DE19901171C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen von Daten für Magnetresonanz-Bildgebung - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Gewinnen von Daten für Magnetresonanz-BildgebungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die ortsaufgelöste
Untersuchung von Objekten mittels Magnetresonanz (MR) und
betrifft speziell ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Gewinnen von Daten für die Darstellung eines Bildes, welches die räum
liche Verteilung des MR-Verhaltens eines Objektes innerhalb
eines ausgewählten Ortsbereiches zeigt, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 18.
Bei den gebräuchlichen MR-Bildgebungsverfahren wird der zu
untersuchende Objektbereich, also die "Probe", in einem
stationären Magnetfeld B0 angeordnet und einer Folge von
mindestens einem elektromagnetischen Hochfrequenz (HF)-Impuls
ausgewählter Frequenz und darauffolgenden Impulsen von Magnet
feldgradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgesetzt,
derart, daß infolge der HF-Anregungen Echos erscheinen, die
als NMR-Signal detektiert werden und Aufschluß über die
Beschaffenheit der Probe geben. Hierbei sind neben der Dichte
der durch die HF-Impulse beeinflußbaren Spins verschiedene
Relaxations-Zeitkonstanten der Spinmagnetisierung charakteri
stisch, unter anderem die Spin-Gitter-Relaxationszeit T1, die
Spin-Spin-Relaxationszeit T2 und die effektive Spin-Spin-
Relaxationszeit T2*. Zu erwähnen sei ferner noch die mit T1ρ
bezeichnete Zeitkonstante, welche die Relaxation der Magnetisierung
in Richtung eines effektiven Magnetfeldes be
schreibt, das sich aus statischem und einem HF-Magnetfeld
zusammensetzt; d. h., T1ρ beschreibt die Relaxation in einem
rotierendem Koorsinatensystem.
Der Energiegehalt des HF-Impulses bestimmt die Menge der
angeregten, zur Aussendung eines MR-Signals fähigen Spins
(transversale Magnetisierung) im Verhältnis zu den im
Gleichgewicht befindlichen Spins (longitudinale Magne
tisierung). Der Arcustangens dieses Verhältnisses wird als
Flipwinkel des HF-Impulses bezeichnet.
Die Resonanzfrequenz der Spins und somit die Frequenz sowohl
eines anregungsfähigen HF-Impulses als auch der meßbaren MR-
Signale wird durch die örtliche Magnetfeldstärke bestimmt. Zur
Ortsauflösung wird daher bei allen Bildgebungsverfahren wäh
rend der Signaldetektion ein sogenannter Lesegradient in einer
gewählten Raumrichtung aufgeprägt, um unterschiedlichen Orten
längs dieser Richtung jeweils verschiedene Frequenzen im
Signal zuzuordnen (Frequenzcodierung). Durch eine Fourier-
Transformation lassen sich die verschiedenen Frequenzen und
damit die Beiträge verschiedener Orte trennen. Auf diese Weise
wird eine Ortsauflösung in der betreffenden Raumrichtung, die
auch als "Frequenzachse" bezeichnet wird, ermöglicht.
Zur Ortsauflösung in einer zweiten, zur Leserichtung
orthogonalen Raumrichtung wird üblicherweise vor dem Erschei
nen des zu detektierenden Signals vorübergehend ein Gradient
in dieser Richtung aufgeprägt, was bewirkt, daß die in der
Probe angeregten Schwingungen (Spins) entlang der betreffenden
Raumrichtung dephasieren. Durch schrittweises Ändern des Zeit
integrals dieses "Phasengradienten" von Echo zu Echo ändert
sich die Phase des von einem Ort stammenden Signalbeitrages
von Echo zu Echo. Die Signalbeiträge der verschiedenen Orte
entlang dieser Richtung können durch eine Fourier-Transforma
tion bezüglich der laufenden Nummer des Echos voneinander
getrennt werden. Da Frequenz und Phase jeweils getrennt abhängig
von der Position entlang orthogonaler Raumkoordinaten
sind, läßt sich ein zweidimensionales Bild des Objektes rekon
struieren.
Eine Ortsselektion in einer dritten Raumrichtung erfolgt durch
Anlegen eines Gradienten in dieser Richtung während des anre
genden frequenzselektiven HF-Impulses. Durch diesen
"Schichtgradienten" wird eine Schicht im Objekt für die Anre
gung selektiert.
Die meisten gebräuchlichen MR-Bildgebungsverfahren arbeiten
mit der vorstehend beschriebenen kombinierten Frequenz- und
Phasencodierung. Für die Darstellung z. B. eines zweidimensio
nalen N-zeiligen Bildes werden hintereinander N Echos erzeugt,
jedes mit einer anderen Phasencodierung, und jedes Echo dieser
N-Echofolge wird in der gleichen Weise durch den Lesegradien
ten frequenzcodiert und als MR-Signal detektiert. Aus den
Abtastwerten der detektierten Signale wird eine zweidimensio
nale Matrix aus Daten gebildet, der sogenannte K-Raum, deren
jede Reihe bzw. "Zeile" einem anderen frequenzcodierten Echo
zugeordnet ist und Abtastwerte des betreffenden Echos enthält.
Die Zeilenrichtung wird auch als Frequenzachse des K-Raumes
bezeichnet. Die hierzu orthogonale Achse des K-Raumes ist als
Phasenkoordinate skaliert, d. h. die Position einer Reihe längs
dieser Achse ist bestimmt durch das Integral des Phasengra
dienten. Die so organisierte Datenmatrix wird dann einer
zweidimensionalen Fourier-Transformation (2D-FT) unterworfen,
um die Pixelwerte des Bildes zu erhalten.
Auch andere weniger gebräuchliche MR-Bildgebungsverfahren
(Projection Reconstruction Imaging, Spiral Imaging) tasten den
2D-K-Raum ab, wobei die strenge Trennung zwischen Phasenco
dier- und Lesegradientenrichtung in diesen Verfahren aufgeho
ben ist. Im allgemeinen wird mit diesen Verfahren der K-Raum
nicht-äquidistant in nicht-rechtwinkeligen Trajektorien
abgetastet. Daher müssen für diese Verfahren auch andere
Bildrekonstuktionsmethoden eingesetzt werden.
Bei den MR-Signalen unterscheidet man zwischen drei verschie
denen Arten. Das sogenannte "Spinecho-Signal" entsteht durch
Refokussierung der Magnetfeldinhomogenitätseffekte mittels
eines zusätzlichen HF-Impulses, der eine gewisse Zeit nach dem
ersten HF-Anregungsimpuls angelegt wird. Das sogenannte
"Gradientenecho-Signal" wird erzeugt durch Polaritätsumkehr
eines Magnetfeldgradienten (üblicherweise des Lesegradienten),
wodurch eine Refokussierung der durch die bisherige Wirkung
dieses Gradienten herbeigeführten Dephasierung erfolgt. Soge
nannte "stimulierte Echosignale" und Echosignale höherer
Ordnung entstehen nach einer Folge von mindestens drei HF-
Impulsen mit Flipwinkeln ungleich 180°.
Die zur Aufnahme eines N-zeiligen Bildes nötige Gesamt-Echo
folge ("N-Echofolge") kann durch verschiedenste MR-Sequenzen
erzeugt werden, wobei sich jede MR-Sequenz aus einer einmali
gen Abfolge oder durch mehrmalige Wiederholung gleicher Abfol
gen von HF-Pulsen und Magnetfeldgradientenschaltungen zusam
mensetzt.
Die benötigte N-Echofolge kann erzeugt werden durch Sequenzen
bestehend aus einer N-fachen Wiederholung von gleichen Abfol
gen, wobei jede Abfolge aus jeweils einem eigenen HF-
Anregungsimpuls und einem einzigen Echo, sogenannte 1-Echo
folge, hervorgerufen durch eine Lesegradienten-Umschaltung
(Gradientenecho) oder einen refokussierenden HF-Impuls in Kom
bination mit geeigneten Lesegradienten-Schaltungen (Spinecho),
besteht. Es können aber auch nach einem HF-Anregungsimpuls
mehrere Spin- und/oder Gradientenechos innerhalb einer Abfolge
erzeugt und für die Bilddarstellung in der oben beschriebenen
Weise codiert werden; man spricht hier von Multiecho-Abfolgen
(M-Echofolge). Je nachdem, ob man alle benötigten N Echos
mittels einer Anregung und einer einzigen Abfolge erzeugt oder
ob die N Echos in mehreren aufeinanderfolgenden Abfolgen mit
jeweils eigener Anregungsimpulssequenz gesammelt werden,
spricht man von Einzelabfolge- oder von Mehrfachabfolge-
Verfahren.
Bei vielen Anwendungen der MR-Bildgebung ist man bestrebt, die
Echoerzeugung und -detektion möglichst schnell durchzuführen.
In den vergangenen beiden Jahrzehnten wurde eine große Anzahl
schneller Bildgebungstechniken vorgeschlagen, die ausführlich
in der Fachliteratur beschrieben sind. Zum diesbezüglichen
Stand der Technik sei nachstehend eine repräsentative Auswahl
von Fundstellen aufgeführt:
[1] A. Haase, J. Frahm, D. Matthaei, W. Hänicke, K.-D. Merboldt, "FLASH imaging. Rapid NMR imaging using low flip-angle pulses", J. Magn. Reson. 67, 258-266 (1986); [2] P. Mansfield, "Multi-planar formation using NMR spin echos", J. Phys. C. Solid State 10, L55-L58 (1977);
[3] J. Hennig, A. Nauerth, H. Friedburg, "RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR", Magn. Reson. Med. 3, 823-833 (1986);
[4] J. Hennig, M. Hodapp, "Burst imaging", MAGMA 1, 39-48, (1995);
[5] G. C. McKinnon, "Ultrafast interleaved gradient-echo planar imaging on a standard scanner", Magn. Res. Med. 30, 609-616 (1993);
[6] P. von Gelderen, C. T. W. Moonen, J. H. Duyn, "Susceptibility Insensive Single Shot MRI Combining BURST and Multiple Spin Echos", Magn. Res. Med. 33, 439-442 (1995);
[7] K. Oshio, D. A. Feinberg, "GRASE (Gradient-and-Spin-Echo) Imaging: A novel Fast MRI Technique", Magn. Res. Med. 20, 344-349 (1991);
[8] US-Patentschrift 5 168 226;
[9] Deutsche Offenlegungsschrift DE 43 17 028 A1;
[10] Deutsche Patentschrift DE 196 29 199 C2.
