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Dokumentenidentifikation DE102007011807B3 23.10.2008
Titel Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung und Magnet-Resonanz-Gerät hierzu
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Hughes, Timothy, Dr., 91056 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 12.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007011807
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 23.10.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.10.2008
IPC-Hauptklasse G01R 33/561(2006.01)A, F, I, 20070312, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01R 33/56(2006.01)A, L, I, 20070312, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden, und mit der Signale von Kernspins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, umfassend folgende Schritte:
(a) Anwenden eines Suppressionsmoduls (33) zur Unterdrückung von Signalen der Kernspins des bestimmten Typus,
(b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls (31) nach einer Wartezeit (TI) zur Aufzeichnung von Messdaten,
(c) Wiederholen von Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit (TR), und
(d) vor den Schritten (a), (b) und (c) Anwenden eines Spin-Präparations-Moduls (35), das eine Magnetisierung der Kernspins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der durch die Anwendung der nachfolgenden Schritte (a), (b) und (c) aufrechterhalten wird.
Alternativ kann anstelle des Spin-Präparations-Moduls auch das erste Suppressionsmodul so ausgebildet werden, dass es einen HF-Puls umfasst, dessen Flipwinkel so gewählt wird, dass die Magnetisierung der Kernspins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt wird.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Magnet-Resonanz-Bildgebung (im Folgenden auch als MRI für „magnetic resonance imaging" genannt), wie sie insbesondere in der Medizin zur Untersuchung von Patienten angewendet wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf Sequenzen für die MRI, bei denen Signale, die ihren Ursprung in Kernseins einer speziellen Gewebeart haben, unterdrückt werden. Zu derartigen Sequenzen gehören beispielsweise Sequenzen, die Fettgewebe unterdrücken. Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Magnet-Resonanz-Gerät zur Durchführung einer derartigen Sequenz.

Die MR-Technik ist dabei eine seit einigen Jahrzehnten bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Stark vereinfacht beschrieben wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem MR-Gerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld (Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr) positioniert, so dass sich dessen Kernseins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar. Die zeitliche Abfolge der Anregungspulse und der Gradientenfelder zur Anregung des zu messenden Bildvolumens, zur Signalerzeugung und zur Ortskodierung wird dabei als Sequenz (oder auch Pulssequenz oder Messsequenz) bezeichnet.

Bei der Aufzeichnung von Bilddaten kommt es oftmals vor, dass Kernseins eines speziellen Gewebetypus, beispielsweise Fettgewebe, ein starkes Signal geben. Dadurch stellt sich Fettgewebe in den erzeugten Bildern im Vergleich zu anderen Gewebearten sehr intens dar, sodass hierdurch eine korrekte Diagnosestellung erschwert ist. Daher sind einige Techniken entwickelt worden, um das Signal von Fettgewebe zu unterdrücken.

Eine dieser Techniken ist unter dem Namen "Inversion Recovery" (im Folgenden als IR bezeichnet) bekannt. Bei dieser Technik findet ein sogenannter IR-Puls Anwendung, der in einem sogenannten Suppressionsmodul eingestrahlt wird. Die Anwendung des IR-Pulses invertiert die Längsmagnetisierung der Kernseins, die sich daraufhin in einem exponentiellen Verlauf mit einer Zeitkonstanten T1 ihrer Ausgangslage wieder annähert, d. h. der Ausrichtung parallel zum B0-Magnetfeld. Diese Inversion kann dabei schichtselektiv erfolgen oder das gesamte Anregungsvolumen der Sendespule umfassen.

Die Zeitkonstante T1 von Fettgewebe ist dabei kürzer als die Zeitkonstante vieler anderer Gewebe. Wenn nach einer passend gewählten Zeitdauer TI (TI für „inversion time") ein sogenanntes Akquisitionsmodul durchgeführt wird, in dem die eigentliche Aufzeichnung der Messdaten stattfindet, befindet sich zum Zeitpunkt der Aufzeichnung der Messdaten die Längsmagnetisierung von Kernseins von Fettgewebe genau im Nulldurchgang, sodass diese Kernseins keine Signale erzeugen. Eine derartige Technik wird auch als STIR (für engl.: „Short time inversion recovery") bezeichnet.

