DE102014204995B4

DE102014204995B4 - Verfahren und Magnetresonanzanlage zur Fettsättigung

Info

Publication number: DE102014204995B4
Application number: DE102014204995.4A
Authority: DE
Inventors: Jan Ole BLUMHAGEN; Dominik Paul
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-03-18
Filing date: 2014-03-18
Publication date: 2015-10-01
Anticipated expiration: 2034-03-19
Also published as: US20150268317A1; US9971005B2; DE102014204995A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage (5) zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O). Dabei werden folgende Schritte ausgeführt: Bestimmen eines Flipwinkels (α) abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal (28), welches von der Magnetresonanzanlage (5) im Volumenabschnitt erfasst wird. Einstrahlen eines HF-Präparationspulses (31), welcher den Flipwinkel (α) aufweist. Einstrahlen eines SPAIR-Pulses (32). Erfassen der MR-Daten.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Magnetresonanzanlage, um beim Erfassen von MR-Daten eine Fettsättigung durchzuführen.
Die US 2012/0194193 A1 offenbart ein Verfahren zur unabhängigen Manipulation von Fett und Wasser bei einer MR-Bildgebung. Dabei wird eine Sequenz beschrieben, bei welcher zuerst ein bezüglich Wasser frequenzselektiver Inversionspuls eingestrahlt wird, bevor ein bezüglich Fett frequenzselektiver Inversionspuls eingestrahlt wird, wobei anschließend MR-Daten erfasst werden. Der bezüglich Wasser frequenzselektive Inversionspuls belässt die Fettsignalkomponente des MR-Signals im Wesentlichen unverändert. Dabei wird ein SPAIR-Puls zur Fettunterdrückung erwähnt.
In „Evaluation of Optimized Inversion-Recovery Fat-Suppression Techniques for T2-Weighted Abdominal MR Imaging”, T. C. Lauenstein u. a., J. Magn. Reson. Imaging 27, Seiten 1448–1454, 2008 wird eine Sequenz zum Erfassen mehrerer Schichten, wobei der SPAIR-Puls eingesetzt wird, beschrieben.
Die US 2007/0052415 A1 beschreibt eine Sequenz, bei welcher vor einem SPEC-IR-Puls („Spectral-Inversion Recovery”) Pulse mit verschiedenen Flipwinkeln eingestrahlt werden, um anschließend MR-Daten zu erfassen. Dabei kann auch eine Fettunterdrückung realisiert werden.
Nach dem Stand der Technik sind zur Fettsättigung mehrere Verfahren, darunter ein mit einem so genannten SPAIR-Puls arbeitendes Verfahren, bekannt. Der SPAIR-Puls („Spectrally Adiabatic Inversion Recovery”) ist ein frequenzselektiver adiabatischer Inversionspuls, welcher eingestrahlt wird, um nur Spins des Fettgewebes zu invertieren. Eine bestimmte Zeitspanne TI nach dem SPAIR-Puls wird der eigentliche HF-Anregungspuls eingestrahlt. Dabei wird die Zeitspanne TI derart gewählt, dass die Längsmagnetisierung der Spins des Fettgewebes möglichst keinen Beitrag beim Erfassen der MR-Daten liefert.
Bei einer schichtweisen Erfassung der MR-Daten kann in Abhängigkeit von bestimmten Messparametern bei einer zeitlich zuerst erfassten Schicht im Vergleich zu den zeitlich darauf folgenden erfassten Schichten eine deutlich schlechtere Fettsättigung auftreten. Diese unterschiedliche Fettsättigung führt dann nachteiligerweise zu einer inhomogenen und störenden Intensitätsverteilung des Fettsignals innerhalb der rekonstruierten MR-Bilder.
Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine möglichst homogene Fettsättigung bei einer schichtweisen Erfassung von MR-Daten zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Fettsättigung nach Anspruch 1, durch eine Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 11 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 12 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:

• Bestimmen eines Flipwinkels in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal, welches von der Magnetresonanzanlage im Volumenabschnitt beim Erfassen der MR-Daten erfasst wird. Diese Anforderung an ein Fettsignal entspricht einer Anforderung an eine Fettsättigung im Volumenabschnitt beim Erfassen der MR-Daten.
• Einstrahlen eines HF-Präparationspulses, welcher den Flipwinkel aufweist.
• Einstrahlen des SPAIR-Pulses.
• Erfassen der MR-Daten.