Auf diese Literaturstellen wird nachstehend durch Angabe der obigen laufenden Nummer in eckigen Klammern Bezug genommen.
[1] A. Haase, J. Frahm, D. Matthaei, W. Hänicke, K.-D. Merboldt, "FLASH imaging. Rapid NMR imaging using low flip-angle pulses", J. Magn. Reson. 67, 258-266 (1986); [2] P. Mansfield, "Multi-planar formation using NMR spin echos", J. Phys. C. Solid State 10, L55-L58 (1977);
[3] J. Hennig, A. Nauerth, H. Friedburg, "RARE imaging: a fast imaging method for clinical MR", Magn. Reson. Med. 3, 823-833 (1986);
[4] J. Hennig, M. Hodapp, "Burst imaging", MAGMA 1, 39-48, (1995);
[5] G. C. McKinnon, "Ultrafast interleaved gradient-echo planar imaging on a standard scanner", Magn. Res. Med. 30, 609-616 (1993);
[6] P. von Gelderen, C. T. W. Moonen, J. H. Duyn, "Susceptibility Insensive Single Shot MRI Combining BURST and Multiple Spin Echos", Magn. Res. Med. 33, 439-442 (1995);
[7] K. Oshio, D. A. Feinberg, "GRASE (Gradient-and-Spin-Echo) Imaging: A novel Fast MRI Technique", Magn. Res. Med. 20, 344-349 (1991);
[8] US-Patentschrift 5 168 226;
[9] Deutsche Offenlegungsschrift DE 43 17 028 A1;
[10] Deutsche Patentschrift DE 196 29 199 C2.
Auf diese Literaturstellen wird nachstehend durch Angabe der obigen laufenden Nummer in eckigen Klammern Bezug genommen.
Einige der dort beschriebenen Verfahren haben eine breite
Anwendung erlangt.
Die derzeit in der Fachwelt diskutierten oder üblichen schnel
len MR-Bildgebungstechniken lassen sich grob in fünf Kategorien
unterteilen:
- a) Konventionelle Mehrfachabfolge-Verfahren (z. B. Standard- Spinecho-Technik), die weniger Punkte im K-Raum füllen. Die recht bescheidene Verkürzung der Gesamtmeßzeit (um einen Faktor von 2 bis 4 gegenüber normalen Mehrfachab folge-Spinecho-Verfahren) wird erkauft durch eine entspre chende Verminderung der räumlichen Auflösung.
- b) Mehrfachabfolge-Verfahren mit Flipwinkeln < 90°, Gradien tenecho und kurzer Repetitionszeit << T1 (FLASH-Verfahren, vgl. [1], und Varianten davon). Hiermit ist eine Verminde rung der Gesamtmeßzeit um den Faktor 10 bis 1000 gegenüber normalen Mehrfachabfolge-Spinecho-Verfahren erzielbar. Dieses Mehrfachabfolge-Verfahren benötigt im Vergleich zur EPI-Bildgebung eine erhöhte Anzahl von Gradientenschalt punkten und damit verbunden eine erhöhte Gesamtbildmeßzeit bei gleichzeitig reduziertem Signal-zu-Rausch-Verhältnis (S/R). Vorteile bietet dieses Verfahren hinsichtlich der verzerrungsfreien Darstellung von Objektbereichen niedri ger Magnetfeldhomogenität und der robusten Darstellung von Bewegung und Fluß.
- c) Einzelabfolge-Verfahren; von den derzeit gebräuchlichen Verfahren dieser Gattung ist die Einzelabfolgen-Variante des sogenannten "Echo Planar Imaging" (EPI, vgl. [2]) das schnellste; hierbei wird die gesamte Bildinformation in einer einzigen Abfolge in Form von Gradientenechos nach einem einzigen Anregungsimpuls durch eine ultraschnelle Folge von Lesegradienten-Umschaltungen innerhalb von 25-250 ms gewonnen, so daß bewegungsbedingte Bildartefakte praktisch völlig vermieden werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil geringer räumlicher Auflösung, weil die Anzahl der nach dem Anregungsimpuls meßbaren Echos begrenzt ist, infolge der naturbedingt schnellen T2*- Relaxation. Außerdem stellt dieses Verfahren hohe Anfor derungen an die Hardware des MR-Bildgebungssystems, ins besondere hinsichtlich der Homogenität des statischen Magnetfeldes, der Gradientenstärke, der Gradienten-Schalt geschwindigkeit und der Gradientenverstärkerleistung. Weitere bekannte Einzelabfolge-Verfahren sind Spinecho- Verfahren mit schnellen Echofolgen durch direkte Aufeinan derfolge der refokussierenden HF-Impulse (RARE, vgl. [3]) oder Verfahren, bei denen spezielle HF-Anregungspulse in Anwesenheit eines konstanten Magnetfeldgradienten verwen det werden, die eine Vielzahl von Echosignalen erzeugen (BURST, vgl. [4]). Hiermit werden Gesamtmeßzeiten in der Größenordnung von 10 bis 500 ms erzielt. In diesen Ein zelabfolgeverfahren ist grundsätzlich die maximale Orts auflösung aber auch das erreichbare S/R durch Signalver luste limitiert, verursacht durch Relaxationszeit- und Diffusionseffekte. Zusätzlich können Bildartefakte durch Fluß und/oder Bewegung auftreten.
- d) Hybrid-Verfahren, bei denen entweder mehrere gleiche Mul tiechoabfolgen wiederholt werden (z. B. Multi-Shot-EPI, vgl. [5]; Multi-Spinecho-BURST, vgl. [6]) oder bei denen jedes Spinecho einer Einzelabfolge-Sequenz (also einer RARE-Sequenz) durch Lesegradienten-Umschaltungen in eine Mehrzahl von Gradientenechos "aufgespalten" wird (GRASE, vgl. [7]). Diese Verfahren erlauben Gesamtmeßzeiten in der Größenordnung von 100 ms-30 s und bieten den Vorteil geringer Signalverluste und damit verbunden ein höheres S/R. Nachteile beinhalten die durch diese Aufnahmeverfah ren bedingten Signalmodulationen, die in Geisterbildern resultieren können, aber auch die erhöhte Empfindlichkeit auf Meßfehler durch Fluß und Bewegung.
- e) Parallelverfahren, bei denen gleichzeitig verschiedene Signalempfangsspulen verwendet werden, um in simultaner Weise verschiedene Zeilen des K-Raumes zu füllen. Solche Verfahren können mit fast allen existierenden Bildgebungs sequenzen durchgeführt werden und bringen derzeit eine zusätzlich Verringerung der Gesamtmeßzeit um einen Faktor von etwa 2 bis 8. Der Nachteil dieser Parallelverfahren besteht darin, daß sie bislang noch nicht technisch ausgereift sind.
- f) Erwähnt seien noch die sogenannten "Keyhole-Verfahren" (vgl. z. B. [8] und [9]), bei denen es allerdings nicht um die Datengewinnung zur Dartellung nur eines einzelnen Bil des sondern darum geht, aus ein und dem selben Objektbe reich Daten für mehrere verschiedene MR-Bilder in zeitspa render Weise gewinnen, wobei sich der Informationsinhalt von Bild zu Bild unterscheidet. Diese Unterschiede können z. B. eine unterschiedliche Gewichtung hinsichtlich einer Relaxationzeit sein (vgl. [8]), die eingestellt wird durch Wahl der effektiven Echozeit, d. h. durch Zentrierung des K-Raumes auf frühe Echos der Abfolge (kleine effektive Echozeit) oder spätere Echos (größere effektive Echozeit), was jeweils durch besondere Wahl der Phasencodierung er reicht wird. Die Unterschiede können aber auch Änderungen im Objekt sein (vgl. [9]). Die Zeitersparnis wird dadurch erreicht, daß ein kompletter Datensatz nur einmal aufge nommen wird. Für die verschiedenen Bilder werden nur die jeweils zentral in den K-Raum einzuordnenden Echogruppen erzeugt und akquiriert, während die Daten für die äußere Bereiche des K-Raumes aus dem kompletten Datensatz für alle Bilder gemeinsam genutzt werden.
Wesentliches gemeinsames Merkmal aller heute bekannten MR-
Sequenzkategorien (a)-(d) ist, daß sich alle MR-Sequenzen als
Folge einer oder mehrerer nahezu identischer Abfolgen zusam
mensetzen lassen, wobei sich für den Fall der Mehrfachabfolge
verfahren, jede Abfolge nur durch den Grad der Phasencodierung
und anderen geringfügigen Änderungen von der vorhergehenden
oder nachfolgenden Abfolge unterscheidet (z. B. Änderungen in
der Zeitstruktur, auch als Echo-Time-Shifting bekannt).
So läßt sich z. B. das FLASH-Verfahren als Mehr
fachabfolgeverfahren beschreiben, da dieses aus identischen
Abfolgen von HF-Impulsen, Schicht- und Lesegradient zusammen
setzt wird, bei der lediglich von Abfolge zu Abfolge ein
Phasengradient schrittweise inkrementiert wird. Eine EPI-
Sequenz läßt sich dementsprechend als Einzelabfolgeverfahren
definieren, bei dem in einer einzigen Abfolge die gesamte
Bildinformation aufgenommen wird. Segmentierte EPI-Verfahren
oder GRASE lassen sich gemäß der hier eingeführten Klassifika
tion ebenfalls als Mehrfachabfolgeverfahren definieren, da
diese sich ebenfalls aus identischen Abfolgeblöcken von HF-
Impulsen, Schicht- und Lesegradient zusammensetzten, bei der
lediglich von Abfolge zu Abfolge der Wert des eingesetzten
Phasengradienten verändert wird.