Eine andere Technik verwendet eine Sättigung von Kernseins eines bestimmten Typus, z. B. von Fettgewebsprotonen. Da Protonen von Fettgewebe und von Wasser leicht unterschiedliche Resonanzfrequenzen haben, ist es möglich, mit einem speziellen HF-Puls vorwiegend Fettgewebsprotonen anzuregen und daraufhin das erzeugte Signal mit einem Gradientenpuls, einem sogenannten Spoiler-Gradienten, zu zerstören. Diese Unterdrückung des Signals der Protonen des Fettgewebes wird oftmals als „Sättigung" bezeichnet, ein Begriff, der aus der MR-Spektroskopie stammt. Durch den Sättigungspuls bleibt die Längsmagnetisierung von Wasserprotonen weitgehend erhalten. Wenn nun nach einem Suppressionsmodul mit dem speziellen HF-Sättigungspuls die Datenaufzeichnung mit einem Akquisitionsmodul erfolgt, stammen die aufgezeichneten Signale nur zu einem geringen Teil von Kernseins des Fettgewebes.

Anstelle von Signalen, die von Fettgewebe stammen, können auch Signale, die von Kernseins eines anderen Typus stammen, mit analogen Techniken unterdrückt werden.

In beiden Fällen werden jeweils Akquisitionsmodule, die auf Suppressionsmodule folgen, ausgeführt. Die Aufzeichnung der Bilddaten erfolgt wie bei der MRI üblich oftmals durch wiederholtes Ausführen von Akquisitionsmodulen, wobei bei jedem Akquisitionsmodul andere Teile der Messdaten aufgezeichnet werden. In diesem Fall wird vor jeder Aufzeichnung der Messdaten ein IR-Puls mit einem zeitlichen Abstand von TI eingestrahlt. Dies impliziert ein rasches Wiederholen der Suppressionsmodule, beispielsweise bei Repetitionszeiten im Bereich einiger weniger zehn Millisekunden.

Sobald die Repetitionszeit in der Größenordnung der Relaxationszeit T1 für Fettgewebe oder weniger liegt, ändert sich der Zustand der Magnetisierung der Fettgewebsprotonen bei jedem Ausführen eines Suppressionsmoduls und erst nach einer gewissen Anzahl von Suppressionsmodulen stellt sich ein Gleichgewichtszustand (engl.: „steady state condition") für die Längsmagnetisierung der Kernseins der Fettgewebsprotonen ein. Vor Einstellung des Gleichgewichtszustandes hingegen ändert sich die Längsmagnetisierung der Kernseins der Fettgewebsprotonen mitunter sehr stark von Suppressionsmodul zu Suppressionsmodul. Hierdurch ist die Bildqualität beeinträchtigt. Daher sollten unter anderem die ersten Paare von Suppressionsmodulen und Akquisitionsmodulen verworfen und nicht zur Datenaufzeichnung verwendet werden.

Dieser Nachteil tritt insbesondere bei der Bildgebung von Organen auf, die eine quasi-periodische Bewegung aufweisen, wie z. B. die Lunge oder das Herz. In diesem Falle wird oftmals eine PACE-Technik (PACE für engl. "prospective acquisition correction") zur Bildgebung mit angewendet, bei der die Aufzeichnung der Daten durch ein sogenanntes Navigator-Echo getriggert wird, um Bewegungsartefakte zu vermeiden. Da die Messdaten meistens während mehrerer Bewegungszyklen aufgezeichnet werden, wird die Aufzeichnung mehrfach durch ein Navigator-Echo getriggert. Bei jeder erneuten Datenaufzeichnung während eines Bewegungszyklus hat man das Problem, dass sich der Gleichgewichtszustand der Längsmagnetisierung bei den Fettgewebsprotonen erst wieder einstellen muss. Hierdurch verlängert sich entweder die Messzeit zum Teil erheblich oder die Suppression von Signalen von Fettgewebsprotonen ist unvollständig.

Die US 5,541,514 A offenbart eine Steady-State-Pulssequenz, bei der eine Repetitionszeit und ein Flipwinkel mit einer alternierenden Polarität eingesetzt werden. Im Gleichgewichtszustand bewegt sich die Magnetisierung zwischen einem ersten Wert +alpha/2 und einem zweiten Wert -alpha/2. Vor Beginn der Pulssequenz wird ein HF-Puls mit einem Flipwinkel von alpha/2 eingestrahlt. Hierdurch wird eine Präparation der Kernseins erreicht und der Gleichgewichtszustand stellt sich schneller ein.

