DE102018205075A1

DE102018205075A1 - Messsignalgewinnung bei spinechobasierter Bildgebung

Info

Publication number: DE102018205075A1
Application number: DE102018205075.9A
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Fautz; Dominik Paul
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US10928474B2; US20190310339A1

Abstract

Der Kontrast bei MR-Aufnahmen bei auf Spinecho basierender Bildgebung soll optimiert werden. Dazu wird ein Verfahren einschließlich des Applizierens eines statischen Magnetfelds, eines Anregungspulses (α₁), eines Refokussierungpulses (α₂, ..., α_n) und eines HF-Pulses (α_n+1) zum Zeitpunkt eines durch die Pulse hervorgerufenen Echos bereitgestellt, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel (φ) ausgelenkt wird. Der Flipwinkel (φ) wird so gewählt, dass bei vorgegebener Repetitionszeit des Anregungspulses ein vorbestimmter Kontrast für zwei vorgegebene Gewebetypen des abzubildenden Objekts gegeben ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild (Magnetresonanz) bzw. eine MR-Aufnahme für auf Spinecho basierender Bildgebung durch Applizieren eines statischen Magnetfelds in positiver z-Richtung, wodurch sich in einem abzubildenden Objekt eine Magnetisierung in positiver z-Richtung ergibt, Applizieren eines (90°-)Anregungspulses, wodurch die Magnetisierung um z.B. 90° gekippt wird, Applizieren eines (180°-) Refokussierungspulses und Applizieren eines HF-Pulses zum Zeitpunkt eines durch die Pulse hervorgerufenen Echos, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel ausgelenkt wird. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein MR-Gerät zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild für auf Spinecho basierender Bildgebung mit einer ersten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren des statischen Magnetfelds und einer zweiten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren des Anregungspulses, des Refokussierungspulses und des HF-Pulses.
Die Magnetresonanztomographie (MRT, MRI für Englisch „Magnetic Resonance Imaging“) ist ein bekanntes bildgebendes Verfahren in der Medizintechnik. Dabei wird ein Untersuchungsobjekt, beispielsweise ein Patient, einem zumindest im Wesentlichen statischen Magnetfeld ausgesetzt, dem ein ebenfalls zumindest im Wesentlichen statischer, also zeitlich konstanter, Gradient, also ein räumlich linear ansteigendes Gradientenfeld, aufgeprägt oder überlagert ist. Es werden dann Hoch- oder Radiofrequenzpulse (HF-Pulse, RF-Pulse), also ein magnetisches Wechselfeld, eingestrahlt, mit dem in dem Untersuchungsobjekt Kernspins resonant angeregt werden. Die HF-Pulse werden mittels eines HF-Verstärkers und einer von diesem versorgten oder getriebenen Spule, der sogenannten Körperspule, erzeugt. In welchen Teilen des Untersuchungsobjekts die Anregung des Kernspins erfolgt, ist dabei abhängig von einer lokalen Stärke des effektiven, statischen Magnetfelds und der Frequenz der HF-Pulse. Durch entsprechende Variation kann also gezielt eine selektive Anregung einer Schicht (Englisch „Slice“) des Untersuchungsobjekts erfolgen. Durch eine Vielzahl nacheinander, also in einer Sequenz oder Messsequenz, eingestrahlter HF-Pulse und Aufzeichnung jeweiliger Antwort- oder Relaxationssignale kann so letztlich eine dreidimensionale Aufnahme des Untersuchungsobjekts gewonnen werden.