Jede der vier Verfahrenskategorien (a)-(d) hat ihre eigenen
Vor- und Nachteile, wobei jedes Verfahren, das einen bestimm
ten Vorteil bietet, auch eine Reihe von Nachteilen nach sich
zieht. Unterschiedliche Aspekte der Bildqualität wie Kontrast,
Schärfe, Signal/Rausch-Verhältnis (S/N), Kontrast/Rausch-
Verhältnis (C/R), räumliche Auflösung und das Auftreten
bestimmter Artefakte werden bei unterschiedlichen Sequenzen
verschieden stark betont oder gedämpft. So ist bei Anwendung
einer Sequenz, die einen oder auch mehrere bestimmte Aspekte
der Bildqualität hervorhebt, mit einer Verschlechterung zumin
dest eines der anderen Aspekte zu rechnen. Praktisch unumstößlich
beim bisherigen Stand der Technik ist auch der Umstand,
daß Maßnahmen, die zur Verkürzung der Gesamtmeßzeit und damit
zur Beschleunigung der Bildgebung eingesetzt werden, oft
einhergehen mit einer merklichen Verschlechterung der Bildqua
lität. Dies gilt für nahezu sämtliche Aspekte der Bildquali
tät. Artefakte jedoch, die durch Objektbewegung entstehen,
werden bei Beschleunigung der Datengewinnung oftmals
vermindert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Ver
fahren zum Gewinnen von Magnetresonanzdaten für die Darstellung eines Bildes so auszubil
den, daß ein besserer Kompromiß als bisher zwischen verschie
denen Aspekten der Bildqualität oder zwischen der Geschwindig
keit der Datenaufnahme und dem jeweils gewünschten Aspekt der
Bildqualität erreicht wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß
durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Patentanspruch 18
aufgeführt.
Mit der Erfindung kann in neuartiger Weise die Erkenntnis
genutzt werden, daß der Kontrast eines MR-Bildes hauptsächlich
bestimmt wird durch die Information niedriger Raumfrequenz,
die in der Mitte des K-Raumes residiert, denn im Zentrum des
K-Raumes ist die Bildenergie stärker konzentriert. Dies gilt
gleichermaßen auch für das S/R und das C/R. In den äußeren
Bereichen des K-Raumes liegt höherfrequente Information, die
mehr zur Kantenschärfe des MR-Bildes beiträgt. Eine weitere,
mit der Erfindung in neuartiger Weise nutzbare Erkenntnis ist,
daß Bewegungsartefakte umso geringer sind, je weiter entfernt
die während signifikanter Bewegung aufgenommenen MR-Signale
vom Zentrum des K-Raumes liegen.
Dementsprechend besteht das Prinzip der Erfindung darin,
unterschiedliche Bedingungen im Verlauf der Signalerzeugung
herzustellen, indem die Sequenz aus mindestens zwei zeitlich
aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Abfolgen von HF- und
Gradientenimpulsen zusammengesetzt wird, wobei sich jede
Abfolge neben einer Unterschiedlichkeit in der Ortscodierung unterscheidet in mindestens einem der für verschiedene
Aspekte der Bildqualität verantwortlichen Merkmale der Echo
erzeugung. Die in dieser Weise durch unterschiedliche Abfolgen
erzeugten Echosignale werden dann jeweils in eigenen Bändern
des K-Raumes zusammengefaßt. Vorzugsweise ist zur Hervorhebung
eines gewünschten Aspektes der Bildqualität eine Abfolge zu
wählen, die optimal für diesen Aspekt ist, wobei jedoch nur
das mittlere Band des K-Raumes mit den abgetasteten MR-Daten
(Echo-Abtastwerte) dieser Abfolge gefüllt wird. Der übrige
Teil des K-Raumes, der weniger intensiv zur Gesamterscheinung
des Bildes beiträgt, wird hingegen mit den Echos einer anderen
Abfolge gefüllt, die den gewünschten Aspekt weniger betonen
mag, dafür aber einen anderen Aspekt betont, der sich beson
ders günstig an den Rändern des K-Raumes auswirkt. Die besagte
andere Abfolge kann auch eine schnellere sein, um so eine
insgesamt verkürzte Meßzeit zu erzielen, ohne daß die gewün
schte Bildqualität erkennbar leidet und ohne daß bewegte
Objektbereiche zu starken Artefakten führen.
Das Erfindungsprinzip ist ein Hybrid-Verfahren, welches sich
aber von den weiter oben erwähnten bekannten Hybrid-Verfahren
darin unterscheidet, daß verschiedenartige und eventuell
unterschiedlich schnelle Abfolgen zeitlich nacheinander
durchgeführt werden und die Signale der verschiedenen Abfolgen
getrennten Bändern des K-Raumes zugeordnet werden. Eine
gezielte, bänderartige Einordnung von Echogruppen, die an
vorgewählten Gruppen von Zeitfenstern innerhalb der Gesamt
folge erscheinen, in vorgewählte Bänder des K-Raumes ist zwar
in Verbindung mit dem GRASE-Verfahren bekannt (sogenanntes k-
banded GRASE, vgl. [10]), nur im Rahmen einer einzigen Abfolge
oder deren unveränderter Wiederholung. Hinsichtlich GRASE sei
der Vollständigkeit wegen erwähnt, daß dort Echosignale unter
schiedlicher Art zeitlich geschachtelt innerhalb jeweils einer
einzigen Abfolge erzeugt werden, und dann bänderartig oder
beliebig in den K-Raum eingeordnet werden können, wobei die
Abfolge mehrmals unverändert wiederholt werden mag.
Trotz der großen Vielzahl geläufiger MR-Bildgebungssequenzen
und trotz der vielen, sich auch in der oben aufgeführten Lite
ratur widerspiegelnden Bemühungen, Hybridformen hervorzu
bringen, ist ein mit der vorliegenden Erfindung vergleichbares
Kombinationsverfahren bisher nicht vorgeschlagen worden. Grund
hierfür dürfte die Meinung gewesen sein, daß eine zeitliche
Hintereinanderschaltung unterschiedlicher MR-Abfolgen mit
verschiedener Signal- und Kontrast-Charakteristik zur Bildung
einer Gesamtsequenz technisch nicht machbar sei und außerdem
zu signifikanten Bildartefakten führe. Es wurde nun gefunden,
daß dies ein Vorurteil ist, das mit der vorliegenden Erfindung
überwunden wird.
Ein möglicher weiterer Optimierungsschritt bei einem erfin
dungsgemäßen Verfahren beinhaltet den gezielten Einsatz des
Prinzips der gemischten Bandbreite, wobei eine abfolgenabhän
gige Änderung der Bandbreite der Echoauslesung geschaffen
wird. Hierbei erfolgt die Zuordnung der unterschiedlichen
Bandbreiten zu den mit unterschiedlichen Abfolgen ausgelesenen
Echos im K-Raum ebenfalls abhängig davon, welche Aspekte des
Bildqualität betont werden sollen. Steht z. B. der Wunsch nach
einer Kantenanhebung im Vordergrund, dann sind für den mittle
ren Bereich des K-Raumes höhere Auslesebandbreiten als für die
äußeren Bereiche zu verwenden.
Das Prinzip einer erfindungsgemäßen Bildsequenz läßt sich
zusammenfassend als eine Aufeinanderfolge verschiedener Abfol
gen von HF- und Magnetfeldgradientenimpulsen beschreiben (und
damit verbunden einer Änderungen in der Echoerzeugung und/oder
Änderungen in der aufgenommenen Echoart), die nach Wunsch auch
mit einer Änderung der Bandbreite bei der Echoauslesung kombi
niert werden kann.
Für die praktische Realisierung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens kann der Fachmann in folgender Weise vorgehen:
- 1. Als erster Schritt wird als "Hauptabfolge" eine Abfolge ausgewählt, die den Vorteil hat, den im speziellen Anwen dungsfall erwünschten Bildkontrast erbringen zu können.
- 2. Als zweiter Schritt wird als "Zusatzabfolge" mindestens eine andere Abfolge ausgewählt, die einen anderen gewünschten und mit der vorgenannten Abfolge weniger gut erzielbaren Vorteil hat.
- 3. In einem Optimierungsschritt wird ein Anteilsfaktor λ aus gewählt, der vorgibt, wie breit das von den Echosignalen der Hauptabfolge zu füllende mittlere Band des K-Raumes im Verhältnis zur Gesamtbreite des K-Raumes sein soll. Bei der Optimierung kann ferner entschieden werden, ob und in welcher Weise die Bandbreite der Echoauslesung beim Füllen des K-Raumes geändert wird.
- 4. Haupt- und Zusatzabfolge werden zeitlich nacheinander (in beliebiger Reihenfolge) durchgeführt, wobei die Echo signale der Hauptabfolge in den mittleren Bereich (i) und die Echosignale der Zusatzabfolge in den restlichen Teil (1 - λ) des K-Raumes geschrieben werden, gegebenenfalls mit variierender Bandbreite.
Die Möglichkeit, eine Optimierung durch Variation der relati
ven Breite der jeweils zu füllenden Bänder des K-Raumes
vorzunehmen, ist ein wesenlicher Vorteil des Prinzips der
vorliegenden Erfindung. Die Optimierungsmöglichkeit durch
variierende Auslesebandbreite befreit den Sequenzdesigner auch
von dem Zwang, gleichbreite Zeitfenster (und somit auch
gleichstarke Lesegradienten) für die Echoauslesung zu
verwenden.
Die vorstehend angesprochenen und weitere Ausgestaltungen der
Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen erläu
tert, teilweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich
nungen.
