DE19903626A1

DE19903626A1 - Arterien-Magnetresonanzabbildung mit chemischem Verschiebungsabgleich

Info

Publication number: DE19903626A1
Application number: DE19903626A
Authority: DE
Inventors: Christopher Judson Hardy; Charles Lucian Dumoulin; Erika Schneider
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 1999-08-05
Also published as: JPH11267110A; JP4219031B2; IL128167A0; US5999839A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine medizinische Abbildung von Blutgefäßen und insbesondere die Verwendung einer Magnetresonanz zur Durchführung dieser Abbildung.

Die Angiographie oder die Abbildung von Gefäßstrukturen ist bei diagnostischen und therapeutischen medizinischen Vorgehensweisen sehr nützlich. Bei der Röntgenstrahlangiographie wird eine invasive Einrichtung zum Plazieren eines Bolus einer röntgenstrahlundurchlässigen Flüssigkeit im Gefäßsystem eines Patienten verwendet. Während sich der Bolus in dem Patienten befindet, wird eine Folge von Röntgenstrahlbildern erhalten, die die röntgenstrahlabsorbierende Flüssigkeit hervorheben.

Die Röntgenstrahlangiographie bringt mehrere erhebliche Risiken für den Patienten mit sich, einschließlich Beschwerden und gegenteilige Reaktionen. Während herkömmliche Röntgenstrahlfluoroskope zur Minimierung der Röntgenstrahldosis entwickelt sind, können einige Prozeduren sehr lang dauern, und die akkumulierte Röntgenstrahldosis kann für das Subjekt erheblich werden. Die Langzeitbestrahlung der begleitenden medizinischen Mitarbeiter ist sogar von noch größerer Bedeutung, da diese regelmäßig an diesen Prozeduren teilnehmen. Demzufolge ist es erwünscht, die Röntgenstrahldosis während dieser Prozeduren zu verringern oder zu beseitigen.

Bei der Röntgenstrahlangiographie wird typischerweise ein einziges zweidimensionales Projektionsbild erzeugt. Tiefeninformationen eines Objekts in dem Bildfeld sind für den Bediener nicht verfügbar. Es ist oft erwünscht, diese Informationen während diagnostischer und therapeutischer Prozeduren bzw. Anwendungen zu erhalten.

Seit kurzem sind Magnetresonanz-(MR)-Abbildungsprozeduren für die Abbildung von Gefäßstrukturen verfügbar. Die MR-Angiographie wird mit vielen verschiedenen Verfahren durchgeführt, die sich alle auf eines von zwei grundlegenden Phänomenen stützen. Das erste Phänomen ergibt sich aus Änderungen der longitudinalen Spinmagnetisierung, wenn sich Blut von einem Bereich des Patienten zu einem anderen bewegt. Verfahren, die sich dieses Phänomen zu Nutze machen, sind als Einström-("in-flow") oder Lauf zeit-("time-of-flight")verfahren bekannt. Ein allgemein verwendetes Laufzeitverfahren ist die dreidimensionale Laufzeitangiographie. Mit diesem Verfahren wird ein in Frage kommender Bereich mit einer relativ kurzen Wiederholzeit TR und einem relativ starken Anregungshochfrequenz-(RF)-Impuls abgebildet. Dies bewirkt, daß die MR-Spins in dem Bildfeld gesättigt werden und schwache MR-Antwortsignale abgeben. In das Bildfeld fließendes Blut tritt jedoch in einem vollständig entspannten Zustand ein. Demzufolge gibt dieses Blut ein relativ starkes MR-Antwortsignal ab, bis es auch gesättigt ist. Aufgrund der Natur der Blutgefäßerfassung mit Laufzeitverfahren kann das das Gefäß umgebende stationäre Gewebe nicht vollständig unterdrückt werden. Außerdem wird langsam fließendes Blut und Blut, das zulange in dem abgebildeten Volumen war, gesättigt und wird schlecht abgebildet.

Ein zweiter MR-Angiographietyp beruht auf der Induzierung von Phasenverschiebungen in der transversalen Spinmagnetisierung. Diese Phasenverschiebungen sind direkt proportional zu der Geschwindigkeit und werden durch Fließkodierungs-Magnetfeldgradientenimpulse induziert. Phasenempfindliche MR-Angiographieverfahren verwerten diese Phasenverschiebungen zur Erzeugung von Bildern, in denen die Bildelementintensität eine Funktion der Blutgeschwindigkeit ist. Während eine phasenempfindliche MR-Angiographie einen langsamen Fluß in komplizierten Gefäßgeometrien einfach erfassen kann, wird sie auch jedes sich bewegende Gewebe in dem Bildfeld erfassen. Demzufolge weisen phasenempfindliche MR-Angiogramme des Herzens Artefakte auf, die sich aus dem sich bewegenden Herzmuskel und den sich bewegenden Blutansammlungen in den Herzkammern ergeben.

Beispielsweise ist ein eine invasive Einrichtung verwendendes MR-Verfahren zur Erzeugung von Angiogrammen in der US-A-5 447 156 offenbart. Ein weiteres invasives MR- Verfahren, das stark magnetisierte Flüssigkeit verwendet, ist in der US-A-5 479 925 beschrieben. Ein nicht-invasives MR-Verfahren stützt sich auf die Erfassung von Beschleunigung und Geschwindigkeit. Dieses Verfahren ist in der US-A-5 469 059 beschrieben.