In der Schrift Brix et al., "Fast and precise T1 imaging using a TOMROP sequence", Magn Reson Imaging, 1990; 8(4): 351–356, ist unter anderem eine TOMROP-Sequenz (TOMROP für engl.: "T One by Multiple Read Out Pulses"). Ein Zug von Abfragepulsen (engl.: "interrogation Pulses") mit kleinen Flipwinkeln &bgr; erzeugt einen Satz von Gradientenechos. Während dieses Zuges entwickelt sich ein Gleichgewichtszustand für die Längsmagnetisierung. Vor dem Zug der Abfragepulse versetzt ein selektiver sogenannter &agr;-Puls die Längsmagnetisierung in einen definierten Anfangszustand. In Abhängigkeit des Flipwinkels &agr; entwickelt sich die Längsmagnetisierung unterschiedlich.

Die DE 44 27 497 A1 offenbart eine Sequenz, in der ein steady-state-Zustand einer Magnetisierung erzeugt wird. Vor Beginn der Pulssequenz wird vor einem ersten Anregungspuls ein zusätzlicher Hochfrequenzpuls mit einem halbierten Flipwinkel eingestrahlt. Damit wird der steady-state Zustand früher erreicht. Zusätzlich ist die Möglichkeit offenbart, vor dem zusätzlichen Hochfrequenzpuls eine Spinpräparation durchzuführen.

Die US 5,256,967 A offenbart eine Methode zur schnellen NMR Bildakquisition mit spektral selektiven Inversionspulsen. Hierbei ist unter anderem eine steady-state-Pulssequenz mit einem Kontrast-Präparations-Modul und mit einem Fettunterdrückungspuls offenbart.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung anzugeben, die eine gute Unterdrückung von Signalen von Kernseins eines bestimmten Typus erlaubt und gleichzeitig eine schnelle Aufnahme von Bilddaten ermöglicht. Weiterhin ist er die Aufgabe der Erfindung, ein Magnet-Resonanz-Gerät zur Durchführung einer solchen Sequenz anzugeben.

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Magnet-Resonanz-Gerät gemäß Anspruch 18. Vorteilhafte Weiterbildung in der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.

Die Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung gemäß Verfahren nach Anspruch 1, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden, und mit der Signale von Kernseins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, umfasst folgende Schritte:

  • (a) Anwenden eines Suppressionsmoduls zur Unterdrückung von Signalen der Kernseins des bestimmten Typus;
  • (b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls nach einer Wartezeit zur Aufzeichnung von Messdaten;
  • (c) Wiederholen von den Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit, und
  • (d) vor den Schritten (a), (b) und (c) Anwenden eines Spin-Präparations-Moduls, das eine Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der durch die Anwendung der nachfolgenden Schritte (a), (b) und (c) aufrechterhalten wird.

Bei der Sequenz findet die eigentliche Bilddatenaufzeichnung während der Akquisitionsmodule statt. Die Suppressionsmodule dienen dazu, die Signale von den Kernseins des bestimmten Typus zu unterdrücken. Durch das wiederholte Ausführen der Suppressionsmodule wird in der Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus ein Gleichgewichtszustand induziert, insbesondere in der Längsmagnetisierung. Dadurch, dass vor den Suppressionsmodulen ein Spin-Präparations-Modul ausgeführt wird, wird die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus von vornherein in einen Zustand versetzt, der die Induktion des Gleichgewichtszustandes wesentlich beschleunigt. Im besten Fall befindet sich die Längsmagnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus bereits im Gleichgewichtszustand, wenn die nachfolgenden Suppressionsmodule ausgeführt werden.

Der Gleichgewichtszustand entspricht dabei dem Zustand, den die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus durch das wiederholte Ausführen der Suppressions- und Akquisitionsmodule einnimmt.

Unter Kernseins eines bestimmten Typus werden dabei Kernseins verstanden, die aufgrund der chemischen Verbindung, in der sich die Kernseins befinden, oder der umgebenden Flüssigkeit oder des umgebenden Gewebes ein charakteristisches Verhalten aufweisen. Dieses charakteristische Verhalten zeigt sich insbesondere hinsichtlich der Relaxationszeiten und/oder der Larmorfrequenz.

Durch die Sequenz verbessert sich einerseits die Bildqualitat, da die Magnetisierung, insbesondere die Längsmagnetisierung, während der Bilddatenaufzeichnung wegen des Gleichgewichtszustandes ein konstantes Verhalten aufweist. Andererseits kann auf diese Weise auch die Bilddatenaufzeichnung beschleunigt werden, da ein Vorlauf, der bei herkömmlichen Methoden zur Induktion des Gleichgewichtszustandes gegebenenfalls notwendig ist, nun nicht mehr nötig ist.