Fig. 1a bis 1d zeigen beispielgebende Aufteilungen zwei-
und dreidimensionaler K-Räume in verschiedene Bereiche für die
Unterbringung von Echosignalen, die gemäß der Erfindung unter
verschiedenen Bedingungen der Echoerzeugung erhalten werden;
Fig. 2a und 2b zeigen das Schema zur Durchführung
zweier unterschiedlicher MR-Bildgebungssequenzen und die
Trajektorien beim Füllen des K-Raumes mit den Echosignalen
dieser Sequenzen an einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3a und 3b veranschaulichen in ähnlicher Darstel
lung wie die Fig. 2a und 2b ein zweites Ausführungs
beispiel;
Fig. 4a und 4b veranschaulichen in ähnlicher Darstel
lung wie die Fig. 2a und 2b ein drittes Ausführungs
beispiel;
Fig. 4c zeigt im Detail die Amplitudenmodulation längs der
Phasenachse des K-Raumes bei einer praktischen Durchführung
des dritten Ausführungsbeispiels;
Fig. 5, 6 und 7 veranschaulichen in ähnlicher Darstel
lung wie die Fig. 2a ein viertes, fünftes und sechstes
Ausführungsbeispiel;
Fig. 8a, 8b, 9 und 10 zeigen Bilder, die mittels der
verschiedenen Ausführungsbeispiele von Bildgebungssequenzen
erhalten wurden;
Fig. 11 veranschaulicht die Durchführung eines erfindungs
gemäßen Verfahrens mit Vorexperimenten;
Fig. 12 zeigt das Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren.
Charakteristisch in allen nachstehend beschriebenen Ausfüh
rungsformen ist die Aufteilung des K-Raumes in Bänder, die
gemäß der Erfindung unter verschiedenen Bedingungen der
Echoerzeugung aufgefüllt werden. Die Zeitfolge der Bänderfül
lung und die Orientierung der Bänder im K-Raum kann dabei je
nach Anwendung variieren.
In den einzelnen Abbildungen der Fig. 1a und 1b ist jeweils
ein zweidimensionaler K-Raum als Rechteck dargestellt, er
beinhaltet in Form einer zweidimensionalen Matrix die Abtast
werte aufeinanderfolgender MR-Echos für eine zweidimensionale
Bildgebung. Jedes Echo füllt mit seinen zeitlich aufeinander
folgenden Abtastwerten eine in Richtung der kx-Achse (hori
zontal) verlaufende Zeile. Diese Achse wird auch als Leseachse
bezeichnet. Die Koordinatenwerte der dazu senkrechten (verti
kalen) ky-Achse geben das Maß der Phasencodierung des betref
fenden Echos an. Bei Anwendung der weiter oben erläuterten
kombinierten Frequenz- und Phasencodierung ist dieses Maß das
bis zum Erscheinungszeitpunkt des Echos aufgelaufene Zeit
integral der Phasengradienten. Dementsprechend wird die ky-
Achse auch als Phasenachse bezeichnet.
Zum Füllen eines solchen K-Raumes werden gemäß der Erfindung
zeitlich hintereinander verschiedenartige Abfolgen von MR-
Signalen erzeugt, z. B. zwei Abfolgen i und j oder drei Abfolgen
i, j und k.
Im oberen linken Bild der Fig. 1a ist der K-Raum in drei
Bänder unterteilt, wobei das mittlere Band der relativen
Breite λ mit den Signalen einer ersten Abfolge i gefüllt
werden und die äußeren Bänder, die zusammengenommen den Rest
1 - λ der Gesamtbreite 1 ausmachen, mit den Signalen einer
zweiten Abfolge j gefüllt werden. Das untere linke Bild der
Fig. 1a zeigt eine Aufteilung in drei Bänder im Breiten
verhältnis λ2 : λ1 : λ3 für drei Abfolgen i, j und k. Das obere
mittlere Bild der Fig. 1a zeigt ein Beispiel, wie die Signale
dreier Abfolgen i, j und k auf fünf Bänder des K-Raumes
aufgeteilt werden können. Das untere mittlere Bild in Fig. 1a
zeigt eine Aufteilung der Signale zweier Abfolgen i und j in
zwei Bänder. Die beiden rechten Bilder in Fig. 1a zeigen
ebenfalls eine Aufteilung der Signale zweier Abfolgen i und j
in verschieden Bänder des K-Raumes, wobei sich parallele
Bandgrenzen schräg zu den Achsen des K-Raumes erstrecken
(rechts oben) bzw. eines von zwei Bändern das andere allseits
umschließt (rechts unten). Eine derartige Aufteilung kann z. B.
durch eine geeignete Kombination zweier Gradienten, die
zeitgleich zur Phasen- und Lesecodierung eingesetzt werden,
realisiert werden (Beispiel rechts oben).
Um eine erhöhte räumliche Auflösung zu erzielen, kann jede
Abfolgenkombination ein- oder mehrmals wiederholt werden,
jeweils mit einer derartigen Verschiebung der Phasencodierung,
daß bei der Wiederholung zusätzliche Zeilen zwischen die
vorhergehend eingeschriebenen Zeilen gefüllt werden. Die
jeweils gewählte K-Bandaufteilung kann dabei erhalten bleiben.
Eine solche "Segmentierung" ist an zwei Beispielen in Fig. 1b
veranschaulicht, wobei die Bandaufteilung derjenigen ent
spricht, die im linken oberen Bild der Fig. 1a gezeigt ist.
Zur 3D-Bildgebung kann auch ein dreidimensionaler K-Raum ver
wendet werden, siehe Fig. 1c. Charakteristisch ist hier die
Aufteilung eines dreidimensionalen K-Raumes in "Volumen
bänder", die gemäß der Erfindung unter verschiedenen Bedin
gungen der Echoerzeugung aufgefüllt werden. Die Zeitfolge der
Volumenbänderfüllung kann dabei je nach Anwendung variieren.
Auch kann der K-Raum aus anderen, nicht-rechtwinkligen
Koordinatensystemen hergeleitet werden, siehe Fig. 1d, z. B. aus
Polarkoordinaten, wie man sie bei spiraliger Objektabtastung
oder bei Anwendung der sogenannte Projektions-Rekonstruktions-
Methode (projection reconstruction) mit sich drehendem Lese
gradienten findet.
Ganz allgemein kann der K-Raum definiert werden als eine n-
dimensionale Matrix von Werten, die durch n-dimensionale
Transformation in eine Matrix von Pixelwerten für ein n-
dimensionales Bild transformiert werden kann.
Nachstehend werden anhand der Fig. 2a, 2b und 3a, 3b und
4a, 4b, 5, 6 und 7 sechs Ausführungsbeispiele für das Füllen
eines zweidimensionalen K-Raumes unter Anwendung des
erfindungsgemäßen Prinzips beschrieben.
Das in den Fig. 2a und 2b veranschaulichte Verfahrensbei
spiel vereinigt die Vorzüge einer schnellen Spinecho-Sequenz
(RARE-Verfahren) mit den Vorzügen des Echo Planar Imaging
(EPI) in neuartiger Weise.
Nach einem HF-Anregungsimpuls, vorzugsweise mit einem Flipwin
kel von 90° und unter Anwesenheit eines Schichtgradienten,
werden durch eine Kette von m 180°-Refokussierungsimpulsen
nacheinander m Spinechos erzeugt (RARE-Abfolge), deren jedes
unter Anwesenheit eines Lesegradienten abgetastet und in eine
ausgewählte Zeile des K-Raumes geschrieben wird. Die Auswahl
der betreffenden Zeile erfolgt in der üblichen Weise durch die
Bemessung (Dauer und Amplitude) eines vor dem Echo angelegten
Phasengradienten-Impulses, dessen Wirkung nach dem Echo durch
einen entgegengesetzten Phasengradienten-Impuls ("Rewinder"-
Impuls) wieder neutralisiert wird. Diese Phasencodierung wird
im vorliegenden Fall so gesteuert, daß die besagten m Spin
echos die Zeilen des mittleren Bereiches oder "Bandes" des K-
Raumes füllen. Die hierbei verfolgten Trajektorien des K-
Raumes sind in Fig. 2b in der Mitte des K-Raumes dargestellt.
Nach dem m-ten Spinecho der RARE-Abfolge wird noch ein weite
rer (letzter) 180°-Refokussierungsimpuls angelegt (ebenfalls
mit Schichtgradient), und durch nachfolgendes Anlegen und
vielmaliges Umpolen des Lesegradienten in ultraschneller Folge
wird eine entsprechende Vielzahl n von Gradientenechos
erzeugt, gemäß dem an sich bekannten EPI-Prinzip. Allerdings
erfolgt im vorliegenden Fall die Phasencodierung derart, daß
vor dem ersten Gradientenecho eine Art "vorspannender" Start-
Phasengradientenimpuls angelegt wird und die Phasencodierung
der folgenden Gradientenechos durch jeweils kleine Phasen
gradienten-Impulse ("Blips") konstanter Amplitude und Dauer
gesteuert wird. Die Bemessung der Phasengradienten-Impulse
wird so gewählt, daß die EPI-Gradientenechos den äußeren
Bereich des K-Raumes füllen, gemäß der in Fig. 2b gezeigten
unteren Trajektorie.
Der erwähnte Start-Phasengradientenimpuls bestimmt, bei wel
cher Zeile des K-Raumes die Trajektorie beginnt. Gewünsch
tenfalls kann die gesamte Abfolge-Kombination ein- oder mehr
mals wiederholt werden, wobei die Phasengradienten-Impulse der
ersten (RARE-)Abfolge und der Start-Phasengradientenimpuls der
zweiten (EPI-) Abfolge derart geändert werden, daß zusätzliche
Zeilen bzw. Zwischenzeilen in den K-Raum geschrieben werden,
unter Beibehaltung der K-Band-Aufteilung zwischen den Echo
signalen der beiden Abfolgen. Diese (bereits oben in Verbin
dung mit Fig. 1b erläuterte) "Segmentierung" erhöht die räum
liche Auflösung des rekonstruierbaren Bildes entsprechend.