Das sich ergebende Fettsignal bzw. die sich ergebende Fettsättigung hängt maßgeblich von der Wahl des Flipwinkels ab. Aus diesem Grund kann durch die entsprechende Einstellung des Flipwinkels die Anforderung an das Fettsignal bzw. an die Fettsättigung besser erfüllt werden, als dies bei vergleichbaren Verfahren nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Das Bestimmen des Flipwinkels kann dabei folgende Unterschritte aufweisen:

• Messen des Fettsignals für verschiedene Flipwinkel. Generell kann die vorliegende Erfindung für dreidimensionale MR-Datenerfassung oder für schichtweise MR-Datenerfassung eingesetzt werden. Bei einem schichtweisen Erfassen der MR-Daten wird insbesondere das Fettsignal für die zeitlich erste Schicht für verschiedene Flipwinkel gemessen. Erfindungsgemäß kann aber auch das Fettsignal für die zeitlich n-te Schicht für verschiedene Flipwinkel gemessen werden.
• Abhängig von der Messung wird eine bestimmte Beziehung zwischen dem Flipwinkel und dem daraus resultierenden Fettsignal bestimmt. Bei einer schichtweisen MR-Datenerfassung kann diese Beziehung abhängig von der entsprechenden Schicht (insbesondere von der zeitlich ersten, aber auch von der zeitlich n-ten Schicht) sein.
• Ausgehend von dieser bestimmten Beziehung wird ein Flipwinkel bestimmt, mit welchem sich am besten die Anforderung an das Fettsignal bzw. die Fettsättigung erzielen lässt.

Die zeitlich erste Schicht oder zeitlich n-te Schicht entspricht dabei insbesondere der zeitlich ersten bzw. zeitlich n-ten Schicht innerhalb einer Gruppe von Schichten, von denen MR-Daten mit demselben zeitlichen Abstand erfasst werden.
Diese MR-Daten oder diese Gruppe von Schichten werden beispielsweise in einem Atemzug des Untersuchungsobjekts (d. h. während das Untersuchungsobjekt den Atem anhält) erfasst.
Wenn die Anforderung an das Fettsignal bzw. die Fettsättigung einer maximalen Fettsättigung entspricht, wird der Flipwinkel anhand der vorher bestimmten Beziehung derart bestimmt, dass der bestimmte Flipwinkel zu dem geringsten Fettsignal (d. h. zu der maximal möglichen Fettsättigung) führt.
Dazu kann beispielsweise derjenige Flipwinkel eingesetzt werden, für welchen beim Messen des Fettsignals für verschiedene Flipwinkel das geringste Fettsignal gemessen wurde. Eine andere Möglichkeit besteht darin, über die Beziehung, welche durch das Messen des Fettsignals für verschiedene Flipwinkel zwischen dem Flipwinkel und dem daraus resultierenden Fettsignal bestimmt wurde, denjenigen Flipwinkel zu bestimmen, für welchen das Fettsignal den geringsten Wert aufweisen würde.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt das Erfassen der MR-Daten schichtweise, was auch als zweidimensionale MR-Datenerfassung bekannt ist. Bei dem schichtweisen Erfassen der MR-Daten wird vor dem Erfassen der MR-Daten der jeweiligen Schicht jeweils der SPAIR-Puls eingestrahlt.
Der HF-Präparationspuls wird vor dem Erfassen der MR-Daten der zeitlich ersten Schicht vor dem SPAIR-Puls eingestrahlt. Dabei entspricht die Anforderung an das Fettsignal bzw. die Fettsättigung einer gleichmäßigen Fettsättigung aller Schichten.
Mit anderen Worten wird der Flipwinkel des HF-Präparationspulses für die zeitlich erste Schicht derart gewählt, dass die Fettsättigung der zeitlich ersten Schicht der Fettsättigung der zeitlich anschließend erfassten Schichten entspricht. Dadurch wird vorteilhafterweise eine inhomogene Intensitätsverteilung des Fettsignals bei rekonstruierten MR-Bildern vermieden.
Bei dieser Ausführungsform kann das Bestimmen des Flipwinkels gemäß einer ersten Variante folgende Unterschritte aufweisen:

• Messen des Fettsignals für eine oder für mehrere derjenigen Schichten, deren MR-Daten nach den MR-Daten der zeitlich ersten Schicht erfasst werden.
• Bestimmen des Flipwinkels derart, dass der HF-Präparationspuls mit diesem bestimmten Flipwinkel zu einem Fettsignal der ersten Schicht führt, welches dem gemessenen Fettsignal entspricht.