Das statische Magnetfeld bewirkt eine Ausrichtung der Dipolmomente des Untersuchungsobjekts in Feldrichtung ( z-Richtung). Es ergibt sich dadurch eine außen messbare Magnetisierung in Richtung des äußeren statischen Felds (Longitudinal-Magnetisierung). Durch ein magnetisches Wechselfeld geeigneter Frequenz, Stärke und Dauer (hier auch Anregungspuls oder 90°-Anregungspuls genannt) kann die Magnetisierung so aus der Longitudinalrichtung (z-Richtung) vorzugsweise um 90° (ggf. auch mehr oder weniger) gekippt werden, dass sie in der x-y-Ebene präzediert und die longitudinale Magnetisierung zunächst den Wert 0 hat. Nach dem Anregungspuls wird die longitudinale Magnetisierung wieder aufgebaut, was als Spin-Gitter-Relaxation bezeichnet wird. Die Zeitkonstante für diese Spin-Gitter-Relaxation wird mit T1 bezeichnet.
Die sogenannte Spin-Echo-Technik basiert auf einer Abfolge eines (90°-)Anregungspulses und eines (180°-)Refokussierungspulses. Um den Einfluss von störenden Magnetfeldern auf die präzedierenden Spins zu verhindern (welche zur Abnahme der Synchronisation zwischen den Kreiselbewegungen der einzelnen Spins führt und daher die Querrelaxation beschleunigt), wird in der Mitte des Zeitintervalls zwischen dem (90°-)Anregungspuls und der Datenauslese (halbe Echozeit) der (180°-)Refokussierungspuls eingestrahlt. Dieser Puls bewirkt eine Synchronisation der Kreiselbewegungen, sodass es zum Zeitpunkt der Datenauslese (Echozeit TE) zu einem maximal verstärkten Signal (Echo) kommt.
Die Turbo-Spin-Echo-(TSE)-Technik ist eine Weiterentwicklung der Spin-Echo-Technik. Während bei der Spin-Echo-Sequenz pro Anregung (90°-Puls) ein Echo ausgelesen wird, werden bei der TSE-Technik pro Anregung durch zusätzliche Refokussierungspulse mehrere Echos erzeugt und empfangen (Echo-Train beziehungsweise Puls-Zug). Durch diese mehreren Echos lässt sich die Messzeit stark reduzieren beziehungsweise eine höhere Auflösung erreichen als bei der SE-Technik.
Die spinechobasierte, T1-gewichtete Bildgebung ist ein weit verbreiteter Standard für Neuro-, Wirbelsäulen- und Muskel-Skelett-(MSK)-Bildgebung. Ein Nachteil sind die Aufnahmezeiten, die insbesondere bei magnetischen Flussdichten von drei Tesla (kurz: 3T) sehr lang werden können. TSE-basierte Aufnahmen mit kurzen Echozügen sind daher wünschenswert, um die Aufnahmezeit zu reduzieren. Solche TSE-basierte Aufnahmen leiden aber wiederum vor allem bei 3T an reduziertem Kontrast im Vergleich zu reinen SE-Aufnahmen.
In Gradientenechobasierten oder reinen Spinecho-Aufnahmen ist der T1l-Kontrast durch zwei Parameter definiert: Die Puls-Wiederholzeit TR (Repetitionszeit) und der (Anregungs-)Flipwinkel bei der Anregung aus der xy-Ebenen in negativer z-Richtung. In T1-gewichteten TSE-Sequenzen hingegen ist die Möglichkeit der Einflussnahme auf den Kontrast eingeschränkt. Der Kontrast hängt weitestgehend nur von TR ab. Aufgrund der großen Refokussierungsflipwinkel verschwindet die longitudinale Magnetisierung nach wenigen Pulsen, sodass sich die longitudinale Magnetisierung nach jedem Echozug jeweils von 0 aufbaut. Die bei der nächsten Anregung zur Verfügung stehende Magnetisierung ist somit weitestgehend unabhängig von den verwendeten Flipwinkeln. Damit ist TR und die Aufnahmezeit durch den gewünschten Kontrast fest bestimmt. Die Möglichkeit, den Kontrast für ein bestimmtes TR weiter zu optimieren oder flexibel TR einstellen zu können, ohne den Kontrast zu ändern, besteht bislang nicht.
