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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Kernspintomographie
(Synonym: Magnet-Resonanz-Tomographie – MRT), wie sie in der Medizin
zur Untersuchung von Patienten Anwendung findet. Dabei bezieht sich
die vorliegende Erfindung insbesondere auf ein Kernspintomographiegerät sowie
ein Verfahren zum Betreiben eines solchen, bei welchem auf Basis
einer Gradientenechosequenz ein hoher Kontrast bei der Bildgebung
erreicht werden kann.
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Die
MRT basiert auf dem physikalischen Phänomen der Kernspinresonanz
und wird als bildgebendes Verfahren seit über 15 Jahren in der Medizin
und in der Biophysik erfolgreich eingesetzt. Bei dieser Untersuchungsmethode
wird das Objekt einem starken, konstanten Magnetfeld ausgesetzt.
Die in den Atomen in dem Objekt befindlichen Kernspins, welche vorher
zufällig
orientiert waren, richten sich dadurch aus.
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Hochfrequenzwellen
können
nun diese „geordneten" Kernspins zu einer
bestimmten Schwingung anregen. Diese Schwingung erzeugt in der MRT
das eigentliche Messsignal, welches mittels geeigneter Empfangsspulen
aufgenommen wird. Durch den Einsatz inhomogener Magnetfelder, erzeugt durch
Gradientenspulen, kann dabei das Messobjekt in alle drei Raumrichtungen
räumlich
kodiert werden. Das Verfahren erlaubt eine freie Wahl der abzubildenden
Schicht, wodurch Schnittbilder des menschlichen Körpers in
alle Richtungen aufgenommen werden können. Die MRT als Schnittbildverfahren
in der medizinischen Diagnostik zeichnet sich in erster Linie als
nicht-invasive Untersuchungsmethode durch ein vielseitiges Kontrastvermögen aus.
Aufgrund der hervorragenden Darstellbarkeit des Weichgewebes hat
sich die MRT zu einem der Röntgen-Computertomographie (CT)
vielfach überlegenen
Verfahren entwickelt. Die MRT basiert heute auf der Anwendung von
Spinecho- und Gradientenechosequenzen, die bei Messzeiten in der
Größenordnung
von Minuten eine exzellente Bildqualität ermöglichen.
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Die
ständige
technische Weiterentwicklung der Komponenten von MRT-Geräten und
die Einführung
schneller Bildgebungssequenzen eröffnete der MRT immer mehr Einsatzgebiete
in der Medizin. Echtzeitbildgebung zur Unterstützung der minimalinvasiven
Chirurgie, funktionelle Bildgebung in der Neurologie und Perfusionsmessung
in der Kardiologie sind nur einige wenige Beispiele. Trotz der technischen
Fortschritte beim Bau von MRT-Geräten, bleiben
Bildkontrast und Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) eines MRT-Bildes
limitierende Faktoren für viele
Anwendungen der MRT in der medizinischen Diagnostik.
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Insbesondere
bei Bildaufnahmen vom Kopf besteht die Zielsetzung, eine gute Segmentierung,
d. h. einen guten Kontrast zwischen grauer Hirnsubstanz, weißer Hirnsubstanz
und cerebrospinaler Flüssigkeit
(CSF) zu gewährleisten.
Eine Möglichkeit
hierzu besteht in einem (semi-)automatisierten Verfahren zur Segmentierung
anhand von T1-gewichteten MPRAGE-Daten. Daher sollen
zunächst
im folgenden die MPRAGE-Sequenz sowie die zugehörigen Grundlagen beschrieben
werden.
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Die
Aufnahme der Daten in der MRT geschieht im sogenannten k-Raum (Synonym: Freugenz-Raum).
Das MRT-Bild im sogenannten Bildraum ist mittels Fouriertransformation
mit den MRT-Daten im k-Raum verknüpft. Die Ortskodierung des
Objektes, welche den k-Raum aufspannt, geschieht mittels Gradienten
in allen drei Raumrichtungen. Hierfür werden magnetische Zusatzfelder
Gx, Gy und Gz , deren Feldstärke linear
von der jeweiligen Ortskoordinate x, y und z abhängt, dem homogenen Grundmagnetfeld überlagert.