Mit anderen Worten wird für eine beliebige oder für mehrere beliebige Schichten, welche zeitlich hinter der zeitlich ersten Schicht erfasst werden, das Fettsignal bzw. die Fettsättigung abhängig von den Sequenzparametern (z. B. Wiederholungszeit, Inversionszeit TI) bestimmt. Anschließend wird der Flipwinkel für den HF-Präparationspuls der zeitlich ersten Schicht so gewählt, dass sich für die zeitlich erste Schicht ein Fettsignal bzw. eine Fettsättigung ergibt, welche dem vorher bestimmten Fettsignal bzw. Fettsättigung der beliebigen Schicht(en) entspricht. Mit diesem Flipwinkel wird dann die eigentliche Erfassung der MR-Daten mit den Sequenzparametern durchgeführt.
Bei dieser Ausführungsform kann das Bestimmen des Flipwinkels auch gemäß einer zweiten Variante durchgeführt werden, welche folgende Unterschritte aufweist:

• Messen des Fettsignals für eine oder für mehrere derjenigen Schichten, deren MR-Daten nach den MR-Daten der ersten Schicht erfasst werden, für verschiedene Wiederholungszeiten. Im Vergleich zur ersten Variante werden bei der zweiten Variante demnach die Wiederholungszeiten variiert. Der HF-Präparationspuls wird beim Messen des Fettsignals nur vor der zeitlich ersten Schicht mit einem konstanten Flipwinkel eingestrahlt oder der HF-Präparationspuls wird in diesem Schritt überhaupt nicht appliziert.
• Ermitteln einer Beziehung zwischen der Wiederholungszeit und dem daraus resultierenden Fettsignal bzw. der daraus resultierenden Fettsättigung abhängig von dem Messen des Fettsignals im vorherigen Schritt.
• Anhand einer vorgegebenen Wiederholungszeit wird durch die im vorherigen Schritt bestimmten Beziehung zwischen der Wiederholungszeit und dem daraus resultierenden Fettsignal das Fettsignal bzw. die Fettsättigung der Schicht(en) bestimmt.
• Der Flipwinkel des HF-Präparationspulses der zeitlich ersten Schicht wird derart bestimmt, dass dadurch das resultierende Fettsignal bzw. die resultierende Fettsättigung der zeitlich ersten Schicht dem in dem vorherigen Schritt bestimmten Fettsignal entspricht.

Der Vorteil der zweiten Variante besteht darin, dass die Beziehung zwischen der Wiederholungszeit und dem daraus resultierenden Fettsignal bzw. der daraus resultierenden Fettsättigung nur einmal bestimmt werden muss. Anschließend kann ausgehend von dieser Beziehung der Flipwinkel des HF-Präparationspulses für die zeitlich erste Schicht abhängig von der vorgegebenen Wiederholungszeit für jede beliebige Sequenz bestimmt werden, ohne dass weitere Messungen notwendig sind.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Bestimmen der Beziehung zwischen der Wiederholungszeit und dem daraus resultierenden Fettsignal bzw. der daraus resultierenden Fettsättigung ein Bestimmen einer minimalen Wiederholungszeit und einer maximalen Wiederholungszeit. Dabei steigt das Fettsignal in einem Zeitbereich zwischen der minimalen Wiederholungszeit und der maximalen Wiederholungszeit monoton mit steigender Wiederholungszeit an. Das Bestimmen des Flipwinkels umfasst gemäß dieser Ausführungsform folgende Unterschritte:

• Messen des Fettsignals der zeitlich ersten Schicht für verschiedene Flipwinkel.
• Bestimmen eines minimalen Flipwinkels und eines maximalen Flipwinkels, wobei das Fettsignal in einem Winkelbereich zwischen dem minimalen Flipwinkel und dem maximalen Flipwinkel monoton mit steigendem Flipwinkel abfällt.
• Bestimmen des Flipwinkels abhängig von der vorgegebenen Wiederholungszeit anhand folgender Gleichung (1).