Die Anmelderin hat eine sogenannte SPACE-Technologie entwickelt, bei der Aufnahmen durch Einzelscheiben-3D-TSE-Sequenzen mit scheibenselektiven, variablen Anregungspulsen gewonnen werden. Dabei verbessert ein HF-Puls mit einem Flipwinkel von 90° (negative z-Richtung), der nach dem Echozug die verbleibende Quermagnetisierung invertiert, den Tl-Kontrast für ein bestimmtes TR.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Kontrast bei MR-Aufnahmen für ein bestimmtes TR zu optimieren oder flexibel im TR zu sein, ohne den Kontrast zu ändern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein MR-Gerät entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird demnach bereitgestellt ein Verfahren zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild für auf Spinecho basierender Bildgebung durch

- Applizieren eines statischen Magnetfelds in positiver z-Richtung, wodurch sich in einem abzubildenden Objekt eine Magnetisierung in positiver z-Richtung ergibt,
- Applizieren eines (90°-)Anregungspulses, wodurch die Magnetisierung um einen vorgebbaren Winkel gekippt wird,
- Applizieren eines Refokussierungspulses und
- Applizieren eines HF-Pulses zum Zeitpunkt eines durch die Pulse hervorgerufenen Echos, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel ausgelenkt wird, wobei
- der Flipwinkel so gewählt wird, dass bei vorgegebener Repetitionszeit (TR) des (90°-)Anregungspulses ein vorbestimmter Kontrast für zwei vorgegebene Gewebetypen des Objekts gegeben ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Messsignal für ein MR-Bild gewonnen, indem zunächst unterschiedliche Magnetfelder auf das Untersuchungsobjekt (kurz Objekt) appliziert werden. Das Messsignal ergibt sich insbesondere aus der Spinecho-Technik. Aus dem Messsignal beziehungsweise mehreren Messsignalen wird dann ein MR-Bild beziehungsweise eine MR-Aufnahme generiert. Zum einen wird ein statisches Magnetfeld ${\vec{B}}_{0}$
in positiver z-Richtung appliziert. In dem Objekt stellt sich dadurch eine Magnetisierung in positiver z-Richtung ein.
Des Weiteren wird beispielsweise in dem MRT-Gerät ein (90°-)Anregungspuls appliziert. Dies kippt die Magnetisierung, die sich bislang in positiver z-Richtung ausgerichtet hat, um einen vorgebbaren Winkel, so dass sie einen gewissen Anteil in der xy-Ebene besitzt. Aus dieser Stellung heraus laufen die Anteile der auf Spins beruhenden Magnetisierungsvektoren in der xy-Ebene um die z-Achse auseinander. Nun wird typischerweise zur halben Echozeit ein Refokussierungspuls oder ein Gradientenfeld zur Refokussierung beziehungsweise Rephasierung appliziert. Die zuvor auseinanderlaufenden Magnetisierungsvektoren laufen nach der Refokussierung wieder zusammen, sodass sie nach der gleichen Zeitspanne, die zwischen dem (90°-)Anregungspuls und dem Refokussierungspuls vergangen ist, wieder in Phase sind (Rephasierung). Zu diesem Zeitpunkt erzeugen sie ein deutliches Maximum des induzierten Signals, nämlich das Spin-Echo.
