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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 dar aufhin 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.
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Anstelle
von Signalen, die von Fettgewebe stammen, können auch Signale, die von
Kernseins eines anderen Typus stammen, mit analogen Techniken unterdrückt werden.
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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.
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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 Suppressions modulen
und Akquisitionsmodulen verworfen und nicht zur Datenaufzeichnung
verwendet werden.
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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.
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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.
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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 β erzeugt einen
Satz von Gradientenechos. Während
dieses Zuges entwickelt sich ein Gleichgewichtszustand für die Längsmagnetisierung.
Vor dem Zug der Abfragepulse ver setzt ein selektiver sogenannter α-Puls die
Längsmagnetisierung
in einen definierten Anfangszustand. In Abhängigkeit des Flipwinkels α entwickelt
sich die Längsmagnetisierung
unterschiedlich.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Gleichgewichtszustand entspricht dabei dem Zustand, den die Magnetisierung
der Kernseins des bestimmten Typus durch das wiederholte Ausführen der
Suppressions- und Akquisitionsmodule einnimmt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Schichtselekti onsgradienten
und/oder Spoilergradienten. Auf diese Weise lässt sich das Spin-Präparations-Modul
schnell und ohne großen
Aufwand ausführen.
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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.
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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.
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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.
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Die
Sequenz für
die Magnet-Resonanz-Bildgebung gemäß Verfahren nach Anspruch 8,
mit der Bilddaten von einem zu untersu chenden 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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus
gelten die zur ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Sequenz
gemachten Ausführungen
in analoger Weise für
die alternative Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Sequenz.
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Das
erfindungsgemäße Magnet-Resonanz-Gerät ist zur
Durchführung
einer Sequenz nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildet.
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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:
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1 den
schematischen Aufbau eines MR-Gerätes,
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2 ein
Sequenzdiagramm gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 und 4 die
Entwicklung der Längsmagnetisierung
als Funktion der Zeit bei einer Sequenz ohne eine Spinpräparation
bzw. mit einer Spinpräparation,
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5 ein
Sequenzdiagramm gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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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
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8 die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Sequenz
zusammen mit einem Navigator-Signal.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wenn
TR die Repetitionszeit zweier aufeinander folgender Akquisitionsmodule
31 kennzeichnet,
T1 die Relaxationszeit der Kernseins des bestimmten Typus, t
lead den Zeitabstand zwischen dem Spin-Präparations-Modul
35 und
dem ersten Suppressionsmodul
33 und α den Flipwinkel, der durch die
Suppressionsmodule
31 induziert wird, errechnet sich der
Flipwinkel β
prep des Spin-Präparations-Moduls
35 aus
folgendem Zusammenhang:
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Mzss(α,
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 α, TR und
T1 abhängig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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TR
kennzeichnet die Repetitionszeit zweier aufeinander folgender Akquisitionsmodule,
T1 die Relaxationszeit der Kernseins des bestimmten Typus und α den Flipwinkel,
der durch die Suppressionsmodule induziert wird. Der Flipwinkel β
first des
ersten Suppressionsmoduls errechnet sich nach:
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Mzss(α,
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 α, TR und
T1 abhängig.
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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).
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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.
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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.