Ohne Beschränkung der
Allgemeinheit wird im weiteren Verlauf ein kartesischer k-Raum angenommen,
der schicht- bzw. zeilenweise abgetastet wird.
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In
der MRT-Bildgebung werden die Gradientenfelder auf unterschiedliche
Arten genutzt. Bei der selektiven Schichtanregung wird während des HF-Pulses
dem homogenen Grundfeld ein Gradientenfeld entlang einer der Koordinatenachsen
(üblicherweise
die z-Achse) überlagert.
Durch Auswahl eines bestimmten Frequenzspektrums des HF-Pulses werden
nur Kerne innerhalb einer bestimmten Schicht senkrecht zu der z-Achse
angeregt. Bei der Frequenzkodierung wird dem Grundmagnetfeld während der
Akquisition des HF-Signals ein Gradientenfeld (üblicherweise entlang der x-Achse) überlagert. Das
Auslesen des HF-Signals
erfolgt hierbei in N-äquidistanten
Zeitschritten Δt.
Bei der Phasenkodierung schließlich
wird vor der Akquisition des HF-Signals dem Grundmagnetfeld ein
Gradientenfeld (üblicherweise
entlang der y-Achse) überlagert für eine bestimmte
Zeit ty mit einer konstanten Gradientenstärke. Das
Auslesen erfolgt hierbei durch N-maliges Wiederholen der Sequenz,
wobei die Gradientenstärke
in äquidistanten
Schritten erhöht
wird.
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2a zeigt
das Prinzip der MRT-Bildgebung mit der 2D-Fourier-Methode. Hierbei wird mittels
selektiver Schichtanregung entlang der z-Achse eine Schicht festgelegt,
anschließend
wird diese Schicht des k-Raums zeilenweise abgetastet. Die Daten
einer einzelnen k-Raumzeile werden beim Auslesen mittels eines Gradienten
Gy frequenzkodiert. Das Auslesen einer Zeile
erfolgt hierbei in N äquidistanten
Zeitschritten. Jede Zeile im k-Raum hat den Abstand Δkx, der durch einen Phasenkodierschritt erzeugt
wird. Die Bildgebungssequenz wird hierbei N-mal für verschiedene
Werte des Phasenkodiergradienten Gx wiederholt.
Insgesamt erhält
man somit eine Zahlenmatrix mit N×N Datenpunkten, aus welcher
mittels 2D-Fourier-Transformation
ein MRT im Bildraum konstruiert werden kann. 2b zeigt die
3D-Fourier-Methode. Hierbei wird der Schichtauswahlgradient durch
einen zweiten Phasenkodiergradienten ersetzt. Das bedeutet, dass
durch den HF-Impuls das gesamte Volumen der Kerne angeregt und die
Ortsinformation ausschließlich
durch orthogonale Gradienten kodiert wird, nämlich durch zwei Phasen- und
einen Frequenzkodiergradienten. Hierbei werden M Schichten senkrecht
zur z-Achse aufgenommen, wobei jede Schicht im k-Raum zeilenweise
abgetastet wird. Die Kodierung innerhalb einer Schicht des k-Raums
erfolgt hierbei durch einen Frequenzkodiergradienten in y-Richtung sowie einen Phasenkodiergradienten
in x-Richtung. Insgesamt erhält
man somit eine Zahlenmatrix mit M×N×N Datenpunkten.
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3 zeigt
schematisch das Anregungs- und Gradientenschema der FLASH(Fast Low
Angle Shot)-Sequenz. Diese beruht auf dem Prinzip der Gradientenechotechnik.