Ebenfalls zu diesem Zeitpunkt des durch die Pulse hervorgerufenen Echos wird ein weiterer HF-Puls appliziert. Die Magnetisierungsvektoren befinden sich also gerade in Phase und werden um einen zu bestimmenden Winkel (Flipwinkel) in die negative z-Richtung geschwenkt. Der Flipwinkel wird so gewählt, dass bei vorgegebener Repetitionszeit (TR) des (90°-)Anregungspulses für zwei vorbestimmte Gewebetypen des zu untersuchenden Objekts sich ein bestimmter Kontrast ergibt. Dies bedeutet, dass ein bestimmter Kontrast dadurch eingestellt wird, dass der Flipwinkel entsprechend abgeändert wird, ohne dass die Repetitionszeit verändert wird. Damit steht für die Einstellung des Kontrasts ein weiterer Freiheitsgrad neben der Einstellmöglichkeit mittels der Repetitionszeit zur Verfügung.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der vorbestimmte Kontrast ein maximaler Kontrast. Dies bedeutet, dass der Flipwinkel so gewählt wird, dass sich in Abhängigkeit von der Repetitionszeit ein maximaler Kontrast einstellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Flipwinkel in Abhängigkeit von der Repetitionszeit des (90°-)Anregungspulses so gewählt wird, dass der vorbestimmte Kontrast im Wesentlichen unabhängig von der Repetitionszeit ist. Dies bedeutet, dass der Flipwinkel in Abhängigkeit von der Repetitionszeit so eingestellt wird, dass der Kontrast für das Gewebepaar zumindest in einem gewissen Bereich der Repetitionszeit konstant ist. Somit ist es beispielsweise möglich, bei gleichbleibendem Kontrast die Repetitionszeit zu erhöhen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem (90°-)Anregungspuls dem Refokussierungspuls mindestens ein weiterer Refokussierungspuls vorausgeht. Dies bedeutet, dass eine Sequenz von einem (90°-)Anregungspuls und mehreren Refokussierungspulsen appliziert werden, die einen Puls-Zug ergeben. Dadurch kann die Turbo-Spin-Echo-Technik realisiert werden, wobei sich mehrere Echos in einer solchen Sequenz ergeben.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die auf Spinecho basierende Bildgebung eine T1-Bildgebung ist. Dies bedeutet, dass die Messsignale hinsichtlich der Längsrelaxationszeit T1 ausgewertet werden. Diese Zeit ist maßgeblich dafür, dass sich die Quermagnetisierung M_xy zur Longitudinalmagnetisierung M_z zurückbildet. Im menschlichen Gewebe liegen die T1-Relaxationszeiten typischerweise zwischen 100 und 2000 ms.
Ein spezielles Ausführungsbeispiel ist darauf gerichtet, dass die zwei vorgegebenen Gewebearten des Objekts weißes und graues Gehirngewebe sind und der Kontrast entsprechend ein Grau-Weiß-Kontrast ist. Dies bedeutet, dass der Flipwinkel dazu verwendet wird, dass ein spezifischer Kontrast bei Gehirnaufnahmen eingestellt werden kann. Insbesondere kann der Grau-Weiß-Kontrast bei Gehirnaufnahmen maximiert werden. Ähnliches gilt natürlich auch für andere Gewebearten. So kann beispielsweise der Kontrast zwischen Knorpelgewebe und Muskelgewebe oder Knochengewebe und Knorpelgewebe maximiert werden.
In einer speziellen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der maximale Kontrast mittels eines Phasengraph-Algorithmus berechnet. Auf diese Weise kann die Bloch-Gleichung günstig gelöst werden.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass das statistische Magnetfeld eine Flussdichte von drei Tesla oder mehr besitzt. Mit derart hohen magnetischen Flussdichten kann eine verbesserte Signalqualität erreicht werden. Allerdings sind dafür in der Regel tiefgekühlte, supraleitende Spulen erforderlich.
Vorzugsweise liegt die Repetitionszeit (TR) im Bereich von 500 bis 2000 ms. Zum einen wird bei diesen Repetitionszeiten insbesondere für den Grau-Weiß-Kontrast bei Gehirn-Aufnahmen eine ausreichend hohe Signalstärke erzielt und zum anderen kann bei diesen Zeiten auch eine wesentliche Beeinflussung des Kontrasts durch den Flipwinkel erfolgen.
Der vorgebbare Winkel, um den die Magnetisierung durch den Anregungspuls gekippt wird, kann in einem Bereich von 90°+- 45° liegen. Prinzipiell kann sein Betrag aber auch kleiner als 45° sein.