Im Vergleich zum GRASE-Verfahren, das alternierend Spin- und
Gradientenechos innerhalb jeder von einander gleichen Abfolgen
aufnimmt und bestimmten Zeilen des K-Raumes zuordnet, werden
in diesem Verfahrensbeispiel erst vielfache Spinechos mit
einer ersten Abfolge und darauffolgend Gradientenechos mit
einer anderen Abfolge aufgenommen und unterschiedlichen Bän
dern des K-Raumes zugeordnet.
Die vorstehend anhand der Fig. 2a, 2b beschriebene Ausfüh
rungsform bringt wichtige Vorteile. Wie das Diagramm in Fig.
2b rechts neben dem K-Raum offenbart, welches die Modulation
der Signalamplitude in Richtung der ky-Achse zeigt, macht sich
der Effekt von T2 und T2* in den beiden Abfolgen in unter
schiedlicher Weise längs der ky-Achse bemerkbar, gleiches gilt
auch für Fregenzverschiebungen infolge magnetischer Inho
mogenitäten (Off-Resonanz-Signale). Jedoch gibt es in Richtung
der ky-Achse keine schnelle Modulation aufgrund unterschiedli
cher chemischer Verschiebung und T2/T2*-Änderungen, vielmehr
zeigt sich in dieser Hinsicht ein weicher Übergang entlang der
gesamten Echofolge. Der gestufte Signalabfall resultiert aus
dem verwendeten Schema mehrfacher Anregung, da der T2/T2*-
bedingte Signalabfall und die Phasenverschiebungen eines Echos
für alle Anregungen die gleichen sind.
Ergebnisse praktischer Versuche mit der vorstehend beschriebe
nen Ausführungsform sind in den Fig. 8a, 8b veranschau
licht. Die RARE/EPI-Abfolgenkombination nach Fig. 2a wurde
durchgeführt mit 9 Spinechos im Abstand von jeweils 7,12 ms im
ersten Abschnitt und 6 Gradientenechos im Abstand von jeweils
2,66 ms im zweiten Abschnitt. Alle Echosignale wurden mit
einer Bandbreite von 390 Hz/Pixel ausgelesen. Das mittlere
Band des K-Raumes wurde leicht asymmetrisch mit den 9 Spin
echos gefüllt, wobei das sechste Spinecho die Zeile im Zentrum
des K-Raumes füllte. Das Aufteilungsverhältnis betrug also
9 : 6, d. h. λ = 9/15 = 0,6. Die effektive Echozeit für das
Zentrum des K-Raumes betrug 44 ms. Die Akquisitionszeit betrug
67 ms für den ersten Abschnitt und 16 ms für den zweiten
Abschnitt.
Zur Erzeugung von Schnittbildern des Gehirns, von denen vier
in Fig. 8a gezeigt sind, wurde die Abfolgenkombination mit
einer Repetitionszeit TR = 3 s jeweils 20-mal wiederholt
(jeweils unter Zwischenschaltung eines die vorangegangene
Codierung aufhebenden Spoiler-Gradientenimpulses), um 300
Zeilen zu füllen und somit nach zweidimensionaler Fourier-
Transformation des K-Raumes eine Bildmatrix aus 300 × 512
Pixeln zu erhalten. Zur Erzeugung verschiedener Schnittbilder
des Bauchraums, von denen vier in Fig. 8b gezeigt sind,
erfolgte die 20-malige Wiederholung mit einer Repetitionszeit
TR = 1 s.
Es zeigt sich in diesen Bildern, daß die Bildqualität überall
gleichmäßig ist und keine Verschlechterungen an Stellen nied
riger Homogenität des statischen Magnetfeldes zu erkennen
sind. Geisterbild-Artefakte, räumliche Verzerrungen infolge
von Magnetfeld-Inhomogenitäten und Artefakte infolge chemi
scher Verschiebung sind nicht zu erkennen.
Die in den Fig. 3a und 3b veranschaulichte Ausführungsform
ist ein Beispiel für die Anwendung des Erfindungsprinzips zur
besonders schnellen Bildaufnahme. Im Vergleich zum Single-
Shot-EPI sind hierbei Signalverluste und Bildverzerrungen
reduziert.
Gemäß der Fig. 3a wird eine Abfolge von HF-Anregungsimpulsen
mit Flipwinkeln <90° und mit kurzer Repetitionszeit << T1
erzeugt, jeweils in Anwesenheit eines Schichtgradienten. Durch
vorübergehendes Anlegen und Polaritätsumkehr eines Lese
gradienten nach jedem der ersten m Anregungsimpulse wird
jeweils ein Gradientenecho erzeugt. Diese Abfolge entspricht
dem weiter oben erwähnten bekannten FLASH-Verfahren. Jedes der
m Gradientenechos wird unter Anwesenheit des Lesegradienten
abgetastet und in eine ausgewählte Zeile des K-Raumes
geschrieben. Die Auswahl der betreffenden Zeile erfolgt in der
üblichen Weise durch die Bemessung (Dauer und Amplitude) eines
vor dem Echo angelegten Phasengradienten-Imnpulses, dessen
Wirkung nach dem Echo durch einen entgegengesetzten Phasen
gradienten-Impuls ("Rewinder"-Impuls) wieder neutralisiert
wird. Diese Phasencodierung wird im vorliegenden Fall so
gesteuert, daß die besagten m Gradientenechos die Zeilen des
mittleren Bandes des K-Raumes füllen. Die hierbei verfolgten
Trajektorien des K-Raumes sind in Fig. 3b in der Mitte des K-
Raumes dargestellt.
Der FLASH-Abfolge wird eine EPI-Abfolge nachgeschaltet:
Nach dem (m + 1)-ten HF-Impuls wird durch nachfolgendes Anlegen und vielmaliges Umpolen des Lesegradienten in ultraschneller Folge eine entsprechende Vielzahl n von Gradientenechos erzeugt, gemäß dem an sich bekannten EPI-Prinzip. Die Phasen codierung erfolgt in gleicher Weise wie bei den EPI-Gradien tenechos des vorstehend beschriebenen Beispiels I, so daß auch hier die n EPI-Gradientenechos den äußeren Bereich des K-Raumes füllen, gemäß der in Fig. 3b gezeigten unteren Trajekto rie.
Nach dem (m + 1)-ten HF-Impuls wird durch nachfolgendes Anlegen und vielmaliges Umpolen des Lesegradienten in ultraschneller Folge eine entsprechende Vielzahl n von Gradientenechos erzeugt, gemäß dem an sich bekannten EPI-Prinzip. Die Phasen codierung erfolgt in gleicher Weise wie bei den EPI-Gradien tenechos des vorstehend beschriebenen Beispiels I, so daß auch hier die n EPI-Gradientenechos den äußeren Bereich des K-Raumes füllen, gemäß der in Fig. 3b gezeigten unteren Trajekto rie.
Um die Bildqualität noch weiter zu verbessern, wird zusätzlich
Gebrauch gemacht von der weiter oben erwähnten Maßnahme einer
Änderung der Auslesebandbreite im Verlauf der Echofolge. Im
einzelnen erfolgt die Auslesung der m Echos der ersten Abfolge
(FLASH-Abschnitt) mit einer relativ geringen Bandbreite, unter
Anwendung relativ langer Auslesezeiten (geringe Abtastfre
quenz) und einer relativ niedrigen Amplitude des Lesegradien
ten. Dies führt zu einem besseren S/R. Die n Echos der zweiten
Abfolge (EPI-Abschnitt) werden mit höherer Bandbreite ausgele
sen, unter Anwendung kürzerer Auslesezeiten (höhere Abtastfre
quenz) und höherer Amplitude des Lesegradienten. Dies trägt
zur zeitlichen Verkürzung dieses Abschnittes bei und reduziert
T2*-bedingte Signalverluste, Bildverzerrungen und durch Fluß-
und Bewegungserscheinungen bedingte Artefakte. In der ersten
(FLASH-)Abfolge können zusätzliche und an sich bekannte Maß
nahmen zur Kompensation von Fließerscheinungen getroffen
werden.
Da die Echofolge nach Fig. 3a ausschließlich aus Gradien
tenechos besteht, kann der Flipwinkel aufeinanderfolgender
Anregungsimpulse schrittweise erhöht werden (der Flipwinkel
des letzten Impulses kann dann 90° betragen), um die jeweils
bleibende longitudinale Restmagnetisierung zum Ende hin voll
für die Anregung auszuschöpfen. Da es die in Fig. 3a gezeigte
Sequenz-Kombination erlaubt, mit einer gegenüber dem Standard-
FLASH-Verfahren geringeren Anzahl von Anregungsimpulsen auszu
kommen (bei gleicher Anzahl der Echos), können die Flipwinkel
auch insgesamt größer gewählt werden, so daß sich neben dem
Vorteil kürzerer Gesamtmeßzeit auch der Vorteil höherer
Signalstärke und somit eines verbesserten S/R ergibt.
Wie das Diagramm der Amplitudenmodulation in Fig. 3b zeigt,
dargestellt rechts neben dem K-Raum, wirkt sich T2* in den
beiden Abfolgen unterschiedlich aus; gleiches gilt für inhomogenitätsbedingte
Off-Resonanz-Signale. Während es bei den
Echos der ersten Abfolge keine Modulation in dieser Hinsicht
gibt, existiert in der zweiten (EPI-) Abfolge eine von T2* und
chemischer Verschiebung abhängige Modulation.
Auch bei der in den Fig. 3a, 3b veranschaulichten Ausfüh
rungsform kann die weiter oben erwähnte "Segmentierung" unter
Wiederholung der gesamten Abfolgen-Kombination mit entspre
chend geänderten Phasengradienten vorgenommen werden.