Der Grad der Unterdrückung der Signale der Kernseins des bestimmten Typus kann dabei variabel eingestellt werden. Manchmal ist es vorteilhaft, wenn die Signale nicht vollständig unterdrückt werden, sodass sich die Kernseins des bestimmten Typus im Bild mit einem gewissen Grauwert darstellen. Zur Unterdrückung der Signale der Kernseins kann ein Suppressionsmodul beispielsweise einen Inversionspuls oder auch einen adiabatischen HF-Puls umfassen.

Die Aufzeichnung der Messdaten während eines Akquisitionsmoduls kann dabei dadurch erfolgen, dass ein weiterer HF-Puls zur Anregung von Kernspinresonanzen eingestreut wird und dass darauf folgend Messdaten akquiriert werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kernseins des bestimmten Typus Kernseins von Fettgewebsprotonen. Hierdurch kann das oftmals störende starke Signal von Fettgewebsprotonen auf einfache Weise reduziert oder ganz unterdrückt werden.

Vorteilhafterweise umfasst das Spin-Präparations-Modul einen HF-Puls. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Spin-Präparations-Modul lediglich einen einzigen HF-Puls, gegebenenfalls mit passend gewählten Schichtselektionsgradienten und/oder Spoilergradienten. Auf diese Weise lässt sich das Spin-Präparations-Modul schnell und ohne großen Aufwand ausführen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der HF-Puls des Spin-Präparations-Moduls ein adiabatischer HF-Puls. Hierdurch ist das Verfahren besonders robust gegenüber B1-Magnetfeld-Inhomogenitäten.

In einer Ausführungsform umfasst das Akquisitionsmodul, das im Schritt (b) ausgeführt wird, zumindest einen HF-Puls, mit dem Kernseins zur Resonanz angeregt werden. Anschließend umfasst das Akquisitionsmodul eine Aufzeichnung der Messdaten. Dabei werden die Signale der angeregten Kernseins mit geeigneten Gradientenfeldern aufgezeichnet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Sequenzblock, der die Schritte (a), (b), (c) und (d) umfasst, mehrfach ausgeführt. Dieser mehrfach ausgeführte Block kann dabei jeweils durch ein Navigator-Signal (auch als Navigator-Echo bezeichnet) getriggert werden. Auf diese Weise kann der Sequenzblock in besonders vorteilhafter Weise zur Datenaufzeichnung von Organen mit einer Bewegung eingesetzt werden, wie z. B. Herz oder Lunge. Die Bewegung wird dabei üblicherweise durch das Navigator-Signal detektiert. Wenn durch das Navigator-Signal angezeigt wird, dass eine Datenaufzeichnung besonders günstig ist, da beispielsweise die Bewegung des Organs nur gering ausgeprägt ist und somit nur geringe Artefakte verursachen würde, kann das Navigator-Signal die Datenaufzeichnung durch den Sequenzblock triggern. Dies bedeutet, dass mit dem Navigator-Signal Informationen über die Position und/oder die Bewegung des zu untersuchenden Organs gewonnen werden. Wenn die Bewegung und/oder die Position innerhalb gewisser, vorgegebener Bereiche liegen, dann erfolgt die Datenaufzeichnung mithilfe des Sequenzblocks.

Die Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung gemäß Verfahren nach Anspruch 8, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden und mit der Signale von Kernseins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, umfasst folgende Schritte:

  • (a) Anwenden eines Suppressionsmoduls zur Unterdrückung von Signalen der Kernseins des bestimmten Typus, wobei das Suppressionsmodul zumindest einen ersten HF-Puls umfasst,
  • (b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls nach einer Wartezeit zur Aufzeichnung von Messdaten, und
  • (c) Wiederholen von den Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit,
wobei ein Flipwinkel des ersten HF-Pulses des ersten Suppressionsmoduls derart gewählt wird, dass der erste HF-Puls des ersten Suppressionsmoduls die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der daraufhin durch die folgenden Akquisitionsmodule und Suppressionsmodule aufrechterhalten wird.

