DE102014204996B4

DE102014204996B4 - Homogene MR-Fettsättigung durch SPAIR-Pulse mit variablen Wirkzeiten

Info

Publication number: DE102014204996B4
Application number: DE102014204996.2A
Authority: DE
Inventors: Jan Ole BLUMHAGEN; Dominik Paul; Daniel Nico Splitthoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: US20150268318A1; US10317488B2; DE102014204996A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O). Dabei werden folgende Schritte ausgeführt: Einstrahlen eines SPAIR-Pulses (32). Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (26) eine vorbestimmte Zeitspanne (TI) nach dem SPAIR-Puls (32). Erfassen der MR-Daten. Dabei wird die Zeitspanne (TI) bei mindestens einer Schicht verschieden von der Zeitspanne (TI) für die restlichen Schichten eingestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage, um beim Erfassen von MR-Daten eine Fettsättigung durchzuführen.
Die US 2013/0 088 226 A1 beschreibt eine Sequenz, bei welcher ein Fett entkoppelnder HF-Puls von einem HF-Puls zur Datenerfassung gefolgt wird. Dabei wird eine SPAIR-Sequenz zur Fettunterdrückung erwähnt.
Die JP 2007-203 106 A offenbart eine MR-Datenerfassung mit unterschiedlichen Zeiten zwischen einem Inversionspuls und folgenden HF-Pulsen zur Datenerfassung.
In „Evaluation of Optimized Inversion-Recovery Fat-Suppression Techniques for T2-Weighted Abdominal MR Imaging”, T. C. Lauenstein u. a., J. Magn. Reson. Imaging 27, Seiten 1448–1454, 2008 wird eine mit dem SPAIR-Puls arbeitende Sequenz zum Erfassen von MR-Daten beschrieben. Dabei wird der optimale Zeitabstand zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Puls zur Datenerfassung bestimmt.
In „FAT-Suppression Techniques for 3-T MR Imaging of the Musculoskeletal System”, F. Del Grande u. a., Radiographics 34, Seiten 217–233, 2014 werden verschiedene MR-Sequenzen zur Fettunterdrückung beschrieben.
Nach dem Stand der Technik sind zur Fettsättigung mehrere Verfahren, darunter ein mit einem so genannten SPAIR-Puls arbeitendes Verfahren, bekannt. Der SPAIR-Puls („Spectrally Adiabatic Inversion Recovery”) ist ein frequenzselektiver adiabatischer Inversionspuls, welcher eingestrahlt wird, um nur Spins des Fettgewebes zu invertieren. Eine bestimmte Zeitspanne TI nach dem SPAIR-Puls wird der eigentliche HF-Anregungspuls eingestrahlt. Dabei wird die Zeitspanne TI konstant derart gewählt, dass die Längsmagnetisierung der Spins des Fettgewebes möglichst keinen Beitrag beim Erfassen der MR-Daten liefert.
Bei einem schichtweisen Erfassen der MR-Daten kann in Abhängigkeit von bestimmten Messparametern bei zeitlich zuerst erfassten Schichten im Vergleich zu den zeitlich darauf folgenden erfassten Schichten eine deutlich schlechtere Fettsättigung auftreten. Diese unterschiedliche Fettsättigung führt dann nachteiligerweise zu einer inhomogenen und störenden Intensitätsverteilung des Fettsignals innerhalb der rekonstruierten MR-Bilder.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Fettsättigung bei einem schichtweisen Erfassen von MR-Daten im Vergleich zum Stand der Technik zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Fettsättigung nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 13, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Fettsättigung bei einem schichtweisen Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren für jede der zu messenden Schichten folgende Schritte:

• Einstrahlen eines SPAIR-Pulses.
• Einstrahlen eines HF-Anregungspulses. Dabei wird der HF-Anregungspuls eine vorbestimmte Zeitspanne nach dem zeitlich direkt vorher eingestrahlten SPAIR-Puls eingestrahlt.
• Erfassen der MR-Daten.

Bei nur einer Schicht oder bei mehreren Schichten wird die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls unterschiedlich im Vergleich zu der Zeitspanne eingestellt, welche für die restlichen Schichten eingestellt wird.