Bei MR-Abbildungen können Inversions- Wiederherstellungsimpulsfolgen zur Messung von T1 einer Abtastung bzw. Probe verwendet werden. T1 einer Probe ist die Zeitdauer, die die Längsmagnetisierung zur Rückkehr zu ihrem Gleichgewichtswert braucht, nachdem ein RF-Impuls die Längsmagnetisierung gestört hat. Seit kurzem werden Inversionswiederherstellungsverfahren zur Ausbildung eines T1-Konstrasts bei der herkömmlichen MR-Abbildung für weiches Gewebe verwendet. Sowohl bei Hochauflösungs- als auch bei Abbildungsanwendungen invertiert ein RF-Impuls die Spinmagnetisierung der Kerne einer Probe. Ein Erfassungs- RF-Impuls, der typischerweise einen Kippwinkel von 90° aufweist, wird dann zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach dem Inversionsimpuls zur Messung des Ausmaßes der longitudinalen bzw. Längsmagnetisierung angelegt. Das Ausmaß der Längsmagnetisierung kann auch aus der Signalintensität in einem Bild gemessen werden, das im Ansprechen auf den Erfassungs-RF-Impuls ausgebildet wird. Durch das Anliegen der Erfassungsimpulse zu einer Vielzahl ausgewählter Verzögerungszeiten kann die exponentielle Rückkehr der Spinmagnetisierung in den stationären Zustand nach der Inversion quantifiziert werden, und die Zeit T1 der Probe kann bestimmt werden.

Schnittauswahl-Inversionsimpulse wurden zur Unterdrückung von ausgewähltem Gewebe bei einer herkömmlichen MR-Abbildung verwendet. Beispielsweise wurden Querschnittsbilder der Anatomie mit einem Schnittauswahl- Inversionsimpuls erhalten, der vor der Datenerfassung derart angelegt wird, das daß Fett unterdrückt wird, während die Muskeln relativ unbeeinflußt bleiben, und umgekehrt. Es wurden auch chemische Verschiebungs- Auswahlinversionsimpulse zur Unterdrückung von ausgewähltem Gewebe verwendet. Allerdings wurden diese beiden Verfahren weder gemeinsam zur Ausbildung eines Angiogramms verwendet, noch wurden zwei chemische Verschiebungs-Auswahlimpulse zusammen zur Ausbildung von Gefäß- oder Herzbildern angewendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Gerät zur nicht-invasiven MR-Abbildung von Kranzarterien auszugestalten. Ferner sollte die nicht invasiven MR-Abbildung von Kranzarterien unter Verwendung von chemischen Verschiebungs-Auswahlinversionsimpulsen durchgeführt werden. Desweiteren soll die nicht-invasiven MR-Abbildung von Kranzarterien unter Verwendung von Schnittauswahl- und chemischen Verschiebungs- Auswahlinversionsimpulsen durchgeführt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein Gerät zur Magnetresonanzabbildung des Herzens eines Patienten und zur Erzeugung eines Bildes gelöst, das Blut in den Herzkammern und den Kranzgefäßen zeigt, während das Signal von dem Herzmuskel und dem Lipidgewebe unterdrückt wird. In einem optionalen ersten Schritt wird bei dem Verfahren das Blut mit einem Kontrastmittel behandelt, indem dem Blut eine Mischung aus Gadolinium oder einem ähnlichen MR-Konstrastmittel zugesetzt wird. Dann wird das Subjekt einem im wesentlichen gleichmäßigen Magnetfeld ausgesetzt, das die Längsmagnetisierung des Herzmuskelgewebes, des Lipidgewebes und des Bluts in der Richtung des Magnetfeldes orientiert. Das Verfahren verwendet zwei sequentielle Inversionsimpulse gefolgt von einer Folge von Erfassungs-RF-Impulsen. Der Inversionsimpuls ist ein Hochfrequenz(RF)-Impuls, der die Längsmagnetisierung der ausgewählten Komponenten um 180° dreht. Der Erfassungs-RF-Impuls ist ein RF-Impuls, der die Längsmagnetisierung der ausgewählten Komponenten um 90° dreht. Der erste Inversionsimpuls wird an das Subjekt angelegt. Der erste Inversionsimpuls invertiert die Längsmagnetisierung von zumindest zwei Komponenten bestehend aus Herzmuskel, Lipid und Blut. Der zweite Inversionsimpuls wird zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes angelegt. Schließlich werden einer oder mehrere Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Ausmaßes der Längsmagnetisierung des Blutes angelegt. Das Ausmaß der Längsmagnetisierung wird als Signalintensität in einem oder mehreren Bildern angezeigt, die im Ansprechen auf den Erfassungs-RF-Impuls erfaßt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Inversionsimpuls ein Schnittauswahlinversionsimpuls, der die Längsmagnetisierung des Herzmuskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes invertiert. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erste Inversionsimpuls ein erster chemischer Verschiebungs- Auswahlinversionsimpuls zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Blutes und des Muskelgewebes. Bei beiden Ausführungsbeispielen werden zumindest zwei der Komponenten durch den ersten Inversionsimpuls invertiert. In beiden Ausführungsbeispielen wird der zweite Inversionsimpuls derart zeitlich angepaßt, daß die Längsmagnetisierung sowohl des Lipidgewebes als auch das Herzmuskelgewebes ungefähr 0 ist und die Blutmagnetisierung das normale Gleichgewicht erreicht, wenn ein Bildaufnahmevorgang beginnt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beilegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Patienten, der einem nicht invasiven MR-Kranzarterienabbildungsvorgang unterzogen wird,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines MR-Abbildungssystems, das zur Verwendung mit der Erfindung geeignet ist,