Diese alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sequenz unterscheidet sich von der bisher beschriebenen Ausführungsform dadurch, dass anstelle des Spin-Präparations-Moduls das erste Suppressionsmodul so ausgebildet wird, dass die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus durch das erste Suppressionsmodul in einen Gleichgewichtszustand versetzt wird. Dieser Gleichgewichtszustand wird durch die darauf folgende Anwendung der Akquisitionsmodule und Suppressionsmodule aufrechterhalten. Die Kernseins des bestimmten Typus werden durch einen passend gewählten Flipwinkel des ersten HF-Pulses in den Gleichgewichtszustand versetzt.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die HF-Pulse des zweiten und der weiteren Suppressionsmodule Inversionspulse, die die Längsmagnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus invertieren. Die ersten HF-Pulse des ersten und der weiteren Suppressionsmodule können aber auch adiabatische HF-Pulse sein.

Darüber hinaus gelten die zur ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sequenz gemachten Ausführungen in analoger Weise für die alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sequenz.

Das erfindungsgemäße Magnet-Resonanz-Gerät ist zur Durchführung einer Sequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet.

Ausführungsformen der Erfindung und vorteilhafte Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden nun anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

1 den schematischen Aufbau eines MR-Gerätes,

2 ein Sequenzdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

3 und 4 die Entwicklung der Längsmagnetisierung als Funktion der Zeit bei einer Sequenz ohne eine Spinpräparation bzw. mit einer Spinpräparation,

5 ein Sequenzdiagramm gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

6 und 7 die Entwicklung der Längsmagnetisierung als Funktion der Zeit bei einer Sequenz mit einer Serie von 180°-Inversionspulsen, wobei in 6 der erste HF-Puls zur Spinpräparation ausgebildet ist und in 7 nicht, und

8 die Verwendung einer erfindungsgemäßen Sequenz zusammen mit einem Navigator-Signal.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1 mit seinen wesentlichen Komponenten. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder angelegt.

Ein in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3 angeordneter starker Magnet, üblicherweise ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen Öffnung, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis 3 Tesla und mehr beträgt. Ein zu untersuchender Körper oder ein Körperteil – hier nicht dargestellt – wird auf einer Patientenliege 9 gelagert und im homogenen Bereich des Hauptmagnetfeldes 7 positioniert.

Die Anregung der Kernseins des Körpers erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Körperspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheit 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Üblicherweise werden mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15, mehr als ein Hochfrequenzverstärker 19 und mehrere Hochfrequenzantennen in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt.

Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradientenspulen 21, mit denen bei einer Messung magnetische Gradientenfelder zur selektiven Schichtanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in Verbindung steht.

Die von den angeregten Kernseins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 13 und/oder von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitalisiert.

Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z. B. die Körperspule 13, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 20 geregelt.

Eine Bildverarbeitungseinheit 12 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 14 einem Anwender dargestellt oder in einer Speichereinheit 16 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 18 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.

Die Rechnereinheit 18 des Magnet-Resonanz-Gerätes 1 ist dabei so ausgebildet, dass mit dem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eine Datenaufnahme mit Sequenzen erfolgen kann, so dass Signale von Kernseins eines bestimmten Typus unterdrückt werden können.

2 zeigt ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sequenz. Der obere Teil (RF) zeigt eine Sequenz von HF-Pulsen, die während der Sequenz eingestrahlt werden. Der untere Teil (Gslice) zeigt eine Abfolge von Gradientenfeldern, die zeitgleich zu den HF-Pulsen eingestrahlt werden, und zwar in der Schicht-Kodier-Richtung (Gslice). Nicht gezeigt sind Gradientenfelder in hierzu orthogonalen Richtungen sowie die Abtastung des Messsignals, da es zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig ist.

Zu sehen sind zwei aufeinander folgende Akquisitionsmodule 31, während dessen jeweils die Messdaten aufgezeichnet werden. Während eines Akquisitionsmoduls 31 wird eine Reihe von HF-Pulsen 37 zur Anregung von Kernseins eingestrahlt. Nachfolgend werden – jeweils unter Einstrahlung geeigneter Gradientenfelder 39 – bestimmte k-Raum-Bereiche, z. B. einzelne k-Raum-Zeilen, abgetastet.

Ein Akquisitionsmodul 31 kann dabei zur Abtastung der k-Raum-Zeilen unterschiedliche Techniken verwenden, beispielsweise eine Spin-Echo-Technik, eine Turbo-Spin-Echo-Technik oder eine Gradienten-Echo-Technik. Die einzelnen Akquisitionsmodule 31 wiederholen sich im zeitlichen Abstand eines Repetitionszeit-Intervalls mit der Zeitdauer TR wieder.