Durch die variable Einstellung der Zeitspanne kann die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls vorteilhafterweise für jede Schicht individuell eingestellt (z. B. optimiert) werden. Dadurch kann insbesondere die Fettsättigung jeder Schicht gegenüber dem Stand der Technik verbessert werden. Erfindungsgemäß ist es allerdings beispielsweise auch möglich, das Fettsignal bzw. die Fettsättigung bestimmter Schichten im Vergleich zu den anderen Schichten auf einen bestimmten Wert einzustellen (also z. B. auch absichtlich zu verschlechtern), indem die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls entsprechend eingestellt wird. Falls die Einstellung eines solchen bestimmten Fettsignals beispielsweise für diejenigen Schichten erwünscht wird, deren MR-Daten zeitlich in der Mitte des Zeitintervalls erfasst werden, in welchem die Daten aller Schichten erfasst werden, dann wird die Zeitspanne der mindestens einen Schicht, deren MR-Daten zeitlich in der Mitte dieses Zeitintervalls erfasst werden, verschieden im Vergleich zu der Zeitspanne der restlichen Schichten eingestellt. Erfindungsgemäß kann im Extremfall jede Schicht eine individuelle Zeitspanne besitzen, so dass keine Zeitspanne einer Schicht der Zeitspanne einer anderen Schicht entspricht.
Dabei wird die Zeitspanne der mindestens einen Schicht, deren MR-Daten zeitlich zuerst erfasst werden, verschieden im Vergleich zu der Zeitspanne der restlichen Schichten eingestellt.
Die Einstellung der Zeitspanne bei der oder bei den Schichten wird dabei insbesondere abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal, welches von der Magnetresonanzanlage durch das Erfassen der MR-Daten in dem Volumenabschnitt erfasst wird, vorgenommen. Die Anforderung an das Fettsignal entspricht dabei einer Anforderung an eine Fettsättigung in dem Volumenabschnitt bzw. in den erfassten Schichten.
Die Anforderung an das Fettsignal bzw. an die Fettsättigung entspricht dabei insbesondere der Anforderung an eine möglichst gleichmäßige Fettsättigung in jeder Schicht (d. h. die Fettsättigung ist in allen Schichten möglichst ähnlich). Die Anforderung an das Fettsignal kann allerdings auch einer möglichst guten Fettsättigung in jeder Schicht entsprechen. Es ist erfindungsgemäß allerdings auch möglich, dass die Anforderung an das Fettsignal einer schlechteren Fettsättigung für die mindestens eine Schicht entspricht.
Wenn die individuelle Zeitspanne gerade für die zeitlich zuerst erfassten Schichten derart eingestellt wird, dass jede Schicht im Wesentlichen dieselbe Fettsättigung aufweist, kann eine inhomogene Intensitätsverteilung des Fettsignals innerhalb der rekonstruierten MR-Bilder vorteilhafterweise verhindert werden. Dadurch kann eine nach dem Stand der Technik meist stark in Schichtrichtung variierende Fettsättigung, wodurch Fett abhängig von der Aufnahmereihenfolge der Schichten in den rekonstruierten MR-Bildern unterschiedlich hell dargestellt wird, vorteilhafterweise vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Zeitspanne für die restlichen Schichten ausgehend von einer Funktion bestimmt. Diese Funktion bestimmt selbst abhängig von einem Zeitabstand zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen eine weitere Zeitspanne, welche für die restlichen Schichten der Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls entspricht.
Wenn der Zeitabstand zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen nicht konstant ist, ist der Zeitabstand zwischen dem SPAIR-Puls vor dem HF-Anregungspuls und dem zeitlich direkt davor liegenden SPAIR-Puls der maßgebliche Zeitabstand, abhängig von welchem über die Funktion die weitere Zeitspanne (und damit die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls) bestimmt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls für die mindestens eine Schicht bevorzugt größer oder länger eingestellt, als die weitere Zeitspanne bzw. die Zeitspanne für die restlichen Schichten. Es ist allerdings auch möglich, die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls für die mindestens eine Schicht kleiner oder kürzer einzustellen.