Als Gradientenechosequenzen (GE-Sequenzen) werden Schnellbildsequenzen bezeichnet,
die auf dem Prinzip der Kleinwinkelanregung beruhen und bei denen
das Echosignal ausschließlich
durch Gradientenumkehrung generiert wird. Bei der Kleinwinkelanregung
werden Flipwinkel von α < 90° verwendet,
wobei nur ein kleiner Bruchteil der Longitudinalmagnetisierung in
die Transversalebene gedreht wird. Dadurch muss weniger lange auf
die Relaxation der Magnetisierung gewartet werden, was zu erheblichen
Zeiteinsparungen führt.
Des weiteren wird durch die Umpolung des Schichtauswahl- und des
Frequenzkodiergradienten die durch die beiden Gradienten hervorgerufene
Dephasierung der Quermagnetisierung kompensiert, sodass ein Gradientenecho
entsteht. In 3 ist in der ersten Zeile der
HF-Impuls mit einer Kleinwinkelanregung unter einem Winkel α dargestellt
sowie nachfolgend auf der Zeitachse das HF-Signal mit dem Gradientenecho.
In der zweiten Zeile ist entlang der Zeit der Schichtauswahlgradient
Gz aufgetragen. Wie bereits erläutert wird
hierbei während
des HF-Impulses entlang der z-Achse der Schichtauswahlgradient dem homogenen
Magnetfeld überlagert
und anschließend zum
Zwecke der Dephasierung umgepolt. In der dritten Zeile wird entlang
der Zeitachse der Frequenzkodiergradient Gy dargestellt.
Für die
Frequenzkodierung wird hierbei nach Umpolen des Gradienten während der
Aufnahme des HF-Signals
dem homogenen Magnetfeld ein Gradientenfeld in y-Richtung überlagert. In Zeile 4 ist entlang
der Zeitachse der Phasenkodiergradient Gx dargestellt.
Zur Phasenkodierung entlang der x-Achse wird hierbei vor Aufnahme
des HF-Signals ein konstanter Gradient für eine definierte Zeit zugeschaltet
und die Sequenz wird Nx-mal wiederholt.
Durch nach Aufnahme des HF-Signals geschaltete Spoilergradienten
in jeder der drei Raumachsen wird nach der Datenakquisition die
Quermagnetisierung zerstört.
Die in 3 bezeichnete Echozeit TE ist die Zeit vom Einstrahlen
des HF-Impulses bis zum Gradientenecho und die Repetitionszeit TR ist
die Zeit für
einen Sequenzdurchgang.
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In 4 ist
das Schema der k-Raum-Abtastung einer Gradientenechosequenz dargestellt.
Nach dem HF-Impuls befindet sich das Signal im Zentrum des k-Raums
(1). Durch den Phasenkodiergradienten und die Dephasierung in Ausleserichtung
findet eine Dephasierung des Signals zum Punkt (2) statt. Während des
umgekehrt gepolten Auslesegradienten wird eine k-Raum-Zeile abgetastet
(3, 4) und das Signal aufgenommen. Am Punkt (3) findet das Gradientenecho
statt. Der gesamte Vorgang wird Nx-mal mit
verschieden starken Phasenkodiergradienten wiederholt, sodass ein
Abbild des gesamten k-Raums erzeugt wird.
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5 zeigt
das Grundprinzip der MPRAGE(Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo)-Sequenz.
Diese beruht auf der 3D-Fourier-Methode
sowie der Magnetisierungspräparation. Hierbei
wird zum Erreichen kurzer Messzeiten und eines guten Gewebekontrasts
eine Präparationsphase vor
die eigentliche Bildphase geschaltet. Die Präparationsphase bewirkt hierbei
eine von den Relaxationszeiten T1 oder T2 abhängige
Präparierung
der Magnetisierung. Diese so präparierte
Magnetisierung wird mit Hilfe der Gradientenechosequenz räumlich kodiert
und abgetastet. 5 zeigt schematisch den Ablauf
der MPRAGE-Sequenz, bei der zunächst
eine Magnetisierungspäparation
stattfindet, anschließend in
der Bildgebungsphase alle Fourierzeilen in x-Richtung unter konstantem Wert kz entlang der z-Achse gemessen werden. Es
folgt eine Erholungsphase für ein
besseres SNR bzw. einen besseren Kontrast und anschließend wird
die Sequenz für
weitere Werte von kz wiederholt.