Ergebnisse praktischer Versuche mit der vorstehend beschriebe
nen Ausführungsform sind in den Fig. 9a, 9b veranschau
licht. Die FLASH/EPI-Abfolgenkombination nach Fig. 3a wurde
durchgeführt mit 8 Gradientenechos in der ersten Abfolge
(FLASH-Abfolge) und 7 Gradientenechos in der zweiten Abfolge
(EPI-Abfolge) (λ = 8/15 = 0,53). Die Flipwinkel wurden in der
Schrittfolge 18°, 20°, 22°, 25°, 31°, 33°, 38°, 48°, 90°
erhöht. Die Akquisitionszeit betrug 79 ms für die ersten
Abschnitt und 27 ms für den zweiten Abschnitt. Die Echosignale
wurden in der ersten Abfolge mit einer Bandbreite von 195 Hz/Pixel
und in der zweiten Abfolge mit einer Bandbreite von
260 Hz/Pixel ausgelesen. Das mittlere Band des K-Raumes wurde
leicht asymmetrisch mit den FLASH-Gradientenechos belegt,
wobei das sechste Echo die Zeile im Zentrum des K-Raumes
füllte.
Zur Erzeugung von Schnittbildern der Herzkranzgefäße, von
denen sechs in Fig. 9a gezeigt sind, wurde die Abfolgen
kombination für jedes Bild jeweils 20-mal wiederholt, unter
Triggerung synchron mit dem Herzschlag und bei angehaltenem
Atem, um in 16 Sekunden 300 Zeilen zu füllen und somit nach
zweidimensionaler Fourier-Transformation des K-Raumes eine
Bildmatrix aus 300 × 512 Pixeln zu erhalten. Man erkennt, daß
kleine Gefäße des linken (schwarze Pfeile) und rechten (weiße
Pfeile) Herzkranzsystems in guter räumlicher Auflösung
abgebildet werden. In den Bildern, deren räumliche Auflösung
bei 800 µm liegt, wird selbst die kleinkalibrige linke
Herzkranzarterie (Durchmesser < 1,5 mm) gut aufgelöst.
Die Fig. 9b zeigt zwei verschiedene Schrägschnitte des Her
zens, aufgenommen unter den gleichen Bedingungen wie die
Bilder nach 9a. Im linken Bild der Fig. 9b erkennt man gut ein
langes Segment der rechten Herzkranzarterie, das vertikal nahe
der Bildmitte verläuft. Im rechten Bild ist die linke Haupt-
Herzkranzarterie nahe ihrem Aortenabgang zu sehen.
Die Versuche belegen, daß eine erfindungsgemäße FLASH/EPI-
Abfolgenkombination eine schnelle und robuste Methode zur
Datengewinnung für Bilder bewegter und durchflossener Objekte
(Blutgefäße) ist. Das S/R für Blut (mittlere Signalstärke des
Blutes dividiert durch die Standardabweichung der Hintergrund
intensität) betrug, gemäß Messung an der linken Herzkammer,
etwa 40.
Bei dieser, in den Fig. 4a und 4b gezeigten Ausführungs
form, werden in einer ersten Abfolge m Gradientenechos auf die
gleiche Weise erzeugt, ausgelesen und in das mittlere Band des
K-Raumes geschrieben wie in der ersten Abfolge des Beispiels
2. Dieser FLASH-Abfolge folgt ein refokussierender HF-Impuls
(idealerweise: Flipwinkel 180°) und eine sich anschließende
Reihe von Lesegradienten-Impulsen, mit denen Spinechos codiert
werden, deren Erscheinungszeiten bezüglich des Refokussie
rungsimpulses symmetrisch zu den Gradientenechos der ersten
Abfolge liegen (sogenannte BURST- Abfolge, wie an sich bekannt
aus [4]). Diese Spinechos werden durch passende Phasen
gradienten-Impulse derart phasencodiert und dann ausgelesen,
daß sie den äußeren Bereich des K-Raumes füllen (vgl. Fig.
4b). Ähnlich wie in den jeweils zweiten (EPI-)Abschnitten der
Beispiele 1 und 2 erfolgt auch hier die Phasencodierung durch
einen Start-Phasengradientenimpuls und spätere Gradienten-
"Blips".
Bei Realisierung dieser Abfolgen-Kombination sind die Lesegra
dienten-Impulse der ersten und der zweiten Abfolge derart
gegeneinander auszubalancieren, daß die vom Lesegradienten
hervorgerufenen ortsabhängigen Phasenverschiebungen der ersten
(FLASH-)Abfolge durch die Lesegradienten-Impulse der zweiten
(BURST-)Abfolge exakt wieder rückgängig gemacht werden. Zu
erfüllen ist somit die Forderung:
wobei G die Amplitude und S die Dauer jedes Lesegradienten-
Impulses in der ersten Abfolge ist, gemessen ab der Mitte des
betreffenden Echosignals bis zum Ende des Impulses, und wobei
g die Amplitude und d die Dauer jedes Lesegradienten-Impulses
während der zweiten Abfolge ist.
Die in der ersten Abfolge erscheinenden m Echos haben
konstante Echozeit TEF (Abstand vom Anregungsimpuls zur Echo
mitte) und einen gegenseitigen Abstand T. Die in der zweiten
Abfolge erscheinenden Echos haben verschiedene Echozeiten TEB
und ebenfalls den gegenseitigen Abstand T. T2* wirkt sich in
den beiden Abfolgen unterschiedlich aus; gleiches gilt für
inhomogenitätsbedingte Off-Resonanz-Signale. Bei den Echos der
ersten Abfolge gibt es aber keine Modulation in dieser Hin
sicht; in der zweiten Abfolge existiert nur eine von T2 abhän
gige Modulation (vgl. das Diagramm der Signalamplitude rechts
neben dem K-Raum in Fig. 4b).
Diese FLASH/BURST-Variante wurde entwickelt, um zu demonstrie
ren, daß Kombinationen verschiedenartiger Abfolgen entspre
chend dem erfindungsgemäßen Verfahren zu einer technisch mach
baren Bildgebungssequenz zusammengesetzt werden können. Auch
bei der in den Fig. 4a, 4b veranschaulichten Ausführungs
form kann die weiter oben erwähnte "Segmentierung" unter
Wiederholung der gesamten Abfolgen-Kombination mit entspre
chend geänderten Phasengradienten vorgenommen werden.
Ergebnisse praktischer Versuche mit der vorstehend beschriebe
nen Ausführungsform sind in der Fig. 4c und in der Fig. 10
veranschaulicht. Die FLASH/BURST-Abfolgekombination nach Fig.
4a wurde durchgeführt mit 8 FLASH-Gradientenechos im Abstand
von jeweils 4,5 ms in der ersten Abfolge und 7 BURST-Spinechos
im Abstand von jeweils 4,5 ms in der zweiten Abfolge ( λ =
0,53). Für die Anregung in der FLASH-Abfolge wurden HF-Impulse
mit Flipwinkel von 10°, einer Dauer von 500 µs und einer sinc-
Hüllkurve verwendet, also entsprechend der Funktion (sin x)/x.
Der 180°-Refokussierungsimpuls hatte eine Breite von 2560 µs.
Die Echozeit TEF in der ersten Abfolge betrug 2,1 ms, für die
zweite Abfolge ergaben sich unterschiedliche Echozeiten TEe
von 39,9 bis 66,8 ms. Jede Abfolge belegte eine Akquisiti
onszeit von 35 ms, so daß sich 70 ms Gesamtmeßzeit für die
Abfolgenkombination ergab. Alle Echosignale wurden mit einer
Bandbreite von 780 Hz/Pixel ausgelesen. Das mittlere Band des
K-Raumes wurde leicht asymmetrisch mit den FLASH-Gradien
tenechos gefüllt, wobei das sechste Echo die Zeile im Zentrum
des K-Raumes füllte. Die gesamte Sequenzkombination (jeweils
15 Echos) wurde 10-mal wiederholt mit TR = 1000 ms (also 10
zeilenverschachtelte "Segmente").
Die Fig. 4c zeigt die Verteilung der Signalintensitäten im K-
Raum (Amplitudenmodulation entlang der ky-Achse) bei diesem
Versuch. Die Gradientenechos der FLASH-Abfolge haben nahezu
konstante Amplitude (infolge der kleinen Flipwinkel), die
Spinechos der BURST-Abfolge zeigen das erwartete Abklingen
infolge der T2-Relaxation. Die um etwa den Faktor 3 geringere
Amplitude der BURST-Echos erklärt sich aus dem Signalverlust
infolge der räumlichen Selektivität der einphasigen FLASH-
Anregung.
Die Fig. 10 zeigt Schnittbildaufnahmen b, c und d des Gehirns
bei den obigen Abfolgeparametern. Bei der Bildaufnahme b wurde
zu Vergleichszwecken die (BURST-)Abfolge weggelassen; die
somit unbeschriebenen 70 Zeilen des K-Raumes wurden mit Nullsignalen
aufgefüllt. Bei der Bildaufnahme c wurde die gesamte
FLASH/BURST-Abfolgenkombination durchgeführt, und im Falle der
Bildaufnahme d erfolgte zusätzlich eine Amplitudenkorrektur
der BURST-Echosignale. Der Bildvergleich zeigt den deutlichen
Gewinn an räumlicher Auflösung und die bessere Hervorhebung
feiner Strukturen durch Hinzunahme der BURST-Abfolge, insbe
sondere bei vorgenommener Amplitudenkorrektur. Allerdings ist
im letzteren Fall ein vermindertes S/R zu beobachten, was
seine Ursache in der Verstärkung der Rauschkomponenten durch
die Amplitudenkorrektur hat.