Vor den Akquisitionsmodulen 31 werden im zeitlichen Abstand einer Wartezeit TI (für "Inversionszeit") Suppressionsmodule 33 ausgeführt. Diese Suppressionsmodule 33 dienen dazu, die Signale von Kernpins eines bestimmten Typus zu unterdrücken. Beispielsweise können auf diese Weise Signale der Kernseins von Fettgewebsprotonen unterdrückt werden.

Vor der Abfolge der Suppressionsmodule 33 und der Akquisitionsmodule 31 wird ein Spin-Präparations-Modul 35 ausgeführt. Das Spin-Präparations-Modul 35 versetzt die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand. Dieser Gleichgewichtszustand wird daraufhin durch die sich wiederholende regelmäßige Ausführung der Suppressions- und der Akquisitionsmodule 33 bzw. 31 aufrechterhalten.

Die in 2 gezeigten HF-Pulse des Spin-Präparations-Moduls und der Suppressionsmodule sind adiabatische HF-Pulse 41', 41. Adiabatische HF-Pulse sind amplituden- und frequenzmodulierte Pulse, die insensitiv gegenüber B1-Inhomogenitäten sind. Die adiabatischen HF-Pulse sind dabei freqenz-selektiv, und derart beschaffen, dass vornehmlich Kernseins des bestimmten Typus angeregt werden. Deren Magnetisierung wird durch einen eingestrahlten Spoiler-Gradienten 43 zerstört. Auf diese Weise tragen die Signale der Kernseins des bestimmten Typus beim nachfolgenden Akquisitionsmodul 31 in nur mehr geringem Umfang zum aufgezeichneten Signal bei.

Es kann aber auch eine andere Technik eingesetzt werden, bei der herkömmliche HF-Pulse Verwendung finden. Beispielsweise kann bei dem hier gezeigten Suppressionsmodul 33 ein IR-Puls eingestrahlt (IR für "inversion recovery") werden, der die Kernseins invertiert. Dieser Inversionspuls kann dabei schichtselektiv sein oder auch das gesamte Anregungsvolumen der Sendespule betreffen. Die Inversionszeit TI ist dabei so bemessen, dass sich die Längsmagnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus zum Zeitpunkt des nachfolgenden Akquisitionsmoduls beim Nulldurchgang befindet.

In einer einfachen Ausführungsform umfasst das Spin-Präparations-Modul 35 lediglich einen HF-Puls, gegebenenfalls mit entsprechenden Gradientenfeldern, der zur Induktion des Gleichgewichtszustandes abgestimmt ist.

Wenn TR die Repetitionszeit zweier aufeinander folgender Akquisitionsmodule 31 kennzeichnet, T1 die Relaxationszeit der Kernseins des bestimmten Typus, tlead den Zeitabstand zwischen dem Spin-Präparations-Modul 35 und dem ersten Suppressionsmodul 33 und &agr; den Flipwinkel, der durch die Suppressionsmodule 31 induziert wird, errechnet sich der Flipwinkel &bgr;prep des Spin-Präparations-Moduls 35 aus folgendem Zusammenhang:

Mzss(&agr;, TR, T1) kennzeichnet dabei die Größe der Längsmagnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus, wie sie sich im Gleichgewichtszustand einstellt. Sie ist ihrerseits von den Größen &agr;, TR und T1 abhängig.

3 und 4 zeigen die Entwicklung der Längsmagnetisierung Mz(t) als Funktion der Zeit t. In 4 ist die Sequenz mit einem Spin-Präparations-Modul ausgeführt worden, in 3 hingegen ohne ein Spin-Präparations-Modul. Die Daten gemäß 3 und 4 stammen von einer Simulation des zeitlichen Verhaltens der Längsmagnetisierung Mz(t). Die Längsmagnetisierung Mz(t) wird dabei durch aufeinander folgende Inversions-Pulse invertiert. Dies tritt beispielsweise bei einer Serie von Suppressionsmodulen 33 auf, bei denen jeweils ein Inversionspuls angewendet wird. Gezeigt ist das Verhalten der Längsmagnetisierung Mz(t) bei neun aufeinander folgenden Inversionspulsen.

3 zeigt, dass die Längsmagnetisierung Mz(t) der Kernseins des bestimmten Typus erst nach einigen Wiederholungen von Suppressionsmodulen 33 einen Gleichgewichtszustand erreicht, wenn lediglich Inversionspulse sukzessive angewendet werden. Der Gleichgewichtszustand ist dabei durch eine gestrichelte Linie 45 angezeigt.