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Die
MPRAGE-Sequenz wird standardmäßig zur
Darstellung von T1-gewichteten Bildern vom Kopf mit gutem
Kontrast der grauen und weißen
Hirnsubstanz genutzt. Die Bilder werden sowohl für klinische Routineuntersuchungen
verwendet, neuerdings aber auch zunehmend für automatische Bestimmung/Segmentierung
von Volumina des Gehirns, bestimmter Hirnregionen oder bestimmter
Gewebetypen (Morphometrie). Die Anforderung an die Daten ist, dass
diese sowohl einen guten Kontrast zwischen weißer und grauer Hirnsubstanz
aufweisen als auch einen guten Kontrast zwischen cerebrospinaler
Flüssigkeit
(CSF) und grauer Hirnsubstanz liefern.
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In
US 5 615 676 A ist
eine MR-Bildgebungssequenz offenbart, mittels der in einem Sequenzdurchgang
mindestens zwei jeweils durch eine Inversion präparierte Gradientenecho-Signale
aufgenommen werden, die sich durch ihren Kontrast unterscheiden,
wobei dieses Verfahren für
verschiedene Schichten wiederholt wird, und wobei sich diese Schichten
nur durch den Wert ihres Schichtselektionsgradienten unterscheiden,
also parallel zu der zuerst aufgenommenen Schicht liegen.
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Aus
US 6 340 887 B1 ist
ein MRT-Verfahren bekannt, welches eine Bildserie sowohl von Protonendichte-gewichteten
Bildern als auch von T2-gewichteten Bildern erzeugt, um durch Kombination beider
Serien ein MRT-Angiogramm zu erstellen, in dem das Signal von Blut
unterdrückt
ist (engl.: Black Blood MR Angiogram).
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In
US 2005/0033151 A1 ist
eine MR-Bildgebung offenbart zur Erzeugung u. a. auch durch Bildnachbearbeitung
mehrerer hinsichtlich des Kontrastes jeweils unterschiedlicher MRT-Bilder
bei reduzierter Aufnahmedauer (engl.: Scan-Time).
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Aus
DE 101 55 790 A1 ist
ein MR-Bildgebungsverfahren bekannt, in dem der Kontrast durch eine
Multikontrastsequenz gewonnener Bilder über eine Benutzerschnittstelle
interaktiv optimiert werden.
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In „V. Gulani
et al., „Towards
a single-sequence neurologic magnetic resonance imaging examination:
multiple-contrast images from an IR TrueFISP experiment", Invest. Radiol.
39 (2004), S. 767–7740
ist ein MR-Bildgebungsverfahren offenbart, in welchem durch Applikation
einer einzigen Bildgebungssequenz quasi-gleichzeitig mehrere sich in
ihrem Bildkontrast jeweils unterscheidende MRT-Bilder erzeugt werden
können.
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Bei
(semi)-automatisierten Verfahren zur Segmentierung anhand von T1-gewichteten MPRAGE-Daten wird üblicherweise
die Inversionszeit TI, d. h. die Zeit von Beginn der Sequenz bis
zum Erreichen des k-Raum-Zentrums während der Abtastung der Gradientenechosequenz
so eingestellt, dass ein Kompromiss zwischen Grau-Weiß-Kontrast
und Grau-CSF-Kontrast eingestellt wird. Im Zweifelsfall ist dann
eine manuelle Segmentierung bzw. Beschreibung der Kontrastgrenzen
erforderlich. Darüber
hinaus ist die Konsequenz, dass hier ein Fehler bei der Beschreibung
der Kontrastgrenzen toleriert wird. Insbesondere bei höheren Feldstärken ist
dies ein Problem, da die B1-Homogenität im Allgemeinen schlechter
ist und zudem dielektrische Resonanzeffekte die vollautomatische
Segmentierung erschweren.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein Gerät
zur MRT-Bildgebung bereit zu stellen, bei welchem ein guter Kontrast
sowohl zwischen grauer und weißer
Hirnsubstanz als auch zwischen grauer Hirnsubstanz und CSF gewährleistet
ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch
die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
bil den den zentralen Gedanken der Erfindung in besonders vorteilhafter
Weise weiter.