Fig. 3 eine ausführlichere Darstellung der Magnetanordnung in Fig. 1,

Fig. 4 eine graphische Darstellung der MR-Resonanz gegenüber der Position entlang einer einzelnen Achse beim Vorhandensein eines angelegten Magnetfeldgradienten,

Fig. 5 ein Zeitablaufdiagramm der Beziehungen zwischen Auswahl-RF-Impulsen, Magnetfeldgradientenimpulsen und Abbildungsimpulsen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine graphische Darstellung der relativen Wiederherstellungsraten des Herzmuskels, des Lipids und Blutes im Ansprechen auf ein Inversionssignal,

Fig. 7 eine graphische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels, bei dem Schnittauswahl- und chemische Auswahlinversionsimpulse angelegt werden,

Fig. 8 ein Zeitablaufdiagramm der Beziehungen zwischen RF-Impulsen, Magnetfeldgradientenimpulsen und Abbildungsimpulsen bei einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 9 eine graphische Darstellung der relativen Wiederherstellungszeiten für Blut, den Herzmuskel und das Lipid, die den zwei chemischen Inversionsimpulsen gemäß Fig. 8 ausgesetzt sind.

Gemäß Fig. 1 ist ein Subjekt 100 auf einem Trägertisch 110 plaziert und in einem homogenen Magnetfeld positioniert, das durch einen in einem Magnetgehäuse 120 eingeschlossenen Magneten 125 erzeugt wird. Der Magnet 125 und das Magnetgehäuse 120 weisen eine Zylindersymmetrie auf und sind halb aufgeschnitten gezeigt, um die Position des Subjekts bzw. Patienten 100 zu zeigen. Ein in Frage kommender Bereich des Subjekts 100 befindet sich näherungsweise im Mittelpunkt der Bohrung des Magneten 125. Das Subjekt 100 ist von einem Satz von zylindrischen Magnetfeldgradientenspulen 130 umgeben, die Magnetfeldgradienten vorbestimmter Stärke zu vorbestimmten Zeiten gemäß vorbestimmten MR-Impulsfolgen erzeugen, was nachstehend beschrieben ist. Die Gradientenspulen 130 erzeugen Magnetfeldgradienten in drei gegenseitig orthogonalen Richtungen. Zumindest eine äußere Hochfrequenz-(RF)-Spule 140 (in Fig. 1 ist nur eine gezeigt) umgibt auch den in Frage kommenden Bereich des Subjekts 100. Gemäß Fig. 1 weist die RF-Spule 140 eine zylindrische Form mit einem Durchmesser auf, der zur Umschließung des gesamten Subjekts ausreicht. Es können auch andere Geometrien, wie kleinere Zylinder, die speziell zur Abbildung des Kopfes oder einer Extremität entwickelt sind, bei alternativen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Es können auch nicht-zylindrische äußere Hochfrequenzspulen, wie Oberflächenspulen verwendet werden. Die äußere RF-Spule 140 strahlt eine Hochfrequenzenergie in das Subjekt 100 zu vorbestimmten Zeiten und mit ausreichend Leistung bei einer vorbestimmten Frequenz ab, um eine Population von Kernmagnetspins des Subjekts 100, die nachstehend als Spins bezeichnet sind, auf dem Fachmann bekannte Art und Weise zu drehen. Die äußere RF-Spule 140 kann bei Bedarf auch als Empfänger dienen, der die MR-Antwortsignale empfängt, die durch die Nutation stimuliert werden.

Die Nutation der Spins bewirkt ihre Resonanz an der Larmor- Frequenz. Die Larmor-Frequenz jedes Spins ist direkt proportional zu der Stärke des durch den Spin erfahrenen Magnetfeldes. Diese Feldstärke ist die Summe des durch den Magneten 125 erzeugten statischen Magnetfeldes und des durch die Magnetfeldgradientenspule 130 erzeugten lokalen Feldes.

Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der Hauptkomponenten des Magnetresonanz-(MR)Abbildungssystems, das zur Verwendung mit der Erfindung geeignet ist. Das System besteht aus einem Universal-Minicomputer 2, der funktional mit einer Plattenspeichereinheit 2a und einer Schnittstelleneinheit 2b gekoppelt ist. Ein Hochfrequenz- (RF)-Sender 3, eine Signalmittelungseinrichtung 4 und Gradientenenergiezufuhreinrichtungen 5a, 5b und 5c sind alle mit dem Computer 2 über die Schnittstelleneinheit 2b verbunden. Die Gradientenenergiezufuhreinrichtungen 5a, 5b und 5c versorgen Gradientenspulen 130-1, 130-2 und 130-3 jeweils zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten Gx, Gy und Gz jeweils in der X-, Y- und Z-Richtung über ein abzubildendes Subjekt mit Energie. Der RF-Sender 3 wird mittels Impulshüllkurven vom Computer 2 zur Erzeugung von RF-Impulsen mit der erforderlichen Modulation zur Anregung eines MR-Antwortsignals von einem Subjekt gesteuert. Die RF-Impulse werden in einem RF-Leistungsverstärker 6 auf Pegel verstärkt, die von 100 Watt bis zu mehreren Kilowatt in Abhängigkeit vom Abbildungsverfahren reichen, und werden an die RF-Spule 140 angelegt. Bei Bedarf können separate Sender- und Empfängerspulen 140-1, 140-2 vorhanden sein. Die höheren Leistungspegel sind für große Abtastvolumen, wie bei einer Ganzkörperabbildung und dort erforderlich, wo Impulse kurzer Dauer zur Anregung größerer MR- Frequenzbandbreiten erforderlich sind.