Das in Fig. 5 veranschaulichte Verfahrensbeispiel vereinigt
die Vorzüge einer EPI-Abfolge mit einer RARE-Abfolge. Nach
einem HF-Anregungspuls, vorzugsweise mit einem Flipwinkel von
90° und unter Anwesenheit eines Schichtgradienten, wird durch
vielmaliges Umpolen des Lesegradienten in schneller Folge eine
entsprechende Vielzahl n von Gradientenechos erzeugt, gemäß
dem an sich bekannten EPI-Prinzip. Nach dem n-ten Gradien
tenecho der EPI-Sequenz werden durch eine Kette von m Refo
kussierungspulsen, vorzugsweise 180°-Pulse, und unter Anwe
senheit eines Schichtgradienten nacheinander m Spinechoes
erzeugt. Die Phasencodierung wird im vorliegenden Fall so
gesteuert, daß die besagten Gradientenechos das mittlere Band
des K-Raumes füllen, während die Spinechos die äußeren Bänder
des K-Raumes füllen. Dieses EPI/RARE Verfahrensbeispiel kann
für bestimmte Anwendungen, wie z. B. die funktionelle oder
diffusionsgewichtete MR-Bildgebung, sinnvoll eingesetzt
werden.
Das in Fig. 6 veranschaulichte Verfahrensbeispiel vereinigt
die Vorzüge einer FLASH-Abfolge mit einer RARE-Abfolge. Es
werden n Gradientenechos jeweils nach einem HF-Anregungsimpuls
gemäß dem bekannten FLASH Prinzip erzeugt. Nach dem n-ten
Gradientenecho der FLASH-Abfolge werden durch eine Kette von m
Refokussierungspulsen, vorzugsweise 180°-Pulse und unter
Anwesenheit eines Schichtgradienten, nacheinander m Spinechos
erzeugt. Die Phasencodierung wird im vorliegenden Fall so
gesteuert, daß die besagten Gradientenechos das mittlere Band
des K-Raumes füllen, während die Spinechos die äußeren Bänder
des K-Raumes füllen.
Das in Fig. 7 veranschaulichte Verfahrensbeispiel vereinigt
eine RARE-Abfolge mit einer GRASE-Abfolge. Nach einem HF-Anre
gungsimpuls, vorzugsweise mit einem Flipwinkel von 90° und
unter Anwesenheit eines Schichtgradienten, werden durch eine
Kette von m 180°-Refokussierungsimpulsen nacheinander m
Spinechos erzeugt (RARE-Abfolge), deren jedes unter Anwesen
heit eines Lesegradienten abgetastet und in eine ausgewählte
Zeile des K-Raumes geschrieben wird. Nach dem m-ten Spinecho
der RARE-Abfolge werden noch n weitere 180°-Refokussierungs
impulse angelegt (ebenfalls mit Schichtgradient), wobei nach
jedem Refokussierungspuls durch nachfolgendes Anlegen und
vielmaliges Umpolen des Lesegradienten eine entsprechende
Vielzahl k von Gradientenechos erzeugt wird, gemäß dem an sich
bekannten GRASE-Prinzip, die in ausgewählte Zeilen des K-
Raumes geschrieben werden. Diese Abfolgenkombination ist für
die Erstellung von höchstaufgelösten MR-Bildern in kurzen
Meßzeiten besonders geeignet.
Neben den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind
natürlich viele andere Abfolgekombinationen im Rahmen des
Erfindungsgedankens möglich. So kann eine schnelle Einzelecho-
Abfolge mit Gradientenechos, etwa nach dem FLASH-Prinzip, auch
zum Füllen der äußeren Bereiche des K-Raumes benutzt werden,
während das mittlere Band mit den Gradientenechos einer EPI-
Abfolge oder mit den Spinechos einer RARE-Abfolge gefüllt
wird. Zum Füllen des mittleren Bandes kann auch eine Mehrecho-
Abfolge mit Spinechos bzw. Spin- und Gradientenechos, z. B.
nach dem GRASE-Prinzip, angewandt werden.
Auch kann z. B. eine Multiechoabfolge, etwa nach dem segmentier
ten EPI-Prinzip, zum Füllen der äußeren bzw. mittleren Bänder
des K-Raumes benutzt werden, während der mittlere bzw. äußere
Bereich mit z. B. Gradientenechos einer FLASH-Abfolge gefüllt
wird.
Auch ganz spezielle Abfolgevarianten, wie z. B. Echo-Shifting
bei der in einer Einzelabfolgesequenz mit Gradienten
echos, das Gradientenechosignal in eine nachfolgende Abfolge
periode geschoben wird, können zum Füllen des mittleren/äu
ßeren Bereiches des K-Raumes verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung umfaßt im Grunde beliebige Kombina
tionen aus allen denkbar verschiedenen Abfolgen, auch mehr als
zwei (siehe z. B. das Aufteilungsschema im oberen mittleren
Bild der Fig. 1a). Ferner können in einer oder mehreren der
Abfolgen nicht nur Gradientenechos und Spinechos sondern,
alternativ oder zusätzlich, auch stimulierte Echos akquiriert
werden. Bei Abfolgenkombinationen, in denen die zweite Abfolge
keine eigenen Anregungsimpulse beeinhaltet, sondern die
Anregung aus der ersten Abfolge refokussiert (durch HF oder
Gradientenumkehr), ist die erste Abfolge vorzugsweise die
jenige, mit deren Signalen das mittlere Band des K-Raumes
gefüllt wird.
Die Änderung der Auslesebandbreite kann bei jeder angewendeten
Abfolgenkombination erfolgen. Die Änderung der Ausleseband
breite kann dabei auch kontinuierlich nach irgendeiner ge
wünschten Funktion von Echo zu Echo erfolgen und auch inner
halb einer Echoauslesung erfolgen.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf
das Füllen eines rechtwinkligen kartesischen zweidimensionalen
K-Raumes. Das Prinzip der Erfindung erlaubt es jedoch ohne
weiteres, verschiedene kartesische und polare Bildraster
techniken zu kombinieren und auch 3D-Techniken anzuwenden,
siehe Fig. 1c und 1d.
Insgesamt wird mit der Erfindung ein äußerst flexibles Konzept
zu Datengewinnung für die MR-Bildgebung geschaffen, welches
die Möglichkeit bietet, die für jeden Anwendungsfall bestmög
liche Bildqualität zu erhalten. Die erfindungsgemäß in schnel
ler Folge angewandten unterschiedlichen Akquisitions-Strate
gien für verschiedene Bänder des K-Raumes können einzeln und
unabhängig voneinander optimiert werden.
Zusätzlich können die erfindungsgemäßen Verfahren mit beliebi
gen Vorexperimenten (zur Magnetisierungspräparation) kombi
niert werden, siehe die Fig. 11, die als Beispiele zwei ver
schiedene Vorexperimente in der linken Hälfte der Figur zeigt.
In den dort gezeigten Fällen bestehen Vorexperimente aus einem
an sich bekannten Spin-Echo-Vorexperiment (90°-180°-Vorexperi
ment) zur Diffusionswichtung mit jeweils einem Diffusions
gradientenimpuls vor und nach dem 180°-Refokussierungsimpuls
und mit einem Schichtgradienten (links oben in Fig. 11) bzw.
aus einem 180°-Inversionsimpuls gefolgt von einer Wartezeit T1
zur T1-Wichtung (links unten in Fig. 11). Die Vorexperimente
sind als Beispiel in Verbindung mit einer EPI+RARE-Abfolgen
kombination (ähnlich derjenigen nach Fig. 5) dargestellt, sie
können natürlich auch mit beliebigen anderen erfindungsgemäßen
Abfolgekombinationen realisiert werden.
Erfindungsgemäße Verfahren lassen sich gleichermaßen auch mit
Vorexperimenten zur T2-, T2*-, T12-Wichtung, Flußwichtung oder
mit Vorexperimenten zur Erzeugung von Magnetisierungstransfer
kontrast (MTC) oder mit Vorexperimenten zur Unterdrückung der
Wasser- bzw. Fettkomponenten eines Gewebes kombinieren. Solche
Vorexperimente sind aus der Fachliteratur hinreichend bekannt.
Erfindungsgemäße Verfahren lassen sich mit einem Spinresonanz
gerät durchführen, wie es in stark vereinfachter Blockdarstellung
in Fig. 12 gezeigt ist. Das dargestellte MR-Gerät enthält
eine Meßstation 10, einen Stromversorgungsteil 20, einen
Steuerteil 30 und einen Computer 40. Die Meßstation 10 kann,
wie üblich, einen Magneten 11 zum Erzeugen eines konstanten,
homogenen ("longitudinalen") Bo-Feldes enthalten, ferner
Spulensätze 12, 13, 14 zum Erzeugen von drei im wesentlichen
aufeinander senkrecht stehenden Gradienten-Magnetfeldern, von
denen gewöhnlich eines parallel und die anderen beiden senk
recht zum Bo-Feld verlaufen. In der Meßstation 10 ist außerdem
eine Spulenanordnung 15 vorgesehen, der HF-Impulse zugeführt
werden können, unter anderem die zur Anregung und zur Refokus
sierung transversaler Magnetisierung benötigten HF-Impulse.
Diese HF-Spule 15 dient im allgemeinen auch zum Empfang der
vom Objekt abgestrahlten MR-Signale. Der Stromversorgungsteil
20 enthält eine Stromversorgungseinheit 21 für den Bo-Magne
ten, eine Stromversorgungseinheit 22 für die Gradientenspulen
12, 13, 14 und einen Hochfrequenzgenerator 23, der die HF-
Impulse für die Spule 15 liefert. Der Steuerteil 30 steuert
die Dauer und Amplitude der den jeweiligen Gradientenspulen
zugeführten Ströme sowie die Dauer, Amplitude, Frequenz und
Hüllkurve der HF-Impulse. Der Steuerteil 30 steuert ferner die
Auslesung der von der HF-Spule 15 empfangenen MR-Signale zum
Computer 40 in ausgewählten Zeitperioden und mit ausgewählter
Abtastfrequenz, wie es mit der gezeigten Torschaltung 50
symbolisiert ist. Die ausgelesenen Abtastwerte werden digita
lisiert und in einem den K-Raum bildenden Speicher gespei
chert. Der zur Digitalisierung benötigte A/D-Wandler und der
Speicher können im Computer 40 integriert sein.