Wenn der zeitliche Abstand zwischen den SPAIR-Pulsen klein (groß) ist, ist der Fettsignalwert in Richtung des Grundmagnetfelds klein (groß) (das gilt zumindest dann, wenn eine kontinuierliche Fettsättigung vorausgesetzt werden kann, wenn also bereits einige SPAIR-Pulse eingestrahlt wurden). Dadurch relaxiert das Fettsignal nach der Invertierung durch den SPAIR-Puls auch schneller (langsamer) in Richtung des Grundmagnetfelds (d. h. der Endzustand (das thermische Gleichgewicht) wird schneller (langsamer) erreicht), so dass die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls klein (groß) zu wählen ist.
Die Abhängigkeit der Zeitspanne von dem zeitlichen Abstand zwischen den SPAIR-Pulsen gilt allerdings erst, wenn die kontinuierliche Fettsättigung vorhanden ist, nachdem also bereits einige der SPAIR-Pulse eingestrahlt worden sind, wie es vorab bereits angedeutet wurde. Das Zeitintervall vom Zeitpunkt der Einstrahlung des SPAIR-Pulses bis zu dem Zeitpunkt, bis zu welchem das durch den SPAIR-Puls invertierte Fettsignal den Wert O in Richtung des Grundmagnetfelds aufweist, ist umso größer, je weniger SPAIR-Pulse bisher eingestrahlt worden sind. Daher wird die Zeitspanne für die mindestens eine Schicht, für welche zuerst die MR-Daten erfasst werden, größer oder länger eingestellt, als die Zeitspanne für die restlichen Schichten, für welche später die MR-Daten erfasst werden.
Die Funktion, mit welcher die Zeitspanne TI für die restlichen Schichten abhängig von dem Zeitabstand zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen eingestellt wird, kann folgender Gleichung (1) genügen.
Dabei sind a (z. B. 0,77), b (z. B. 0,693) und c (z. B. 30) Konstanten, welche empirisch ermittelt werden können. T1 ist die longitudinale Relaxationszeit und TIadd ist ein Offset bzw. ein zusätzliches Zeitintervall, über welches man die Fettsättigung zusätzlich einstellen kann. Beispielsweise gilt TIadd = 0 ms für eine maximale Fettsättigung, und bei einer schwächeren Fettsättigung kann TIadd = 25 ms gewählt werden. TI ist die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls und TR-SPAIR ist der zeitliche Abstand zwischen diesem SPAIR-Puls und dem zeitlich direkt davor liegenden SPAIR-Puls.
Die longitudinale Relaxationszeit T1 ist abhängig von der Magnetfeldstärke und beträgt beispielsweise für 1,5 T (3 T) 230 ms (330 ms).
Erfindungsgemäß kann die Zeitspanne für die mindestens eine Schicht, für welche zeitlich zuerst die MR-Daten erfasst werden, der von der Funktion bestimmten weiteren Zeitspanne entsprechen, wobei für den Zeitabstand TR-SPAIR unendlich angenommen wird.
Ein Zeitabstand zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen von unendlich bedeutet, dass die Wirkung des vorherigen SPAIR-Pulses vollständig abgeklungen ist, wenn der aktuelle SPAIR-Puls eingestrahlt wird. Beim Erfassen der MR-Daten der zeitlich zuerst erfassten Schicht existiert nur der SPAIR-Puls, welcher direkt vor dem HF-Anregungspuls eingestrahlt wird, so dass die Annahme, dass der Zeitabstand gleich unendlich ist, für die zeitlich zuerst erfasste Schicht korrekt ist.
Setzt man für den Zeitabstand TR-SPAIR = ∞ in Gleichung (1) ein, kommt man zur folgenden Gleichung (2). TI = a × T1 × b + TIadd (2)
Die Zeitspanne für die mindestens eine Schicht, deren MR-Daten zeitlich zuerst erfasst werden, kann also gemäß der vorab beschriebenen Ausführungsform der Zeitspanne TI entsprechen, welche gemäß Gleichung (2) bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Zeitspanne TI_i für die i-te Schicht, d. h. für diejenige Schicht, welche zeitlich als i-te erfasst wird, gemäß folgender Gleichung (3) bestimmt werden. TI_i = 1 / i × f(TR – SPAIR = ∞) + (i – 1) × f(TR – SPAIR) (3)
Dabei entspricht f(TR – SPAIR) der vorab beschriebenen Funktion, mit welcher die weitere Zeitspanne oder die Zeitspanne TI für die restlichen Schichten abhängig von TR-SPAIR, d. h. dem Zeitabstand zwischen dem aktuellen SPAIR-Puls und dem zeitlich direkt davor liegenden SPAIR-Puls, bestimmt wird.