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Gemäß Anspruch
1 der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung
auf Basis einer Gradientenechosequenz durch Anregung von Kernspins
und Messung von die angeregten Kernspins anzeigenden Hochfrequenz-Signalen
vorgeschlagen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- a) Präparieren
der Magnetisierung der Spins mittels eines Inversionspulses,
- b) Durchführen
mehrerer Schritte der Spin-Anregung sowie Messung eines HF-Antwortsignals
für einen
ersten Bildkontrast, wobei die Messdaten entlang einer ersten zweidimensionalen
Schicht aufgenommen werden und wobei diese erste zweidimensionale
Schicht parallel zu einer durch zwei orthogonal zueinanderstehende
Koordinatenachsen x, y aufgespannten Ebene liegt,
- c) Durchführen
mehrerer Schritte der Spin-Anregung sowie Messung eines HF-Antwortsignals
für einen
zweiten Bildkontrast, wobei die Messdaten entlang der in Schritt
b) gegebenen ersten zweidimensionalen Schicht aufgenommen werden
und
- d) Wiederholen der Schritte a) bis c) für weitere zweidimensionale
Schichten, welche parallel zu der ersten zweidimensionalen Schicht
entlang einer dritten zu den ersten beiden Koordinatenachsen x und
y orthogonal stehenden Koordinatenachse z verschoben sind, wobei
die
Zeit TI1 vom Inversionspuls bis zum Einstrahlen des
HF-Pulses für den ersten
Bildkontrast so gewählt ist,
dass für
den ersten Bildkontrast der Kontrast zwischen grauer und weißer Hirnsubstanz
besonders hoch ist
und/oder
dass die Zeit TI2 vom
Inversionspuls bis zum Einstrahlen des HF-Pulses für den zweiten
Bildkontrast so gewählt
ist, dass für
den zweiten Bildkontrast der Kontrast zwischen grauer Hirnsubstanz
und cerebrospinaler Flüssigkeit
besonders hoch ist.
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Gemäß Anspruch
9 wird weiterhin ein Gerät zur
Magnet-Resonanz-Bildgebung
auf Basis einer Gradientenechosequenz durch Anregung von Kernspins
und Messung von die angeregten Kernspins anzeigenden Hochfrequenz-Signalen
vorgeschlagen mit einer Vorrichtung zum Präparieren der Magnetisierung
der Spins mittels eines Inversionspulses, einer Vorrichtung zum
Durchführen
mehrerer Schritte der Spin-Anregung sowie Messung eines HF-Antwortsignals
für einen
ersten Bildkontrast, wobei die Messdaten entlang einer ersten zweidimensionalen Schicht
aufgenommen werden und wobei diese erste zweidimensionale Schicht
parallel zu einer durch zwei orthogonal zueinander stehende Koordinatenachse
x, y aufgespannten Ebene liegt, einer Vorrichtung zum Durchführen mehrerer
Schritte der Spin-Anregung
sowie Messung eines HF-Antwortsignals für einen zweiten Bildkontrast,
wobei die Messdaten entlang der ersten zweidimensionalen Schicht aufgenommen
werden und einer Vorrichtung zum Wiederholen aller Schritte für weitere
zweidimensionale Schichten, welche parallel zu der ersten zweidimensionalen
Schicht entlang einer dritten zu den ersten beiden Koordinatenachsen
x und y orthogonal stehenden Koordinatenachse z verschoben sind.