4 hingegen zeigt, dass ein HF-Puls, der vor der Serie der Inversions-Pulse eingestrahlt wird, die Längsmagnetisierung Mz(t) von Anfang an in einen Gleichgewichtszustand versetzen kann. In diesem Fall beträgt der Flipwinkel des HF-Pulses 60°. Auch hier ist der Gleichgewichtszustand durch eine gestrichelte Linie 45 angezeigt.

Dies belegt, dass auch bei einer erfindungsgemäßen Sequenz gemäß 2 ein Gleichgewichtszustand der Magnetisierung bei den Kernseins des bestimmten Typus wesentlich schneller erreicht werden kann, wenn ein entsprechendes Spin-Präparations-Modul 35 vor der Abfolge von Suppressionsmodulen 33 und Akquisitionsmodulen 31 ausgeführt wird. Im Idealfall befindet sich dadurch die Magnetisierung von vornherein im Gleichgewichtszustand. Wie dargelegt, kann in einem einfachen Fall das Spin-Präparations-Modul 35 lediglich einen einzigen entsprechend ausgebildeten HF-Puls 41' umfassen.

5 zeigt eine Sequenz gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Sie ist ähnlich zu der Sequenz, die in 2 gezeigt ist. Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Sequenz sind die eingesetzten HF-Pulse 47, 47' der Suppressionsmodule 33, 33' herkömmliche HF-Pulse. Zu den HF-Pulsen 47, 47' werden passend ausgebildete Gradientenfelder 49 eingestrahlt. Es können aber auch hier an Stelle der herkömmlichen HF-Pulse adiabatische HF-Pulse verwendet werden.

Weiterhin fehlt bei dieser Sequenz ein Spin-Präparations-Modul. Anstelle dessen unterscheidet sich der HF-Puls 47' des ersten Suppressionsmoduls 33' von den HF-Pulsen 47 der weiteren Suppressionsmodule 33. Er ist dabei so ausgebildet, dass durch ihn die Längsmagnetisierung der Kernseins von einem bestimmten Typus, beispielsweise von Fettgewebsprotonen, gleich zu Beginn der Sequenz in einen Gleichgewichtszustand versetzt wird, der durch die folgenden Suppressionsmodule 33 und Akquisitionsmodule 31 aufrechterhalten wird.

Der folgende Zusammenhang beschreibt, wie der Flipwinkel des HF-Pulses 47' des ersten Suppressionsmoduls 33' errechnet werden kann, damit die Längsmagnetisierung zu Beginn der Sequenz in einen Gleichgewichtszustand versetzt wird.

TR kennzeichnet die Repetitionszeit zweier aufeinander folgender Akquisitionsmodule, T1 die Relaxationszeit der Kernseins des bestimmten Typus und &agr; den Flipwinkel, der durch die Suppressionsmodule induziert wird. Der Flipwinkel &bgr;first des ersten Suppressionsmoduls errechnet sich nach:

Mzss(&agr;, TR, T1) kennzeichnet dabei die Größe der Längsmagnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus, wie sie sich im Gleichgewichtszustand einstellt. Sie ist ihrerseits von den Größen &agr;, TR und T1 abhängig.

6 und 7 zeigen die Entwicklung der Längsmagnetisierung Mz(n) als Funktion der Anzahl n der HF-Pulse bei einer Sequenz mit einer Serie von 180°-Inversionspulsen. Die gezeigte Entwicklung der Längsmagnetisierung entstammt einer Simulation. Gezeigt ist dabei der Wert der Längsmagnetisierung unmittelbar vor einem HF-Puls 47 eines Sättigungsmoduls 33 (Kreise).

Während in 6 der HF-Puls des ersten Suppressionsmoduls zur Spinpräparation ausgebildet ist, ist dies in 7 nicht der Fall. Der Unterschied ist deutlich zu erkennen. Während in 6 der Gleichgewichtszustand schon nach dem zweiten HF-Puls erreicht worden ist, wird in 7 der Gleichgewichtszustand erst nach wenigstens fünf HF-Pulsen erreicht.

