterdrückung, wobei ein bipolares Diffusionsschema verwendet wurde, die Nutzung zweier Polarisationen, dort einer zirkularen Polarisation und einer elliptischen Polarisation, bereits zu einer deutlichen Qualitätsbesserung des Magnetresonanzbilddatensatzes geführt hat, nachdem die verschiedenen Polarisationen starke Signalabschwächungen beziehungsweise Signalauslöschungen in verschiedenen Bereichen zeigten und somit eine mehrfache Messung mit diesen Polarisationen und die anschließende Mittelung sowohl zu einer Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses als auch zu einer Verbesserung der Homogenität des resultierenden Bildes führte.
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3 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 7. Diese umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 8, die den das Grundmagnetfeld, hier ein Grundmagnetfeld ≥ 3 T, erzeugenden Hauptmagneten enthält. Die Hauptmagneteinheit 8 definiert eine Patientenaufnahme 9, wobei diese umgebend wie grundsätzlich bekannt eine Gradientenspulenanordnung 10 und eine Sendespulenanordnung 11 vorgesehen sind.
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Gesteuert wird der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 7 von einer Steuereinrichtung 12, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, mithin zur Ansteuerung der Magnetresonanzeinrichtung 7 zur Aufnahme von Basisdaten unter Verwendung unterschiedlicher Polarisationen mit einer Magnetresonanzsequenz und zu deren Mittelung. Unterschiedliche Polarisationen lassen sich realisieren, nachdem die Sendespulenanordnung 11 über zwei nur schematisch angedeutete Sendekanäle 13 ansteuerbar ist, so dass sich neben zirkularen Polarisationen beispielsweise auch verschiedene elliptische Polarisationen realisieren lassen. Selbstverständlich lässt sich die vorliegende Erfindung auch bei Sendespulenanordnungen mit einer höheren Anzahl von Sendekanälen anwenden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden.