Gemäß Gleichung (3) entspricht die Zeitspanne TI₁ für die zeitlich zuerst erfassten Schicht gleich f(∞) (vgl. auch Gleichung (2)), was gleichzeitig der Maximalwert der Funktion f(TR – SPAIR) ist. Demnach verkleinert sich die Zeitspanne TI für die zeitlich folgenden erfassten Schichten umso mehr, je später die jeweilige Schicht erfasst wird (je größer der Index i ist).
Erfindungsgemäß ist es allerdings auch möglich, die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls für die mindestens eine Schicht (insbesondere für die zeitlich zuerst erfasste Schicht oder für jede der zeitlich zuerst erfassten Schichten (für welche zeitlich zuerst die MR-Daten erfasst werden)) empirisch vor dem eigentlichen Erfassen der MR-Daten derart zu bestimmen, dass die vorgegebene Anforderung an das Fettsignal bzw. die Fettsättigung möglichst gut erfüllt wird.
Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Zeitspanne zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls für die mindestens eine Schicht (insbesondere für die zeitlich zuerst erfasste Schicht oder für jede der zeitlich zuerst erfassten Schichten) anhand einer analytischen Berechnung oder Simulation eines zeitlichen Verlaufs des Fettsignals der jeweiligen Schicht derart zu bestimmen, dass die vorgegebene Anforderung an das Fettsignal bzw. die Fettsättigung möglichst gut erfüllt wird.
Bevorzugt ist der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich benachbarten HF-Anregungspulsen für alle Schichten konstant.
Es ist allerdings erfindungsgemäß auch möglich, dass die Zeitspanne zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen für alle Schichten konstant ist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der mindestens einen HF-Antenne, zum Empfang von von der oder den HF-Antennen aufgenommenen Messsignalen und zur Erstellung der MR-Daten. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage mit ihrer mindestens einen HF-Antenne einen SPAIR-Puls und um eine vorbestimmte Zeitspanne später einen HF-Anregungspuls einstrahlt, um die MR-Daten zu erfassen. Dabei ist die Magnetresonanzanlage ausgestaltet, um mit ihrer Steuereinrichtung die Zeitspanne bei mindestens einer Schicht verschieden von der Zeitspanne für die restlichen Schichten einzustellen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung 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 Steuerung oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder 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 (übersetzt) 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 wird beispielsweise eingesetzt, um eine bestimmte Anzahl von Schichten (z. B. 20 bis 40) beispielsweise im selben Atemzug zu erfassen. In diesem Fall würde die Zeitspanne TI der z. B. ersten 5 Schichten dieses Concats (der 20 bis 40 Schichten) anders (länger) eingestellt als die Zeitspanne der restlichen (15 bis 35) Schichten. Gleiches gilt dann für den nächsten Concat. Auch in diesem nächsten Concat wird die Zeitspanne TI für die ersten Schichten anders eingestellt als die Zeitspanne TI für die restlichen Schichten.
Die vorliegende Erfindung kann mit Single-Shot-Verfahren, aber auch mit Multi-Shot-Verfahren (hier werden die MR-Daten derselben Schicht mit mehreren HF-Pulsen (jeweils mit SPAIR-Puls) erfasst) durchgeführt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine signifikante Verbesserung der Fettsättigung insbesondere bei Single-Shot-Akquisitionen (z. B. HASTE („Half fourier Acquisition Single shot Turbo spin Echo”)) erzielt, wobei die Messzeit nicht verlängert werden muss, sofern der zeitliche Abstand zwischen zwei zeitlich benachbarten HF-Anregungspulsen konstant ist. Damit wird eine homogene Fettsättigung über den gesamten Schichtstapel ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für eine Fettsättigung mit dem SPAIR-Puls bei einem schichtweisen Erfassen der MR-Daten geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung zumindest prinzipiell auch zur Fettsättigung mit SPAIR-Puls bei einer dreidimensionalen (nicht schichtweisen) Datenerfassung geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt mit Spin-Echo-Sequenzen eingesetzt, kann aber prinzipiell auch mit Gradienten-Echo-Sequenzen arbeiten.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
Dabei ist in 1 schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
In 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Fettsignal und dem Zeitabstand zwischen den SPAIR-Pulsen dargestellt.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Sequenzdiagramm zur Fettsättigung und anschließender MR-Datenerfassung.