Ferner kann mit dem Refokussierungspuls oder dem mindestens einen weiteren Refokussierungspuls (α₂ , ..., α_n ) die Magnetisierung jeweils um 180° oder weniger gekippt werden. Insbesondere sind aus energetischen Gründen auch Winkel von z.B. 120° oder 150° praktikabel.
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch gelöst durch ein MR-Gerät zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild für auf Spinecho basierender Bildgebung mit

- einer ersten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren eines statischen Magnetfelds in positiver z-Richtung, wodurch sich in einem abzubildenden Objekt eine Magnetisierung in positiver z-Richtung ergibt, und
- einer zweiten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren eines (90°-)Anregungspulses, wodurch die Magnetisierung in dem Objekt um vorgebbaren Winkel gekippt wird, zum Applizieren eines Refokussierungspulses und zum Applizieren eines HF-Pulses zum Zeitpunkt eines durch die Pulse hervorgerufenen Echos, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel ausgelenkt wird, wobei
- mit der zweiten Magnetisierungseinrichtung der Flipwinkel so wählbar ist, dass bei vorgegebener Repetitionszeit (TR) des (90°-)Anregungspulses ein vorbestimmter Kontrast für zwei vorgegebene Gewebetypen des Objekts gegeben ist.

Die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschilderten Varianten und Vorteile gelten sinngemäß auch für das erfindungsgemäße MR-Gerät.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

1 eine Pulsfolge entsprechend der vorliegenden Erfindung mit einstellbarem Flipwinkel;
2 ein Diagramm des Grau-Weiß-Kontrasts über der Repetitionszeit TR;
3 ein Diagramm des Flipwinkels über der Repetitionszeit TR für maximalen Grau-Weiß-Kontrast; und
4 ein Diagramm des Grau-Weiß-Kontrasts über der Repetitionszeit TR, wobei der Flipwinkel so geändert wird, dass der Kontrast konstant bleibt.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In einem MR-System soll beispielhaft Gehirngewebe untersucht werden. Es können aber auch andere Gewebetypen untersucht werden. Es wird beispielsweise spinechobasierte, T1-gewichtete Bildgebung gewählt. Die nachfolgenden Beispiele beziehen sich auf Turbo-Spin-Echo-Techniken, sie können sinngemäß aber auch bei einfachen Spin-Echo-Techniken realisiert werden.
Entsprechend 1 wird ein Spinensemble eines Atomkerns und damit die Magnetisierung 1 eines betroffenen Objekts zunächst in z-Richtung ausgerichtet. Dazu wird ein statisches Magnetfeld in z-Richtung (Längsrichtung) auf das Objekt appliziert. Zu einem Zeitpunkt t₀ wird ein (90°-)Anregungspuls α₁ auf das Objekt appliziert. Dadurch kippt zumindest ein Anteil der Magnetisierung um 90° in die xy-Ebene. Dabei ergibt sich die um 90° gekippte Magnetisierung 2. Diese gekippte Magnetisierung 2 steht nun senkrecht zur Richtung des statischen Magnetfelds. Die einzelnen Magnetisierungsvektoren der gekippten Magnetisierung 2 laufen nun in und gegen den Uhrzeigersinn um die z-Achse auseinander. Dabei sind die einzelnen Magnetisierungsvektoren unterschiedlich schnell. Die Magnetisierungsvektoren werden dephasiert.