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Vorteilhafterweise
wird die Lage der zweidimensionalen Schichten entlang der z-Koordinatenachse
durch Phasenkodierung festgelegt.
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Des
weiteren werden vorteilhafterweise die Messdaten entlang der zweidimensionalen
Schicht in Richtung der x-Koordinatenachse
durch Phasenkodierung festgelegt.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Messdaten entlang der
zweidimensionalen Schicht in Richtung der y-Koordinatenachse durch Frequenzkodierung
festgelegt.
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Nach
dem Inversionspuls kann eine Wartezeit vorgesehen sein.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Aufnahme des ersten und zweiten Bildkontrasts jeweils
die folgenden Schritte:
- I) Anregen der Spins
durch Einstrahlen eines HF-Pulses,
- II) Aufnehmen von Messdaten entlang der zweidimensionalen Schicht
durch Auslesen aller Werte entlang der y-Koordinatenachse für einen festen Wert der x-Koordinatenachse
und
- III) Wiederholen der Schritte I) und II) für verschiedene Werte entlang
der x-Koordinatenachse.
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Es
kann eine Gewichtung der longitudinalen Relaxationszeit T1 erfolgen.
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Die
Zeit TR zwischen zwei Inversionspulsen kann zwischen 2000 ms und
2600 ms betragen.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden nun anhand von Ausführungsbeispielen
bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch ein Kernspintomographie-Gerät,
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2a zeigt
schematisch das Prinzip der k-Raum-Abtastung mit der 2D-Fourier-Methode,
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2b zeigt
schematisch das Prinzip der k-Raum-Abtastung mit der 3D-Fourier-Methode,
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3 zeigt
das Gradienten- und Impulsschema der FLASH-Sequenz,
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4 zeigt
schematisch das Prinzip der k-Raum-Abtastung,
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5 zeigt
schematisch die MRRAGE-Sequenz,
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6 zeigt
schematisch den Ablauf der Sequenz gemäß der vorliegenden Erfindung
und
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Sequenz gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Magnet-Resonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegerätes nach
dem Stand der Technik zur Erzeugung eines Kernspinbildes eines Objektes
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der Aufbau des Kernspintomographiegerätes entspricht dabei dem Aufbau
eines herkömmlichen
Tomographiegerätes.
Ein Grundfeldmagnet 1 erzeugt ein zeitlich konstantes starkes
Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins im Untersuchungsbereich des
Objektes, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils des menschlichen
Körpers.
Die für
die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfeldes
ist in einem kugelförmigen Messvolumen
M definiert, in das die zu untersuchenden Teile des menschlichen
Körpers
eingebracht werden. Zur Unterstützung
der Homogenitätsanforderungen
und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden
an geeigneter Stelle sogenannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem
Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert,
die durch eine Shim-Stromversorgung 15 angesteuert werden.
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In
den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt,
das aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von
einem Verstärker 14 mit
Strom zur Erzeugung eines linearen Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung
des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung
des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten
Gx in x-Richtung, die zweite Teilwicklung
einen Gradienten Gy in y-Richtung und die
dritte Teilwicklung einen Gradienten Gz in
z-Richtung. Jeder Verstärker 14 umfasst
einen Digital-Analog-Wandler, der von ei ner Sequenzsteuerung 18 zum
zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenspulen angesteuert wird.
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Innerhalb
des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine Hochfrequenzantenne 4,
die die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse
in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung
der Kernspins des zu untersuchenden Objektes bzw. des zu untersuchenden
Bereichs des Objektes umsetzt. Die Hochfrequenzantenne 4 besteht
aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und mehreren HF-Empfangsspulen
in Form einer vorzugsweisen linearen Anordnung von Komponentenspulen.
Von den HF-Empfangsspulen der Hochfrequenzantenne 4 wird
auch das von den präzedierenden
Kernspins ausgehende Wechselfeld, d. h. in der Regel die von einer
Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem
oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale,
in eine Spannung umgesetzt, die über
einen Verstärker 7 einem
Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird.
Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9,
in dem die Hochfrequenzpulse für
die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei
werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse auf Grund einer vom Anlagenrechner 20 vorgegebenen
Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge
komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und
als Imaginäranteil über jeweils
einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und
von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden
die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen
Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen
entspricht.
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Die
Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine
Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespule der Hochfrequenzantenne 4 strahlt
die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen
M ein und tastet resultierende Echosignale über die HF-Empfangsspulen ab.
Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8 des
Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich demoduliert und über einen
jeweiligen Analog-Digital-Wandler in Realteil und Imaginärteil des
Messsignals umgesetzt. Durch einen Bildrechner 17 wird
aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein Bild rekonstruiert.
Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme
erfolgt über
den Anlagenrechner 20. Auf Grund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert
die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten
Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere
steuert de Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten
der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter
Phase und Amplitude sowie dem Empfang der Kernresonanzsignale. Die
Zeitbasis für
das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird
von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl
entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung eines Kernspinbildes
sowie die Darstellung des erzeugten Kernspinbildes erfolgt über ein
Terminal 21, das eine Tastatur sowie einen oder mehre Bildschirme
erfasst.
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2 zeigt schematisch den Ablauf der Sequenz
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Sequenz beruht hierbei auf der MPRAGE-Sequenz. Bei der
MPRAGE-Sequenz wird wie bereits erläutert nach der Akquisition
des HF-Signals eine Erholungszeit eingebaut. In dieser Erholungszeit
ist nur noch ein minimaler Kontrast von grauer und weißer Hirnsubstanz
gegeben, allerdings ist der Kontrast zwischen grauer Hirnsubstanz
und CSF während
dieser Erholungszeit besonders gut. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird daher während
dieser Erholungszeit ein weiterer Datensatz aufgenommen, was eventuell
mit höherer
Bandbreite geschehen kann, um die Messung während der Erholungszeit abzuschließen. Gleichzeitig
kann die standardmäßige Messung
zu einem früheren
Zeitpunkt statt finden, was eventuell sogar einen besseren Kontrast
zwischen grauer und weißer
Hirnsubstanz bewirkt.
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Das
homogene Grundmagnetfeld wird mittels des Grundfeldmagneten 1 erzeugt.
Gemäß der vorliegenden
Sequenz wird somit in Schritt S1 durch einen Inversionspuls eine
Magnetisierungspräparation
durchgeführt.
Der Inversionspuls kann hier vorteilhafterweise 180° betragen.
In einem nächsten
Schritt S2 ist eine Wartezeit eingebaut, um einen besseren Kontrast
bzw. ein besseres SNR zu erhalten. Im nächsten Schritt S3 wird mittels
der HF-Antenne 4 ein HF-Puls eingestrahlt, Idealerweise
mit einem Flipwinkel α von < 90°. Durch Auslesen
des HF-Signals in Schritt S4 erfolgt die Bildgebung für den ersten
Kontrast, d. h. für
den Kontrast zwischen grauer und weißer Hirnsubstanz. Hierbei werden
im k-Raum alle ky für ein festes kx ausgelesen.
Gemäß Schritt
S5 werden die Schritte S3 und S4 für verschiedene Werte von kx wiederholt. Anschließend wird in Schritt S6 erneut
mittels der HF-Antenne 4 ein HF-Puls eingestrahlt ebenfalls mit einem
Flipwinkel α von < 90°. Im darauffolgenden
Schritt S7 erfolgt die Bildgebung für den zweiten Kontrast, d.
h. für
den Kontrast zwischen grauer Hirnsubstanz und CSF. Hierfür werden
erneut alle ky für ein jeweils festes kx ausgelesen. In Schritt S8 werden die Schritte
S6 und S7 für
verschiedene Werte von kx wiederholt. In
Schritt S9 schließlich
werden alle Schritte der Sequenz S1 bis S7 für verschiedene Werte von kz wiederholt. Die Kodierung entlang der Gradienten
Gx, Gy und Gz erfolgt hierbei durch das Gradientenspulensystem 3,
welches durch die Sequenzsteuerung 18 gesteuert wird.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
gemäß der Sequenz
der vorliegenden Erfindung. Nach rechts ist hierbei jeweils die
Zeitachse aufgetragen, in der ersten Zeile wird das Impulsschema
dargestellt und in den weiteren drei Zeilen die Gradientenschemata.