4 zeigt schematisch die zeitliche Abfolge der Fettsättigung mit SPAIR-Puls und der Erfassung der MR-Daten.
In 5 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fettsättigung 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 Untersuchungsbereich 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, durch welches die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers kontinuierlich geschoben 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 Gradientenfeldsystem bzw. 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) 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, 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 Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen 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 über einen Ausgang 11 gewonnenen Messdaten ein MR-Bild 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 Fettsignal 28 über dem Zeitabstand zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen dargestellt. Dabei wurde jeweils das Fettsignal für die zeitlich zuerst erfasste Schicht 41, für die zeitlich als zweite erfasste Schicht 42 und für die zeitlich als dritte erfasste Schicht 43 abhängig von dem Zeitabstand TR-SPAIR dargestellt. Die MR-Daten wurden dabei mit einem Single-Shot-Verfahren (d. h. die MR-Daten jeder Schicht wurden ausgehend von nur einem HF-Anregungspuls, dem ein SPAIR-Puls vorangeht, erfasst) mit einer HASTE-Sequenz erfasst. Man erkennt, dass gerade im klinisch relevanten Bereich von 1000 ms bis 2000 ms ein deutlicher Unterschied im Fettsignal zwischen der zeitlich zuerst erfassten Schicht 41 und der zeitlich danach erfassten Schichten 42, 43 vorhanden ist. Gerade in diesem Bereich würde die erfindungsgemäße Verlängerung der Zeitspanne TI zwischen dem SPAIR-Puls und dem HF-Anregungspuls für die zeitlich zuerst erfasste Schicht dafür sorgen, dass sich das Fettsignal bzw. die Fettsättigung der zeitlich zuerst erfassten Schicht 41 dem Fettsignal bzw. der Fettsättigung der anderen Schichten 42, 43 zumindest angleicht, bei welchen dann erfindungsgemäß mit einer kürzeren Zeitspanne TI als bei der ersten Schicht 41 gearbeitet würde.
In 3 ist eine erfindungsgemäße Sequenz zur Fettsättigung beim schichtweisen Erfassen von MR-Daten eines Volumenabschnitts dargestellt.
Zu Beginn wird zur Fettsättigung ein SPAIR-Puls 32 eingestrahlt, welchem eine individuelle Zeitspanne TI (auch als Inversionszeit bekannt) später ein HF-Anregungspuls 26 folgt, welcher bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten (nicht dargestellt) eingestrahlt wird. Ausgehend von diesem HF-Anregungspuls 26 werden Refokussierungspulse 27 geschaltet, wobei nach jedem Refokussierungspuls eine K-Raum-Zeile der ersten Schicht ausgelesen wird. Der SPAIR-Puls 32 ist frequenzselektiv und regt möglichst nur die Fettspins (d. h. die Spins des Fettgewebes) an und kippt diese um 180° bzw. invertiert diese. Eine verbleibende Quermagnetisierung kann anschließend mittels eines Spoilers (nicht dargestellt) zerstört werden, welcher direkt nach dem SPAIR-Puls 32 nur in Richtung G_z des Grundmagnetfelds geschaltet würde.