Um nun eine Rephasierung beziehungsweise Refokussierung zu erreichen, werden einer oder mehrere Refokussierungspulse α₂ , α₃ , ..., α_n appliziert. Die Wirkung einer solchen Refokussierung ist in 1 für den Refokussierungspuls α₃ speziell für einen einzelnen Magnetisierungsvektor 3 dargestellt. Dieser wird hier um 180° beispielsweise um die y-Achse gekippt, wodurch sich der um 180° gekippte Magnetisierungsvektor 4 in der xy-Ebene ergibt (der Kippwinkel kann aber auch weniger als 180°, z.B. 150° oder 120° betragen). Der gekippte bzw. refokussierte Magnetisierungsvektor läuft dann zurück in die Ausgangsposition, hier die y-Achse entsprechend der gekippten Magnetisierung 2 nach dem (90°-)Anregungspuls. Alle anderen Magnetisierungsvektoren in der xy-Ebene werden ebenfalls um 180° gekippt und laufen mit ihrer Geschwindigkeit ebenfalls zurück auf die Ausgangsposition. Der (180°-)Refokussierungspuls bewirkt somit eine Synchronisation der einzelnen Magnetisierungsvektoren, da diese sich zu einem Zeitpunkt t₂ wieder in der genannten Ausgangsposition treffen und dabei das sogenannte Echo erzeugen. Der Zeitpunkt t₂ entspricht also dem Echozeitpunkt. Die Echozeit TE stellt eine Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t₀ des (90°-)Anregungspulses α₁ und dem Echozeitpunkt t ₂ dar. Der Zeitpunkt t₁ des Refokussierungspulses α₂ liegt genau zwischen den beiden Zeitpunkten t₀ und t₂ , da die Spins nach der Refokussierung ja wieder genau so lange für das Rephasieren benötigen wie für das Dephasieren.
Im vorliegenden Beispiel erfolgen zu den Zeitpunkten t₃ und t_n die weiteren Refokussierungspulse α₃ und α_n . Die Anzahl der Refokussierungspulse kann nach Bedarf gewählt werden. Es muss jedoch mindestens einer sein.
Im zeitlichen Abstand von TE/2 nach dem Zeitpunkt t_n , also zum Zeitpunkt t_n+1 erfolgt das letzte Echo des TSE-Echozugs. Genau zu diesem Zeitpunkt wird nun erfindungsgemäß ein HF-Puls α_n+1 appliziert, der die verbleibende Quermagnetisierung 5, die aufgrund von Verlusten gegenüber der gekippten Magnetisierung 2 etwas zurückgegangen ist, zur negativen z-Achse hin auslenkt, wodurch sich eine geflippte Magnetisierung 6 ergibt. Der Flipwinkel φ zwischen der verbleibenden Quermagnetisierung 5 und der geflippten Magnetisierung 6 ist durch den HF-Puls α_n+1 , der auch als „After-Train-Pulse“ bezeichnet werden kann, einstellbar.
Abhängig von dem Flipwinkel φ des „After-Train-Pulse“ bzw. HF-Pulses lässt sich der Kontrast bei einer bestimmten Repetitionszeit TR verändern. Dies kann z.B. dazu verwendet werden, den Kontrast zwischen zwei bestimmten Geweben beziehungsweise Gewebetypen für ein bestimmtes TR zu maximieren. Dies zeigt die Simulation von 2 für den Grau-Weiß-Kontrast von grauem und weißem Gehirngewebe. Der Kontrast K ist über einem typischen Repetitionsbereich von 500 ms bis 2000 ms aufgetragen. Kurve 7 zeigt den relativen Signalunterschied zwischen grauer und weißer Hirnsubstanz abhängig von dem verwendeten TR unter Verwendung einer konventionellen TSE-Sequenz mit vier Refokussierungspulsen bei 3 T. Mit steigendem TR steigt der Kontrast zunächst an und fällt dann wieder ab. Der maximale Kontrast wird mit den verwendeten Simulationsparametern bei einem TR von ungefähr 1100 ms erreicht.
Kurve 8 zeigt die Verwendung eines „After-Train-Pulse“ mit optimalem Flipwinkel, d.h. maximalem Grau-Weiß-Kontrast. Gemäß Kurve 8 steigt der Kontrast über dem TR-Bereich von 500 bis 2000 ms stetig an. Beim maximalen Kontrast K_m des konventionellen Verfahrens ohne den „After-Train-Pulse“ bei einem TR von ungefähr 1100 ms lässt sich mit dem „After-Train-Pulse“ mit einem optimalen Flipwinkel von 22° eine Kontraststeigerung 9 von etwa 10 Prozent erreichen. Die Kurve 8 zeigt also den maximal möglichen Grau-Weiß-Kontrast unter Verwendung des optimalen „After-Train“-Flipwinkels.