Dabei entspricht α_min bzw. α_max dem minimalen bzw. maximalen Flipwinkel, TR_min bzw. TR_max der minimalen bzw. maximalen Wiederholungszeit, TR der vorgegebenen Wiederholungszeit und α dem zu bestimmenden Flipwinkel des HF-Präparationspulses der zeitlich ersten Schicht.
Die Gleichung (1) bietet eine einfache Möglichkeit, ausgehend von der vorgegebenen Wiederholungszeit TR den Flipwinkel α des HF-Präparationspulses der zeitlich ersten Schicht zu bestimmen.
Während der HF-Präparationspuls bevorzugt nur vor der zeitlich ersten Schicht vor dem SPAIR-Puls eingestrahlt wird, ist es auch möglich, den HF-Präparationspuls vor dem Erfassen der MR-Daten jeder Schicht vor dem SPAIR-Puls einzustrahlen. In diesem Fall sollte der Flipwinkel der HF-Präparationspulse jeweils auf denselben Flipwinkel eingestellt werden. Dieser konstante Flipwinkel wird dann derart gewählt, dass er zu einem minimalen Fettsignal bzw. zu einer maximalen Fettsättigung bei der zeitlich ersten Schicht führt.
Der HF-Präparationspuls hat den Zweck, die Fettsättigung der zeitlich ersten Schicht zu verbessern, wobei diese Fettsättigung durch den HF-Präparationspuls bei schlecht gewähltem Flipwinkel trotz des HF-Präparationspulses schlechter ausfallen kann als die Fettsättigung der zeitlich folgenden Schichten, auch wenn diese zeitlich folgenden Schichten keinen HF-Präparationspuls aufweisen. Durch die erfindungsgemäße optimale Wahl des Flipwinkels des HF-Präparationspulses der zeitlich ersten Schicht ist die Fettsättigung der zeitlich ersten Schicht in den meisten Fällen besser als die Fettsättigung der zeitlich folgenden Schichten. Aus diesem Grund wird nun die Fettsättigung der zeitlich folgenden Schichten ihrerseits verbessert, indem für jede Schicht der HF-Präparationspuls vor dem SPAIR-Puls eingestrahlt wird, wobei jeder HF-Präparationspuls zur Vereinfachung denselben Flipwinkel aufweist.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Magnetresonanzanlage zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts bereitgestellt. Dabei umfasst die Magnetresonanzanlage einen Grundfeldmagneten, ein Gradientenfeldsystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems und der mindestens einen HF-Antenne, zum Empfang von von der oder den HF-Antennen aufgenommenen Messsignalen und zur Erstellung der MR-Daten. Die Magnetresonanzanlage ist derart ausgestaltet, dass die Magnetresonanzanlage mit ihrer Steuereinrichtung einen Flipwinkel abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal, welches von der Magnetresonanzanlage im Volumenabschnitt erfasst wird, bzw. an eine Fettsättigung im Volumenabschnitt bestimmt, dass die Magnetresonanzanlage mit ihrer mindestens einen HF-Antenne einen HF-Präparationspuls, welcher den Flipwinkel aufweist, und einen SPAIR-Puls einstrahlt, um die MR-Daten zu erfassen.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung oder Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. C++), der noch compiliert (übersetzt) und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit bzw. Steuereinrichtung zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine signifikante Verbesserung der Fettsättigung insbesondere bei Single-Shot-Akquisitionen (z. B. HASTE („Half fourier Acquisition Single shot Turbo spin Echo”)) erzielt, wobei die Messzeit nicht verlängert werden muss.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für eine Fettsättigung mit dem SPAIR-Puls geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch zur Fettsättigung ohne den SPAIR-Puls eingesetzt werden könnte, solange ein HF-Präparationspuls mit Flipwinkel zur Fettsättigung einzustrahlen ist.
Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt mit Spin-Echo-Sequenzen eingesetzt, kann aber prinzipiell auch mit Gradienten-Echo-Sequenzen arbeiten.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
Dabei ist in 1 schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage dargestellt.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Sequenzdiagramm zur Fettsättigung und anschließender MR-Datenerfassung.
In 3 ist erfindungsgemäß ein Fettsignal über dem Flipwinkel aufgetragen.
In 4 ist erfindungsgemäß ein Fettsignal über der Wiederholungszeit aufgetragen.
In 5 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fettsättigung dargestellt.