Das MR-Antwortsignal wird von der Empfängerspule 140-2 erfaßt, in einem Vorverstärker 9 mit geringem Rauschen verstärkt und einem Empfänger 10 zur weiteren Verstärkung, Erfassung und Filterung zugeführt. Das Signal wird dann zur Mittelung durch die Signalmittelungseinrichtung 4 und zur Verarbeitung durch den Computer 2 digitalisiert. Der Vorverstärker 9 und der Empfänger 10 werden vor den RF- Impulsen während des Sendens durch aktive Tastung oder passive Filterung geschützt.

Der Computer 2 liefert die Tastung und Hüllkurvenmodulation für die MR-Impulse, das Austasten für den Vorverstärker und den RF-Leistungsverstärker und die Spannungssignalverläufe für die Gradientenleistungszufuhreinrichtungen. Der Computer führt auch eine Datenverarbeitung wie eine Fouriertransformation, Bildrekonstruktion, Datenfilterung, Abbildungsanzeige und Speicherfunktionen durch (die alle bekannt sind und außerhalb des Schutzbereiches der Erfindung liegen).

Die Senderspule 140-1 und die Empfänger-RF-Spule 140-2 können bei Bedarf eine einzelne Spule 140 umfassen. Alternativ dazu können zwei separate Spulen verwendet werden, die elektrisch orthogonal sind. Der zweite Aufbau hat den Vorteil, daß der RF-Impuls-Durchbruch in dem Empfänger während der Impulsübertragung reduziert wird. In beiden Fällen sind die Spulen orthogonal zu der Richtung eines statischen Magnetfeldes B0, das durch den Magneten 125 erzeugt wird. Der Magnet, die RF- und Gradientenspulen und das Abbildungssubjekt können vom Rest des Systems durch Einschluß in einem RF-abgeschirmten Käfig isoliert werden.

Die Magnetfeldgradientenspulen 130-1, 130-2 und 130-3 sind jeweils zur Ausbildung der Gradienten Gx, Gy und Gz erforderlich, die über das Abtastvolumen monoton und linear sind. Mehrwertige Gradientenfelder verursachen eine Verschlechterung der MR-Antwortsignaldaten, was als Alias bekannt ist und zu schwerwiegenden Bildartefakten führt. Nicht-lineare Gradienten erzeugen geometrische Verzerrungen des Bildes.

Die in Fig. 3 schematisch gezeigte Magnetanordnung 125 weist eine zentrale zylindrische Bohrung 125a auf, die das statische Magnetfeld B0 typischerweise in der axialen oder kartesischen Z-Koordinatenrichtung erzeugt. Ein Satz von Spulen 130, wie die Spulen 130-1, 130-2 und 130-3 in Fig. 1, empfangen elektrische Signale über Eingangsverbindungen 130a und liefern zumindest ein Gradientenmagnetfeld in dem Volumen der Bohrung 125a. In der Bohrung 125a befindet sich auch die RF-Spule 140, die RF-Leistung über zumindest ein Eingangskabel 140a empfängt, um ein RF-Magnetfeld B1 typischerweise in der XY-Ebene zu erzeugen.

In Fig. 4 ist die Larmor-Frequenz eines Spins gezeigt, die im wesentlichen proportional zu ihrer Position ist, wenn ein Magnetfeldgradient angelegt wird. Ein im Mittelpunkt 300 der Gradientenspule (130 in Fig. 1) befindlicher Spin präzediert bei einer Larmor-Frequenz f0. Die Larmor- Frequenz f0 am Punkt 300 eines spezifischen nuklearen Spintyps wird durch das durch den Magneten (125 in Fig. 1) erzeugte statische Magnetfeld bestimmt. Ein Spin am Ort 310 weist eine Larmor-Frequenz f1 auf, die durch die Summe des statischen Magnetfeldes und des zusätzlichen an diesem Ort durch die Magnetfeldgradientenspule (130 in Fig. 1) erzeugten Magnetfeldes bestimmt wird. Da die Gradientenspulenantwort 320 im wesentlichen linear ist, ist die Larmor-Frequenz des Spins im wesentlichen proportional zur Position. Diese Beziehung zwischen der Larmor-Frequenz und der Spinposition wird zur Erzeugung eines MR-Bildes verwendet.

Im Ansprechen auf die RF- und Magnetfeldgradientenimpulse erzeugte MR-Antwortsignale werden durch die äußere RF-Spule 140 oder eine alternative Empfangsspule erfaßt. Eine gegenwärtig bevorzugte MR-Impulsfolge und ihr Impulszeitverlauf sind in Fig. 5 dargestellt.