Nach dem Erfassen der MR-Daten der ersten Schicht wird ein zweiter SPAIR-Puls eingestrahlt, wobei der Zeitabstand TR-SPAIR zwischen zeitlich aufeinanderfolgenden SPAIR-Pulsen 32 liegt. Die individuelle Zeitspanne TI nach dem zweiten SPAIR-Puls 32 wird wiederum bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten ein HF-Anregungspuls 26 eingestrahlt. Da die von dem ersten SPAIR-Puls 32 erzeugte Fettsättigung noch nicht vollständig abgeklungen ist (d. h. die Magnetisierung der Protonen im Fett haben noch nicht das thermische Gleichgewicht erreicht), wird die zweite Zeitspanne TI nach dem zweiten SPAIR-Puls 32 kleiner gewählt, als die erste Zeitspanne TI nach dem ersten SPAIR-Puls 32. Wie beim Erfassen der MR-Daten der ersten Schicht werden zum Erfassen der MR-Daten der zweiten Schicht Refokussierungspulses 26 eingestrahlt. In gleicher Weise wird nach dem Erfassen der MR-Daten der zweiten Schicht ein dritter SPAIR-Puls 32 eingestrahlt, welchem wiederum eine individuelle dritte Zeitspanne TI später ein dritter HF-Anregungspuls 26 folgt, wobei anschließend die MR-Daten der dritten Schicht in gleicher Weise wie bei der ersten und zweiten Schicht erfasst werden. Auch diese dritte Zeitspanne TI ist kleiner als die vorherige zweite Zeitspanne TI, da die Fettsättigung zum Zeitpunkt des Einstrahlens des dritten SPAIR-Pulses 32 aufgrund der vorher eingestrahlten zwei SPAIR-Pulse größer ist, als die Fettsättigung zum Zeitpunkt des Einstrahlens des zweiten SPAIR-Pulses 32, welchem ein SPAIR-Puls 32 vorausging.
Im Prinzip verläuft das Erfassen der MR-Daten der restlichen Schichten in gleicher Weise wie das Erfassen der MR-Daten der ersten bis dritten Schicht. Ab einer bestimmten Schicht, beispielsweise ab der zeitlich als sechsten erfassten Schicht, wird die Zeitspanne TI nicht mehr verändert und entspricht der nach dem Stand der Technik gewählten Zeitspanne TI, welche abhängig vom Zeitabstand TR-SPAIR eingestellt wird, wobei der Zeitabstand TR-SPAIR vom gewählten Sequenz-Protokoll abhängt.
Der zeitliche Abstand TR-Mess zwischen zwei zeitlich benachbarten HF-Anregungspulsen 26 ist konstant. Aus diesem Grund verändert sich der Zeitabstand TR-SPAIR abhängig von der Zeitspanne TI.
In 4 ist nochmals schematisch eine erfindungsgemäße Sequenz dargestellt, wobei das Augenmerk auf die wichtigsten Zeitintervalle bzw. Zeitabstände oder Zeitspannen gelegt wurde. Erfindungsgemäß wird die Zeitspanne TI₁, TI₂ zwischen dem SPAIR-Puls 32 und dem Beginn der folgenden MR-Datenerfassung der entsprechenden Schicht 41, 42 derart eingestellt, dass die Fettsättigung der erfassten Schichten 41, 42 möglichst gleich ist. Der Beginn der MR-Datenerfassung einer Schicht 41, 42 ist dabei als der Zeitpunkt definiert, zu welchem der jeweilige HF-Anregungspuls 26 eingestrahlt wird.
Da der Zeitabstand TR-Mess zwischen zwei zeitlich benachbarten HF-Anregungspulsen 26 meist konstant ist, muss bei erfindungsgemäß bestimmten Zeitspannen TI₁, TI₂ zwischen dem SPAIR-Puls 32 und dem Beginn der folgenden MR-Datenerfassung der Zeitabstand TR-SPAIR variabel sein.
In 5 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten dargestellt.
Im ersten Schritt S1 werden die optimalen Zeitspannen TI zwischen dem SPAIR-Puls und dem folgenden HF-Anregungspuls für die zeitlich zuerst zu erfassenden Schichten bestimmt. Die Zeitspannen TI zwischen dem SPAIR-Puls und dem folgenden HF-Anregungspuls werden für die restlichen Schichten abhängig von dem Zeitabstand TR-SPAIR zwischen dem SPAIR-Puls, welcher direkt vor der MR-Datenerfassung der jeweiligen Schicht eingestrahlt wird, und dem zeitlich direkt vor diesem SPAIR-Puls liegenden SPAIR-Puls eingestellt.