MR-Anlagen dieser Art sind bekannt und im Handel erhältlich,
so daß sich eine weitere Erläuterung apparativer Details erüb
rigt. Zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird
das zu untersuchende Objekt in den von den Bo- und Gradienten-
Spulen 11, 12, 13, 14 umgebenen Raum gebracht, und die HF-
Spule 15 wird so angeordnet, daß der zu untersuchende Objekt
bereich in ihrem Einflußbereich liegt. Dann werden nach einem
ausgewählten Programm, das in den Steuerteil 30 eingespeist
worden ist, der HF-Generator 23, die Gradientenspulen-Versor
gungseinheit 22 und die Ausleseschaltung 50 gesteuert, um die
benötigten HF-Impulse und Gradientenimpulse für ausgewählte
Bildgebungs-Sequenzen anzulegen und die erscheinenden Echo
signale auszulesen. Der Computer 40 gewinnt aus den dann in
den K-Raum-Speicher geschriebenen Daten durch mathematische
Transformationen die Pixelmatrix für die Bildwiedergabe.
Der Steuerteil 30 zur Bemessung der Zeit-, Frequenz- und
Amplitudenparameter für die HF-Impulse, die Gradienten und die
Echoauslesung wird jeweils so ausgebildet bzw. programmiert,
daß die Vorgänge zur Datengewinnung entsprechend der jeweils
ausgewählten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfah
rens ablaufen. Der Steuerteil 30 kann natürlich ebenfalls,
ganz oder teilweise, im Computer 40 integriert sein.
Claims (18)
1. Verfahren zum Gewinnen von Daten für die Darstellung eines
Bildes, welches die räumliche Verteilung des Magnetresonanz-
Verhaltens eines Objektes innerhalb eines ausgewählten Orts
bereiches zeigt,
der in einem stationären Magnetfeld angeordnet ist und einer Folge aus HF-Impulsen und Impulsen von Magnetfeld gradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgesetzt wird derart, daß Magnetresonanzsignale als eine Folge von Echos erzeugt werden, die durch Abtastung unter Einwirkung jeweils eines Lesegradienten ausgelesen werden und als Datensatz zum Füllen des K-Raumes verwendet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei unterschiedliche Abfolgen von HF-Impulsen und Magnetfeldgradientenimpulsen verwendet werden, die sich neben einer Unterschiedlichkeit in der Ortscodierung unterscheiden in mindestens einem der für verschiedene Aspekte der Bildqualität verantwortlichen Merkmale der Echoerzeu gung, und
daß diese Abfolgen zeitlich hintereinander ausgeführt werden, wobei die bei unterschiedlichen Abfolgen ausgelesenen Magnetresonanzsignale in unterschiedliche Bänder des K-Raumes eingeordnet werden.
der in einem stationären Magnetfeld angeordnet ist und einer Folge aus HF-Impulsen und Impulsen von Magnetfeld gradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen ausgesetzt wird derart, daß Magnetresonanzsignale als eine Folge von Echos erzeugt werden, die durch Abtastung unter Einwirkung jeweils eines Lesegradienten ausgelesen werden und als Datensatz zum Füllen des K-Raumes verwendet werden, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei unterschiedliche Abfolgen von HF-Impulsen und Magnetfeldgradientenimpulsen verwendet werden, die sich neben einer Unterschiedlichkeit in der Ortscodierung unterscheiden in mindestens einem der für verschiedene Aspekte der Bildqualität verantwortlichen Merkmale der Echoerzeu gung, und
daß diese Abfolgen zeitlich hintereinander ausgeführt werden, wobei die bei unterschiedlichen Abfolgen ausgelesenen Magnetresonanzsignale in unterschiedliche Bänder des K-Raumes eingeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Hervorhebung eines gewünschten Aspektes der Bildqualität
eine diesen Aspekt betonende Abfolge von HF-Pulsen und Magnet
feldgradienten-Impulsen durchgeführt wird und die dabei abge
tasteten Signale im mittleren Band des K-Raumes zusammengefaßt
werden, und daß zum Füllen des übrigen Teils des K-Raumes eine
oder mehrere andere, wenn auch den betreffenden Aspekt weniger
betonende Abfolgen durchgeführt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zur Hervorhebung eines gewünschten Aspektes der Bildqualität
eine diesen Aspekt betonende Abfolge von HF-Pulsen und Magnet
feldgradienten-Impulsen durchgeführt wird und die dabei abge
tasteten Signale im mittleren Band des K-Raumes zusammengefaßt
werden, und daß zum Füllen des übrigen Teils des K-Raumes eine
oder mehrere schnellere, wenn auch den betreffenden Aspekt
weniger betonende Abfolgen durchgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das mittlere Band des K-Raumes mit den
Abtastwerten von Gradientenechos gefüllt wird, die erzeugt
werden nach jedem Exemplar einer Kette von HF-Anregungsimpul
sen mit Flipwinkeln <90° und einer Repetitionszeit << T1.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß
anschließend der übrige Teil des K-Raumes mit Abtastwerten von
Magnetresonanzsignalen gefüllt wird, die erzeugt werden durch
Refokussierung der zuvor erzeugten Gradientenechos mittels
eines refokussierenden HF-Impulses.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß
anschließend der übrige Teil des K-Raumes mit Abtastwerten von
Magnetresonanzsignalen gefüllt wird, die erzeugt werden durch
eine darauffolgende Serie von refokussierenden HF-Impulsen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das mittlere Band des K-Raumes mit Abtast
werten von Spinechosignalen gefüllt wird, die erzeugt werden
durch einen Anregungsimpuls und eine darauffolgende Serie
refokussierender HF-Impulse.
8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß der übrige Teil des K-Raumes mit Abtastwerten von
Gradientenechos gefüllt wird, die erzeugt werden durch mehrma
lige Polaritätsumkehr des Lesegradienten nach einem HF-Anre
gungspuls.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das mittlere Band des K-Raumes mit den
Abtastwerten von Gradientenechos gefüllt wird, die erzeugt
werden durch mehrmalige Polaritätsumkehr des Lesegradienten
nach einem HF-Anregungspuls.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß anschließend der übrige Teil des K-Raumes mit Abtastwerten
von Signalen gefüllt wird, die erzeugt werden durch eine
darauffolgende Kette refokussierender HF-Impulse.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß anschließend der übrige Teil des K-Raumes mit
Abtastwerten von Gradientenechos gefüllt wird, die erzeugt
werden jeweils nach HF-Anregungsimpulsen.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 4, 7 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß anschließend der übrige Teil des
K-Raumes mit Abtastwerten von Echos gefüllt wird, die erzeugt
werden durch eine Serie von anregenden oder refokussierenden
HF-Impulsen, zwischen denen durch mehrmalige Polaritätsumkehr
des Lesegradienten Echosignale erzeugt werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der zu füllende K-Raum zwei- oder
mehrdimensional ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß beim Füllen des K-Raumes Trajekto
rien verfolgt werden, die anderen Bahnen als dem Verlauf der
Zeilen des K-Raumes entsprechen.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Abfolgen mit
unterschiedlichen Bandbreiten der Echoabtastung ausgelesen
werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch seine Kombination mit einem oder mehreren
Vorexperimenten.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vorexperiment besteht aus einer geeigneten Kombination
von HF- und Magnetfeldgradientenimpulsen zur Erzeugung eines
Bildkontrastes auf der Basis von T1, T1ρ, T2, T2*, Fluß, oder
Diffussion oder zur Erzeugung eines Magnetisierungstransfer
kontrastes (MTC) oder zur Fett- oder Wasserunterdrückung.
18. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens
nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
mit
einer Einrichtung (11, 21) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes im zu untersuchenden Objektbereich, das die Spins in die Feldrichtung ausrichtet,
einer Einrichtung (15, 23) zum Erzeugen von HF-Impulsen, die auf den Objektbereich einwirken,
Einrichtungen (12, 13, 14, 22) zum Erzeugen von Magnetfeld gradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen,
einer Einrichtung (40, 50) zur Auslesung der vom Objekt bereich ausgehenden Magnetresonanzsignale und deren Einschrei bung in den K-Raum,
und einer Steuereinrichtung (30) zum derartigen Steuern der die HF-Impulse erzeugenden Einrichtung und der die Magnet feldgradienten erzeugenden Einrichtungen und der Auslese einrichtung, daß der Objektbereich einer Sequenz von HF- und Magnetfeldgradienten-Impulsen ausgesetzt wird, um eine Folge von MR-Echos hervorzurufen und auszulesen, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Steuer einrichtung (30), daß bei ihrer Aktivierung die Erzeugung der Echosignale und deren Einschreibung in den K-Raum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 erfolgt.
einer Einrichtung (11, 21) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes im zu untersuchenden Objektbereich, das die Spins in die Feldrichtung ausrichtet,
einer Einrichtung (15, 23) zum Erzeugen von HF-Impulsen, die auf den Objektbereich einwirken,
Einrichtungen (12, 13, 14, 22) zum Erzeugen von Magnetfeld gradienten in unterschiedlichen Raumrichtungen,
einer Einrichtung (40, 50) zur Auslesung der vom Objekt bereich ausgehenden Magnetresonanzsignale und deren Einschrei bung in den K-Raum,
und einer Steuereinrichtung (30) zum derartigen Steuern der die HF-Impulse erzeugenden Einrichtung und der die Magnet feldgradienten erzeugenden Einrichtungen und der Auslese einrichtung, daß der Objektbereich einer Sequenz von HF- und Magnetfeldgradienten-Impulsen ausgesetzt wird, um eine Folge von MR-Echos hervorzurufen und auszulesen, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Steuer einrichtung (30), daß bei ihrer Aktivierung die Erzeugung der Echosignale und deren Einschreibung in den K-Raum gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 erfolgt.
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