Vor der Abbildung wird das Blut des Subjekts mit einem geeigneten Kontrastverbesserungsmittel, wie einem Chelat- Gadoliniumgemisch, typischerweise Gd-DTPA behandelt. Der Herzzyklus des Subjekts 100 wird durch einen EKG-Monitor (nicht gezeigt) überwacht. Der EKG-Monitor erfaßt eine R- Welle, wie eine in Fig. 5 gezeigte R-Welle. Zu einer ausgewählten Zeit nach der Erfassung einer R-Welle legt eine MR-Abtasteinrichtung einen Schnittauswahl- Inversionsimpuls gefolgt von einem chemischen verschiebungs-Auswahlinversionsimpuls an. Ein Inversionsimpuls kehrt die Richtung des magnetischen Moments der Kerne um, die sich in dem Permanentmagnetfeld B0 ausgerichtet haben. Auf das Anlegen des Inversionsimpulses hin kehren die nuklearen Spins die Richtung um, so daß ihr magnetisches Moment vorübergehend entgegen der Richtung von B0 ausgerichtet ist. Ein Schnittauswahlgradient wird gleichzeitig mit dem ersten Inversionsimpuls angelegt. Bei diesem Verfahren invertiert ein erster Schnittauswahlimpuls die Magnetisierung für alle Materialien in dem bestimmten Schnitt einschließlich Blut, Lipidgewebe und Herzmuskelgewebe. Ein nachfolgender zweiter chemischer Verschiebungs-Auswahlimpuls invertiert lediglich die Spinmagnetisierung der Lipide. Der Zeitverlauf der zwei Inversionsimpulse wird derart gewählt, daß die Längsmagnetisierung des Lipid- und des Herzmuskelgewebes ungefähr 0 zum Beginn der Abbildungssequenz sind. Da das Blut gegenüber dem Herzmuskelgewebe eine unterschiedliche Zeit T1 hat, werden aus dem Blut entstehende Signale nicht vollständig unterdrückt, insbesondere dann, wenn das Blut mit einem T1-Relaxationsmittel wie Gd-DTPA gemischt ist. Wenn außerdem das Blutgefäß weitgehend orthogonal zu dem Inversionsschnitt orientiert ist, tritt nicht invertiertes Blut in die Abbildungsebene vor dem Beginn der Abbildungssequenz ein, was zu einem noch stärkeren Signal für Blut führt.

Fig. 6 zeigt die unterschiedlichen Rückkehrraten bzw. -geschwindigkeiten der Längsspinmagnetisierung zum Gleichgewicht, die einem Inversionsimpuls folgen, der bei Blut, dem Herzmuskel und dem Lipid angewendet wird. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, ist das versetzte Blut das schnellste der drei Materialien, das zum Gleichgewicht zurückkehrt. Das Lipid weist eine mittlere Rückkehrrate auf, und der Herzmuskel weist die niedrigste Rückkehrrate auf. Diese unterschiedlichen Rückkehrraten zum Gleichgewicht werden in Verbindung mit den Schnittauswahl- und chemischen Verschiebungs-Auswahlimpulsen zur Ausbildung eines Bildes des Blutes mit hohem Kontrast bezüglich des Herzmuskels verwendet.

In Fig. 7 ist die Wirkung der Folge der Schnittauswahl- und chemischen Verschiebungs-Auswahlimpulsen gezeigt, wenn sie an das Subjekt 100 angelegt werden. Wiederum erfaßt ein EKG-Monitor eine R-Welle des Subjekts 100. Der erste Inversionsimpuls invertiert die Magnetisierung des Herzmuskels, des Fetts und des Gd-DTPA-Blutes in dem Schnitt. Die Magnetisierung des Blutes kehrt schnell zu ihrem Gleichgewichtswert zurück, während der Herzmuskel langsamer zurückkehrt. Der zweite chemische Verschiebungs- Auswahlinversionsimpuls invertiert die Lipidmagnetisierung aber nicht die Magnetisierung des Blutes oder des Herzmuskels. Dieser zweite chemische Verschiebungs- Auswahlinversionsimpuls wird derart zeitlich gesteuert, daß das Lipid und der Herzmuskel eine Längsmagnetisierung von ungefähr 0 während des Abbildungsabschnitts der Sequenz bzw. Folge haben. Der Abbildungsabschnitt der Sequenz wird derart ausgewählt, daß er nach dem zweiten chemischen Verschiebungs-Auswahlinversionsimpuls und am oder ungefähr zum Zeitpunkt auftritt, wenn die Magnetisierung des Lipids und des Herzmuskels ungefähr 0 sind. Zur Zeit der Abbildung ist die Magnetisierung des Blutes relativ stark. Die Abbildungssequenz enthält einen oder mehrere Erfassungs-RF-Im pulse, deren Neigungswinkel von ungefähr 20° bis 90° reichen, was von dem spezifischen Ausführungsbeispiel abhängt. Da sich das Blut im oder nahe am Gleichgewicht befindet und der Herzmuskel und das Lipid nahe 0 sind, liefern die dem (den) Erfassungs-RF-Impuls(en) folgenden empfangenen Signale ein Bild des Blutes mit hohem Kontrast bezüglich des Herzmuskels und Lipids. Die Abbildungssequenz kann auch entweder eine Echoplanar-Impulsfolge oder eine segmentierte schnelle Gradientenecho-Abbildungsimpulsfolge enthalten.

Das Verfahren beinhaltet auch ein Ersetzen eines oder mehrerer Inversionsimpulse durch einen RF-Impuls mit einem Neigungswinkel von weniger als 180° aber größer als 90°, gefolgt von einem oder mehreren Gradientenimpulsen zur Phasenverschiebung der transversalen Restmagnetisierung. Die Verzögerungszeit zwischen dem RF-Impuls und der Abbildungssequenz ist dementsprechend verkürzt, so daß das Auf-Null-Bringen bzw. der Abgleich der Magnetisierung während der Abbildungssequenz geschieht.