Der optimale Flipwinkel φ für jedes TR, der zu dem maximalen Kontrast führt, ist in 3 mit der Kurve 10 gezeigt. Sie steigt nach etwa 650 ms stetig vom Flipwinkel gleich 0° an und erreicht nach etwa 1700 ms den Flipwinkel 90°, der hier optimal ist. Während der Grau-Weiß-Kontrast für zunehmende TR größer 1100 ms also konventionell abnimmt (vergleiche 2), kann der Grau-Weiß-Kontrast mit zunehmendem „After-Train“-Flipwinkel φ weiter erhöht werden.
Zur Berechnung des optimalen „After-Train“-Flipwinkels können beispielsweise die Signale für die TSE-Sequenz der interessierenden Gewebe beziehungsweise des interessierenden Gewebepaars mittels bekannter Algorithmen z.B. für alle ganzzahligen Flipwinkel von 0 bis 90° berechnet werden. Ein solcher Algorithmus kann ein sogenannter „Phase-Graph“-Algorithmus oder ein anderer Algorithmus zur Lösung der Bloch-Gleichung sein. Insbesondere wird aus den Signalamplituden für die verschiedenen Gewebe der Kontrast berechnet und der Flipwinkel φ identifiziert, der zu dem maximalen Kontrast führt.
In manchen Fällen ist es nicht wichtig, stets den maximalen Kontrast zu erreichen. Vielmehr kann es auch Ziel sein, einen Kontrast konstant zu halten, wenn sich die Repetitionszeit TR ändert. Beispielsweise soll die Belastung für den Patienten beziehungsweise der Energieverbrauch gesenkt werden, indem die Repetitionszeit TR verlängert wird. Gleichzeitig soll aber der Kontrast beibehalten werden. In diesem Fall kann die oben genannte Berechnung des optimalen „After-Train“-Flipwinkels dazu verwendet werden, für ein bestimmtes TR den Flipwinkel zu bestimmen, der einen möglichst ähnlichen Kontrast erzeugt zu dem Kontrast, der bei einem anderen TR (und gegebenenfalls anderem Flipwinkel oder Flipwinkel 0) erzeugt wird.
4 zeigt hierzu wie 2 den Grau-Weiß-Kontrast über der Repetitionszeit TR von etwa 500 bis 2000 ms. Zum Vergleich ist wiederum die Kurve 7 für eine konventionelle TSE-Sequenz ohne „After-Train-Pulse“ dargestellt. Über der Repetitionszeit steigt der Kontrast K, wie oben geschildert, zunächst an und fällt dann wieder ab. Die Kurve 11 hingegen zeigt den Grau-Weiß-Kontrast für eine TSE-Sequenz mit „After-Train-Pulse“, wobei der Kontrast mit verschiedenen Flipwinkeln φ über einem bestimmten Bereich von TR (hier etwa 900 bis 2000 ms) im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Der Flipwinkel φ wird also abhängig von TR stets so gewählt, dass ein Zielkontrast K_z erreicht wird.
Erfindungsgemäß kann somit auch ein MR-Gerät bereitgestellt werden, dessen erste Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren des statischen Magnetfelds dient und dessen zweite Magnetisierungseinrichtung ausgebildet ist, die SE- oder TSE-Sequenz einschließlich des „After-Train-Pulse“ mit dem spezifischen Flipwinkel zu applizieren. Dieser spezifische Flipwinkel wird entsprechend den obigen Vorgaben eingestellt.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt also darin, mit einem beliebigen Flipwinkel (auch ungleich 180° gegenüber der positiven z-Richtung) insbesondere den Tl-Kontrast in T1-gewichteten TSE-Aufnahmen gezielt zu modifizieren. D.h. es wird z.B. der optimale Flipwinkel berechnet, der einen bestimmten Kontrast bei gegebenem TR maximiert. Spezielle Vorteile dabei sind der erhöhte Tl-Kontrast bei gegebenem TR und die Erhöhung des maximal möglichen Kontrasts bei längerem TR und damit eine Erweiterung des verwendbaren TR-Bereichs. Vorteilhaft ist zudem die Möglichkeit, den Kontrast über einen TR-Bereich konstant zu halten.