8 zeigt eine spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sequenzen, bei der der Beginn einer derartigen Sequenz durch ein Navigator-Signal 51 prospektiv getriggert wird. Eine derartige Ausgestaltung ist beispielsweise bei der Bildgebung von Organen vorteilhaft, die einer quasi-periodischen Bewegung unterliegen. Durch das Navigator-Signal 51 können die Zeitpunkte festgestellt werden, an denen durch die Bewegung lediglich geringe Artefakte verursacht werden. Wenn daraufhin die erfindungsgemäße Sequenz in einem Block 53 zur Aufzeichnung der Bilddaten eingesetzt wird, ist keine Wartezeit vonnöten, in der sich ein Gleichgewichtszustand der Längsmagnetisierung der zu unterdrückenden Kernseins einstellen muss. Hierdurch kann das Zeitfenster 55, in dem eine Aufzeichnung der Messdaten stattfinden kann, voll ausgeschöpft werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Aufzeichnung von Bilddaten mit einer Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden und mit der Signale von Kernseins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, umfassend folgende Schritte:

(a) Anwenden eines Suppressionsmoduls (33) zur Unterdrückung von Signalen der Kernseins des bestimmten Typus,

(b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls (31) nach einer Wartezeit (TI) zur Aufzeichnung von Messdaten,

(c) Wiederholen von Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit (TR), und

(d) vor der sich wiederholenden Abfolge der Suppressionsmodule 33 und der Akquisitionsmodule 31, die durch die Schritte (a), (b) und (c) entsteht, Anwenden eines Spin-Präparations-Moduls (35), das eine Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der durch die Anwendung der nachfolgenden Schritte (a), (b) und (c) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus die Längsmagnetisierung (Mz) der Kernseins ist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spin-Präparations-Modul (35) einen HF-Puls (41') umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spin-Präparations-Modul (35) lediglich einen einzigen HF-Puls (41') umfasst. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Puls (41') ein adiabatischer HF-Puls ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernseins des bestimmten Typus Kernseins von Fettgewebsprotonen sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Suppressionsmodul (33) im Schritt (a) einen ersten HF-Puls (47) zur Inversion von Kernseins oder einen ersten adiabatischen HF-Puls (41) umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Akquisitionsmodul im Schritt (b) zumindest einen zweiten HF-Puls (37) zur Anregung von Kernseins und anschließend eine Messdatenaufzeichnung umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Block (53), umfassend die Schritte (a), (b), (c) und (d), mehrfach ausgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrfach ausgeführte Block (53) jeweils durch ein Navigator-Echo (51) getriggert wird. Verfahren zur Aufzeichnung von Bilddaten mit einer Sequenz für die Magnet-Resonanz-Bildgebung, mit der Bilddaten von einem zu untersuchenden Objekt aufgezeichnet werden und mit der Signale von Kernseins eines bestimmten Typus unterdrückt werden, umfassend folgende Schritte:

(a) Anwenden eines Suppressionsmoduls (33, 33') zur Unterdrückung von Signalen der Kernseins des bestimmten Typus, wobei das Suppressionsmodul (33, 33') zumindest einen ersten HF-Puls (47, 47') umfasst,

(b) Anwenden eines Akquisitionsmoduls (31) nach einer Wartezeit (TI) zur Aufzeichnung von Messdaten, und

(c) Wiederholen von Schritten (a) und (b) ein oder mehrere Male jeweils nach einer Repetitionszeit (TR),

wobei ein Flipwinkel des ersten HF-Pulses (47') des ersten Suppressionsmoduls (33') derart gewählt wird, dass der erste HF-Puls (47') des ersten Suppressionsmoduls (33') die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus in einen Gleichgewichtszustand versetzt, der daraufhin durch die folgenden Akquisitionsmodule (35) und Suppressionsmodule (33) aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung der Kernseins des bestimmten Typus die Längsmagnetisierung (Mz) der Kernseins ist. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten HF-Pulse (47) der weiteren Suppressionsmodule (33) Inversionspulse zur Inversion von Kernseins des bestimmten Typus oder adiabatische HF-Pulse (41) sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernseins des bestimmten Typus Kernseins von Fettgewebsprotonen sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Akquisitionsmodul (31) in Schritt (b) zumindest einen weiteren HF-Puls (37) zur Anregung von Kernseins und eine anschließende Messdatenaufzeichnung umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Block (53), umfassend die Schritte (a), (b) und (c), mehrfach ausgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der mehrfach ausgeführte Block (53) jeweils durch ein Navigator-Echo (51) getriggert wird. Magnet-Resonanz-Gerät ausgestaltet mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17.






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