Ohne Gadolinium beträgt die Zeit T1 des Blutes bei 1,5 Tesla 1200 ms. Bei einer dreifachen Dosis von Gd-DTPA kann die Zeit T1 des Blutes auf weniger als 300 ms verringert werden. Die Zeit t1 des Herzmuskels wird auch um einiges nach einer Gd-DTPA-Injektion verringert, da einiges Gd-DTPA von der Muskel zurückbehalten wird. Allerdings ist die Verringerung von T1 relativ untergeordnet. Sind die Blutansammlungs-Gd-Mittel einmal für menschliche Anwendungen frei gegeben, wird es möglich sein, die Zeit T1 des Blutes noch weiter zu verringern, ohne die Zeit T1 des Herzmuskels zu beeinflussen.

Es kann nahezu jede Abbildungssequenz angewendet werden, obwohl solche, die schnell angewendet werden können, wahrscheinlich die sinnvollsten sind. Zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen grundlegenden Verfahren sind auch Abänderungen möglich. Diese Abänderungen beinhalten beispielsweise

A) Das Invertieren eines Schnitts, der dicker als der Abbildungsschnitt ist, um die Bewegung beispielsweise des Herzens zwischen der Schnittauswahlinversion und der Abbildungssequenz zu kompensieren.
B) Das Invertieren eines Schnitts, der von dem Abbildungsschnitt verschoben ist, um die Bewegung beispielsweise des Herzens zwischen der Schnittauswahlinversion und der Abbildungssequenz zu kompensieren.
C) Das Invertieren eines Schnitts, der eher orthogonal zu dem Abbildungsschnitt ist als mit diesem übereinstimmt, um Laufzeiteffekte in den Gefäßen zu erlauben, die weitgehend in der Abbildungsebene vorhanden sind.
D) Das Invertieren mehrfacher paralleler Schritte oder Scheiben orthogonal zu dem Abbildungsschnitt, um Laufzeiteffekte in den Gefäßen zu erlauben, die weitgehend in der Abbildungsebene vorhanden sind.
E) Mehrfaches Ausführen von D) mit verschobenen Scheiben zur Entfernung von in den Gefäßen verbleibenden Spalten.
F) Das Verwenden eines Inversionsimpulses, der gleichzeitig spektral und örtlich selektiv ist.
G) Das Verwenden der Erfindung zur Abbildung von Kranzarterien.
H) Das Verwenden der Erfindung in Verbindung mit einem Streßmittel während der Abbildung des Herzens.
I) Das Verwenden der Erfindung für eine Angiographieabbildung des Halses, Abdomens und der Extremitäten.
J) Das Anwenden der Erfindung mit oder ohne die Verwendung eines Kontrastmittels zur Verringerung der Zeit T1 des Blutes.
K) Das Auswählen alternativer Verzögerungszeiten derart, daß die resultierenden Bilder lediglich Signale von dem Lipid oder Herzmuskel anstelle des Blutes enthalten.

Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 8 bis 10 gezeigt. Das zweite Ausführungsbeispiel wendet zwei chemische Verschiebungs-Auswahlimpulse an. Der erste chemische Verschiebungs-Auswahlimpuls invertiert die Spinmagnetisierung von Wasser. Infolgedessen invertiert dieser Impuls die Magnetisierung sowohl des Blutes als auch des Herzmuskels. Der zweite Inversionsimpuls invertiert die Spinmagnetisierung des Lipidgewebes. Die Zeitverläufe des Inversionsimpulses sind derart gewählt, daß die Längsmagnetisierung des Lipids und des Herzmuskels näherungsweise 0 zu Beginn der Abbildungssequenz sind. Da das Blut eine unterschiedliche Zeit T1 gegenüber dem Herzmuskel hat, werden die sich aus dem Blut ergebenden Signale allerdings nicht vollständig unterdrückt, insbesondere dann, wenn das Blut mit einem T1-Re laxationsmittel wie Gd-DTPA gemischt wurde. Blut und das Herzmuskelgewebe sprechen auf einen Inversionsimpuls wie in Fig. 6 gezeigt an. Somit weist Blut die schnellste Antwort und der Herzmuskel die langsamste Antwort auf. Die wahre Längsmagnetisierung ist nach einem Inversionsimpuls negativ, wie es durch die gestrichelten Linien gezeigt ist. Eine Abbildung kann während der Zeit auftreten, wenn die Magnetisierung positiv ist, wie es durch die durchgezogenen Linien gezeigt ist. Gemäß Fig. 9 invertiert der erste chemische Verschiebungs-Auswahlimpuls die Magnetisierung sowohl des Herzmuskels als auch des Gd-versetzten Blutes. Die Magnetisierung des Blutes kehrt schnell auf ihren Gleichgewichtswert zurück, während die Magnetisierung des Herzmuskels langsamer zurückkehrt. Der zweite Inversionsimpuls invertiert die Lipidmagnetisierung. Das Auftreten des zweiten Inversionsimpuls wird zeitlich derart gesteuert, daß das Lipid und der Herzmuskel während des Abbildungsabschnitts der Sequenz eine Längsmagnetisierung von 0 haben. Zu diesem Zeitpunkt ist die Längsmagnetisierung des Blutes relativ stark. Da das Blut an oder nahe dem Gleichgewicht ist und der Herzmuskel und das Lipid nahe 0 sind, liefern die dem (den) Erfassungs-RF-Im puls(en) folgenden empfangenen Signale ein Bild des Blutes mit hohem Kontrast bezüglich des Herzmuskels und des Lipids. Wie es in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel aufgezeigt ist, kann ein Gadolinium- Zusatz die T1-Antwort des Blutes bei einem Abbildungsvorgang verbessern.