Zu Beginn der Sequenz erfolgt der Inversionspuls zur Magnetisierungspräparation.
Nach der ersten Inversionszeit TI1 wird
mittels der HF-Antenne 4 der HF-Impuls eingestrahlt. Anschließend werden gleichzeitig
die Gradientenfelder Gz, Gy und
Gx durch die Sequenzsteuerung 18 zugeschaltet.
Der Gradient Gz erlaubt hierbei eine Phasenkodie rung
in Richtung der z-Koordinatenachse, der Gradient Gx eine
Phasenkodierung entlang der x-Koordinatenachse und der Gradient
Gy verursacht durch Zuschalten und anschließende Umpolung
eine Aufhebung der Dephasierung der Quermagnetisierung, wodurch
das Gradientenecho hervorgerufen wird. In der anschließenden Akquisitionsphase
wird mittels des Gradienten Gy der k-Raum
in Richtung der y-Achse ortskodiert. Der Ablauf der Sequenz vom
Einstrahlen des HF-Pulses bis zum Abschluss des Auslesens des ersten Bildkontrastes
wird schließlich
für verschiedene
Werte kx des Gradienten Gx wiederholt.
Nach einer weiteren Zeit TI2 erfolgt das
Einstrahlen des zweiten HF-Pulses
mittels der HF-Antenne 4 für den zweiten Bildkontrast.
In Entsprechung zur Aufnahme des ersten Bildkontrastes werden Gradienten
Gz und Gx zur Phasenkodierung
in x- bzw. z-Richtung
durch die Sequenzsteuerung 18 zugeschaltet sowie ein Gradient Gy zur Ortskodierung entlang der y-Koordinatenachse.
Die Sequenz für
den zweiten Bildkontrast wird ebenfalls für verschiedene Werte von kx wiederholt. Die Zeit TD bezeichnet hierbei
die Erholungsphase in der ursprünglichen
MPRAGE-Sequenz,
welche gemäß der vorliegenden
Erfindung nun für
die Bildgebung des zweiten Kontrastes genutzt wird. Die Repetitionszeit
TR zeigt die Zeit für
den Durchlauf einer Sequenz, d. h. die Zeit vom Einstrahlen eines
Inversionspulses bis zum Einstrahlen eines nächsten Inversionspulses. Schließlich wird
die Sequenz für
verschiedene Werte von kz wiederholt.
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Durch
die Aufnahme eines weiteren Datensatzes mit anderem Kontrast wird
nun eine zuverlässige
Abgrenzung von grauer Hirnsubstanz, weißer Hirnsubstanz und CSF ermöglicht.
Dies kann wahlweise durch separate Auswertung oder durch berechnete/kombinierte
Bilder aus den beiden oder noch mehr Kontrasten realisiert werden
durch Verarbeitung der Messdaten im Bildrechner 17.
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Vorteilhaft
ist hierbei, dass die Verwendung von zwei oder mehr Kontrasten die
Genauigkeit von Segmentierungsverfahren erhöht. Dies bedeutet automatisch,
dass man einen Schritt nä her
zu einer voll-automatisierten Auswertung derartiger Datensätze gelangt,
da derzeit immer noch manuelle Einlagen erforderlich sind. Vorteilhaft
ist auch, dass in der Regel die Gesamtmesszeit nicht erhöht werden
muss. Kombiniert man die verschiedenen Kontraste bereits während der
Bildrekonstruktion mit einem geeigneten Algorithmus, so wird der
Arbeitsaufwand des Benutzers nicht durch zusätzliche Bilder verändert.