Die MR-Daten der Schichten des zu erfassenden Volumenabschnitts werden mit den Schritten S2 bis S4 erfasst. Dazu wird jeweils im Schritt S2 der SPAIR-Puls eingestrahlt und die entsprechende vorher im Schritt S1 bestimmte Zeitspanne TI nach dem SPAIR-Puls der HF-Anregungspuls eingestrahlt, bevor im folgenden Schritt S4 die MR-Daten der jeweiligen Schicht erfasst werden. Nach Schritt S4 wird jeweils zum Schritt S2 zurückgesprungen, bis die MR-Daten aller Schichten des vorbestimmten Volumenabschnitts vollständig erfasst worden sind. Anschließend werden im Schritt S5 MR-Bilder abhängig von den erfassten MR-Daten rekonstruiert.

Claims

Verfahren zur Fettsättigung beim schichtweisen Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren für jede der zu messenden Schichten folgende Schritte umfasst: • Einstrahlen eines SPAIR-Pulses (32), • Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (26) eine vorbestimmte Zeitspanne (TI) nach dem SPAIR-Puls (32), und • Erfassen der MR-Daten, wobei die vorbestimmte Zeitspanne (TI) bei mindestens einer Schicht verschieden von der vorbestimmten Zeitspanne (TI) für die restlichen Schichten eingestellt wird, und wobei die MR-Daten dieser mindestens einen Schicht zeitlich zuerst erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der vorbestimmten Zeitspanne (TI) bei der mindestens einen Schicht abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal (28), welches von der Magnetresonanzanlage (5) im Volumenabschnitt erfasst wird, eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung an das Fettsignal (28) eine möglichst gleichmäßige Fettsättigung über alle Schichten hinweg ist, oder dass die Anforderung an das Fettsignal (28) eine maximale Fettsättigung jeder Schicht ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne (TI) bei den restlichen Schichten abhängig von einem Zeitabstand (TR-SPAIR) eingestellt wird, welcher zwischen zwei zeitlich benachbarten SPAIR-Pulsen (32) vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne (TI) bei der mindestens einen Schicht länger als bei den restlichen Schichten eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne TI für die restlichen Schichten über folgende Gleichung abhängig von dem Zeitabstand TR-SPAIR bestimmt wird, wobei a, b und c empirisch ermittelte Konstanten sind, und wobei TIadd eine Zusatzzeit ist, mittels welcher eine Anforderung an die Fettsättigung einstellbar ist:
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung der vorbestimmten Zeitspanne (TI) abhängig von dem Zeitabstand (TR-SPAIR) der Zeitabstand (TR-SPAIR) als unendlich lang angenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne (TI) für eine jeweilige der mindestens einen Schichten gemäß folgender Gleichung bestimmt wird, wobei f(TR – SPAIR) eine weitere Zeitspanne abhängig von dem Zeitabstand TR-SPAIR definiert, wobei i ein Index, und wobei TI_i die Zeitspanne der i-ten Schicht ist, von welcher zeitlich als i-ter Schicht die MR-Daten erfasst werden: TI_i = 1 / i × f(TR – SPAIR = ∞) + (i – 1) × f(TR – SPAIR).
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne (TI) für jede der mindestens einen Schichten empirisch derart bestimmt wird, so dass die Anforderung an das Fettsignal erfüllt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne (TI) für jede der mindestens einen Schichten anhand einer analytischen Berechnung oder Simulation eines zeitlichen Verlaufs eines Fettsignals (28) der jeweiligen Schicht derart bestimmt wird, dass die Anforderung an das Fettsignal (28) erfüllt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Schicht nur eine Schicht umfasst.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitabstand (TR-Mess) zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden HF-Anregungspulsen (26) für alle eingestrahlten HF-Anregungspulse (26) konstant ist.
Magnetresonanzanlage zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt 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 von von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um für jede der zu messenden Schichten einen SPAIR-Puls (32) einzustrahlen, um eine vorbestimmte Zeitspanne (TI) nach dem SPAIR-Puls (32) einen HF-Anregungspuls (26) einzustrahlen und um MR-Daten zu erfassen, wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um die vorbestimmte Zeitspanne (TI) bei mindestens einer Schicht verschieden von der Zeitspanne (TI) für die restlichen Schichten einzustellen, und wobei die Magnetresonanzanlage ausgestaltet ist, um die MR-Daten dieser mindestens einen Schicht zeitlich zuerst zu erfassen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–12 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 1–12 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 1–12 durchführen.