Das Verfahren kann auch ein Ersetzen eines oder mehrerer Inversionsimpulse durch einen RF-Impuls mit einem Neigungswinkel von weniger als 180° aber größer als 90° gefolgt von einem oder mehreren Gradientenimpulsen zur Phasenverschiebung transversaler Restmagnetisierung enthalten. Die Verzögerungszeit zwischen dem RF-Impuls und der Abbildungssequenz ist dementsprechend verkürzt, so daß das Auf-Null-Bringen bzw. der Abgleich der Magnetisierung während der Abbildungssequenz auftritt.

Es kann nahezu jede Abbildungssequenz angewendet werden, obwohl solche Verfahren, die den Zeitbereich-Bildkodierraum schnell durchlaufen, wahrscheinlich die sinnvollsten sind. Mehrere Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind möglich. Diese Abwandlungen enthalten

A) Die Verwendung von Inversionsimpulsen, die sowohl ortsselektiv als auch bezüglich der chemischen Verschiebung selektiv sind.
B) Die Verwendung zusätzlich Inversionsimpulse zur Unterdrückung anderer Gewebearten.
C) Die Einbeziehung von Bewegungskompensionsschemata wie einer Phasenkodierungsausrichtung und Navigatorechos zur Minimierung von Bewegungsartefakten.
D) Die Erweiterung der Impulsfolge auf drei Ortsdimensionen.
E) Die Bilderfassung einer Projektion anstelle eines dünnen Schnitts.
F) Die Anpassung der Sequenz für eine Perfusionsabbildung unter Verwendung von Bolus-Konstrastmittel-Injektionen.
G) Die Verwendung der Frequenz ohne Herztrigger (nützlich bei stationären Fließbedingungen).
H) Die Verwendung der Sequenz in Verbindung mit einem Mittel oder einer aktivitätsinduzierenden Herzbelastung.
I) Die Verwendung einer Echoplanar-Abbildungssequenz.
J) Die Verwendung einer segmentierten schnellen Gradienten-Echosequenz.
K) Die Erweiterung dieser Verfahren durch Einbeziehung zusätzlicher Inversionsimpulse zur Unterdrückung von zusätzlichem ungewollten Gewebe in dem Bild.
L) Die Modifikation des Kippwinkels eines oder mehrerer Inversionsimpulse gefolgt von dem Anwenden eines oder mehrerer Gradientenimpulse zur Phasenverschiebung transversaler Restmagnetisierung und die Verkürzung der Verzögerungszeiten nach der Inversion zum Aufrechterhalten der Abgleicheigenschaften der Inversionsimpulse.

Vorstehend sind ein Magnetresonanz-(MR)-Abbildungsverfahren und ein Gerät beschrieben, die einen chemischen Verschiebungs-und/oder Schnittauswahlinversionsimpuls zur Erzeugung von Angiogrammen von Kranzarterien verwenden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Blut mit einem Kontrastverbesserungsmittel versetzt, und es wird eine Folge von Schnittauswahl- und chemischen Verschiebungs- Auswahlinversionsimpulsen angelegt. Erfassungs-RF-Impulse erzeugen dann ein Bildsignal. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden zwei sequentielle chemische Verschiebungs-Inversionsimpulse gefolgt von Erfassungs-RF-Im pulsen zur Abbildung angelegt.

Claims

1. Verfahren zur Magnetresonanzabbildung einer Probe aus drei Komponenten, die Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut enthalten, und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen dem Blut und dem Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, mit den Schritten:
Plazieren der Probe in einem im wesentlichen gleichmäßigen Magnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes,
Anlegen eines ersten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung von zumindest zwei dieser Komponenten,
Anlegen eines zweiten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes,
Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
Erfassen eines Bildes der Probe, wenn die Längsmagnetisierung des Muskel- und Lipidgewebes ungefähr 0 ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Kontrastmittel vor dem Schritt des Anlegens des ersten Inversionsimpulses verabreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Inversionsimpuls ein Schnittauswahlinversionsimpuls zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Inversionsimpuls ein erster chemischer Verschiebungs- Auswahlinversionsimpuls zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Blutes und des Muskelgewebes ist.

5. Verfahren zur Magnetresonanzabbildung eines Subjekts aus Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen dem Blut und dem Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, mit den Schritten:
Plazieren des Subjekts in einem im wesentlichen gleichmäßigen Längsmagnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes,
Anlegen eines ersten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in einem ausgewählten Schnitt des Subjekts,
Anlegen eines zweiten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes, wobei der zweite Inversionsimpuls bezüglich der chemischen Verschiebung selektiv ist,
Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
Erfassen eines Bildes des Subjekts, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels und des Lipidgewebes ungefähr 0 ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Kontrastmittel vor dem Schritt des Anlegens des ersten Inversionsimpulses verabreicht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Erfassungs-RF- Impulse die Längsmagnetisierung des Muskels, des Lipids und des Blutes um 90° drehen.

8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der zweite Inversionsimpuls dem ersten Inversionsimpuls mit einer Zeit folgt, die dazu ausreicht, der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes die Rückkehr auf 0 ungefähr zur gleichen Zeit zu ermöglichen, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels auf 0 zurückkehrt.

9. Verfahren nach Anspruch 5, mit den weiteren Schritten
Überwachen der Herzyklen des Subjekts und
Anlegen des ersten Schnittauswahlimpulses zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach der Erfassung einer R-Welle.

10. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schnittauswahlimpuls transversal zur Richtung des Blutflusses in dem Subjekt orientiert ist.

11. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Blut mit Gadolinium behandelt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Hochfrequenzabbildungsimpuls an das Subjekt ungefähr zu dem Zeitpunkt angelegt wird, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels und des Lipids ungefähr 0 ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, mit dem Schritt
Erzeugen eines Bildes des Blutes in dem Subjekt auf einer Anzeigeeinrichtung.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zwei letzten Schritte eine Echoplanar-Abbildungsimpulsfolge umfassen.

16. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zwei letzten Schritte eine segmentierte schnelle Gradientenecho- Abbildungsimpulsfolge umfassen.

17. Verfahren nach Anspruch 5, wobei einer oder mehrere der Inversionsimpulse durch einen RF-Impuls mit einem Neigungswinkel von weniger als 180° aber von mehr als 90° gefolgt von einem oder mehreren Gradientenimpulsen zur Phasenverschiebung einer transversalen Restmagnetisierung ersetzt werden, und wobei die Verzögerungszeit zwischen dem RF-Impuls und der Abbildungssequenz dementsprechend verkürzt wird, daß das Auf-Null-Bringen der Magnetisierung während der Abbildungssequenz auftritt.

18. Verfahren zur Magnetresonanzabbildung eines Subjekts aus Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen dem Blut und dem Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, mit den Schritten
Plazieren des Subjekts in einem im wesentlichen gleichmäßigen Längsmagnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes,
Anlegen eines ersten chemischen Verschiebungs- Auswahlinversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Blutes und des Muskelgewebes,
Anlegen eines zweiten chemischen Verschiebungs- Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes,
Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
Erfassen eines Bildes des Subjekts, wenn die Längsmagnetisierung des Muskel- und des Lipidgewebes ungefähr 0 ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner mit dem Schritt Behandeln des Blutes mit einem Kontrastmittel.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Erfassungs-RF- Impulse die Längsmagnetisierung des Muskels, des Lipids und des Blutes um 90° drehen.

21. verfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite Inversionsimpuls dem ersten Inversionsimpuls mit einer Zeit folgt, die dazu ausreicht, der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes die Rückkehr auf 0 ungefähr zu dem gleichen Zeitpunkt zu ermöglichen, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels auf 0 zurückkehrt.

22. Verfahren nach Anspruch 18, mit den weiteren Schritten
Überwachen der Herzzyklen des Subjekts und
Anlegen des ersten Schnittauswahlimpulses zu einem ausgewählten Zeitpunkt nach Erfassung einer R-Welle.

23. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Schnittauswahlimpuls transversal zur Richtung des Blutflusses in dem Subjekt orientiert ist.

24. Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Blut mit Gadolinium behandelt ist.

25. Verfahren nach Anspruch 18, wobei ein Hochfrequenzabbildungsimpuls an das Subjekt ungefähr zu der Zeit angelegt wird, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels und des Lipids ungefähr 0 ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, mit dem weiteren Schritt Erzeugen eines Bildes des Blutes in dem Subjekt auf einer Anzeigeeinrichtung.

27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die zwei letzten Schritte eine Echoplanar-Abbildungsimpulsfolge umfassen.

29. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die letzten zwei Schritte eine segmentierte schnelle Gradientenecho- Abbildungsimpulsfolge umfassen.

30. Gerät zur Magnetresonanzabbildung einer Probe aus drei Komponenten, die Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut einschließen, und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen Blut und Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, wobei die Probe in einem im wesentlichen gleichmäßigen Magnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes plaziert wird, und das Gerät
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung von zumindest zwei der Komponenten,
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes,
eine Einrichtung zum Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
eine Einrichtung zur Erfassung eines Bildes der Probe aufweist, wenn die Längsmagnetisierung des Muskels und des Lipidgewebes ungefähr 0 ist.

31. Gerät zur Magnetresonanzabbildung eines Subjekts aus Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen dem Blut und dem Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, wobei das Subjekt in einem im wesentlichen gleichmäßigen Längsmagnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes plaziert wird, wobei das Gerät
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in einem ausgewählten Schritt des Subjekts,
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten Inversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes, wobei der zweite Inversionsimpuls bezüglich der chemischen Verschiebung selektiv ist,
eine Einrichtung zum Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
eine Einrichtung zur Erfassung eines Bildes des Subjekts aufweist, wenn die Längsmagnetisierung des Muskel- und des Lipidgewebes ungefähr 0 ist.

32. Gerät zur Magnetresonanzabbildung eines Subjekts aus Muskelgewebe, Lipidgewebe und Blut und zur Erzeugung eines Bildes, das den Kontrast zwischen dem Blut und dem Muskelgewebe zeigt und ein Bild des Lipidgewebes unterdrückt, wobei das Subjekt in einem im wesentlichen gleichmäßigen Längsmagnetfeld zur Orientierung der Längsmagnetisierung des Muskelgewebes, des Lipidgewebes und des Blutes in der Längsrichtung des Magnetfeldes plaziert wird, wobei das Gerät
eine Einrichtung zum Anlegen eines ersten chemischen Verschiebungs-Auswahlinversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Blutes und des Muskelgewebes,
eine Einrichtung zum Anlegen eines zweiten chemischen Verschiebungs-Auswahlinversionsimpulses zur Invertierung der Längsmagnetisierung des Lipidgewebes,
eine Einrichtung zum Anlegen eines oder mehrerer Erfassungs-RF-Impulse zur Messung des verbleibenden Betrags der Längsmagnetisierung des Blutes und
eine Einrichtung zur Erfassung eines Bildes des Subjekts aufweist, wenn die Längsmagnetisierung des Muskel- und des Lipidgewebes ungefähr 0 ist.