Claims

Verfahren zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild für auf Spinecho basierender Bildgebung durch - Applizieren eines statischen Magnetfelds in positiver z-Richtung, wodurch sich in einem abzubildenden Objekt eine Magnetisierung (1) in positiver z-Richtung ergibt, - Applizieren eines Anregungspulses (α₁), wodurch die Magnetisierung um einen vorgebbaren Winkel gekippt wird (2), - Applizieren eines Refokussierungspulses (α₂, ..., α_n) und - Applizieren eines HF-Pulses (α_n+1 zum Zeitpunkt eines durch die Pulse (α₁, ..., α_n) hervorgerufenen Echos, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel (φ) ausgelenkt wird, wobei - der Flipwinkel (φ) so gewählt wird, dass bei vorgegebener Repetitionszeit (TR) des Anregungspulses (α₁) ein vorbestimmter Kontrast für zwei vorgegebene Gewebetypen des Objekts gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Kontrast ein maximaler Kontrast (K_m) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Flipwinkel (φ) in Abhängigkeit von der Repetitionszeit (TR) des (90°-)Anregungspulses (α₁) so gewählt wird, dass der vorbestimmte Kontrast im Wesentlichen unabhängig von der Repetitionszeit (TR) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Anregungspuls (α₁) dem Refokussierungspuls (α₂, ..., α_n) mindestens ein weiterer Refokussierungspuls (α₂, ..., α_n) vorausgeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die auf Spinecho basierende Bildgebung eine T1-Bildgebung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei vorgegebenen Gewebearten des Objekts weißes und graues Gehirngewebe sind und der Kontrast entsprechend ein Grau-Weiß-Kontrast ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der maximale Kontrast (Km) mittels eines Phasengraph-Algorithmus berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das statische Magnetfeld eine Flussdichte von 3 T oder mehr besitzt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Repetitionszeit (TR) im Bereich von 500 bis 2000 ms liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorgebbare Winkel, um den die Magnetisierung durch den Anregungspuls (α₁) gekippt wird, in einem Bereich von 90°+- 45° liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem Refokussierungspuls oder dem mindestens einen weiteren Refokussierungspuls (α₂, ..., α_n) die Magnetisierung jeweils um 180° oder weniger gekippt wird.
MR-Gerät zum Gewinnen eines Messsignals für ein MR-Bild für auf Spinecho basierender Bildgebung mit - einer ersten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren eines statischen Magnetfelds in positiver z-Richtung, wodurch sich in einem abzubildenden Objekt eine Magnetisierung (1) in positiver z-Richtung ergibt, und - einer zweiten Magnetisierungseinrichtung zum Applizieren eines Anregungspulses (α₁), wodurch die Magnetisierung in dem Objekt um einen vorgebbaren Winkel gekippt wird (2), zum Applizieren eines Refokussierungspulses (α₂, ..., α_n) und zum Applizieren eines HF-Pulses (α_n+1 zum Zeitpunkt eines durch die Pulse (α₁, ..., α_n) hervorgerufenen Echos, wodurch die Magnetisierung in negativer z-Richtung um einen Flipwinkel (φ) ausgelenkt wird (6), wobei - mit der zweiten Magnetisierungseinrichtung der Flipwinkel (φ) so wählbar ist, dass bei vorgegebener Repetitionszeit (TR) des Anregungspulses (α₁) ein vorbestimmter Kontrast für zwei vorgegebene Gewebetypen des Objekts gegeben ist.