1 ist eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z. B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, durch welches die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers kontinuierlich geschoben werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenfeldsystem bzw. Gradientenfeldsystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts O bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen 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 (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22, welches Teil einer Steuereinrichtung 10 der Magnetresonanzanlage 5 ist, umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Realund als Imaginärteil 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.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-/Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert, im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert und über den Ausgang 11 ausgegeben. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt über einen Ausgang 11 gewonnenen Messdaten ein MR-Bild rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des K-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den 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 MR-Bildes, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung des erzeugten MR-Bildes erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
In 2 ist eine erfindungsgemäße Sequenz zum Erfassen von MR-Daten dargestellt. Zu Beginn wird ein HF-Präparationspuls 31 eingestrahlt, welcher von Gradienten 24 (so genannten Spoilern) eingerahmt wird (d. h. die Spoiler 24 werden zeitlich vor und nach dem HF-Präparationspuls 31 eingestrahlt). Diese Spoiler 24, welche optional in jeder Raumrichtung bzw. Gradientenrichtung Gx, Gy, Gz vorhanden sind, dienen dazu, die Magnetisierung insbesondere der Fettspins zu zerstören. Nach dem HF-Präparationspuls 31 (d. h. genauer nach den Spoilern 24, welche nach dem HF-Präparationspuls 31 geschaltet sind) wird der SPAIR-Puls 32 eingestrahlt, welcher frequenzselektiv ist und möglichst nur die Fettspins (d. h. die Spins des Fettgewebes) anregt und um 180° kippt bzw. invertiert. Eine verbleibende Quermagnetisierung wird anschließend mittels eines Spoilers 24 zerstört, welcher direkt nach dem SPAIR-Puls 32 nur in der Gradientenrichtung Gz eingestrahlt wird.
Nach einer so genannten Inversionszeit („inversion time”) TI, in welcher sich die Fettmagnetisierung aufgrund der T1-Relaxation nahezu auf Null abgeschwächt hat, werden die MR-Daten schichtweise erfasst. Dazu wird bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten 25 ein HF-Anregungspuls 26 eingestrahlt. Anschließend wird wiederholt ein Refokussierungspuls 27 eingestrahlt, während ein G_z-Gradient geschaltet wird. Dann wird ein G_y-Phasenkodiergradient geschaltet, bevor bei geschaltetem Gx-Auslesegradienten eine K-Raum-Zeile ausgelesen wird. Durch dieses Vorgehen werden zahlreiche K-Raum-Zeilen erfasst, bevor weitere K-Raum-Zeilen derselben Schicht oder meist einer anderen Schicht beginnend mit einem Einstrahlen eines neuen SPAIR-Pulses 32 und eines neuen HF-Anregungspulses 26 erfasst werden.
Bei einem schichtweisen Erfassen des K-Raums wird der HF-Präparationspuls 31 in der Regel nur zum Erfassen der MR-Daten der zeitlich zuerst erfassten Schicht eines so genannten Concats (d. h. einer Gruppe von Schichten, welche zeitlich aufeinanderfolgend mit derselben Wiederholungszeit, beispielsweise im selben Atemzug, erfasst werden) eingestrahlt. Es ist allerdings auch möglich, den HF-Präparationspuls 31 vor weiteren SPAIR-Pulsen 32 oder gar vor jedem SPAIR-Puls 32, d. h. beim Erfassen der MR-Daten weiterer Schichten oder jeder Schicht, einzustrahlen.
In 3 ist das Fettsignal 28 gegenüber dem Flipwinkel α des HF-Präparationspulses 31 aufgetragen. Die einzelnen Messpunkte wurden bestimmt, indem jeweils für die zeitlich erste Schicht eines Concats ein HF-Präparationspuls 31 mit dem entsprechenden Flipwinkel α vor dem SPAIR-Puls 32 eingestrahlt wurde, und anschließend das Fettsignal anhand der erfassten MR-Daten bestimmt wurde. Man erkennt einen im Wesentlichen linearen Verlauf des Fettsignals 28 gegenüber dem Flipwinkel für einen Flipwinkelbereich von 0° (α_min) bis ca. 30° (α_max) In diesem Winkelbereich von α_min bis α_max nimmt das Fettsignal 28 monoton mit steigendem Flipwinkel α ab.
Anhand der 3 kann auch derjenige Flipwinkel bestimmt werden, für welchen das Fettsignal minimal und damit die Fettsättigung der ersten Schicht eines Concats optimal ist. Dazu wird der Flipwinkel des Minimums der in 3 dargestellten Funktion bestimmt. Der derart bestimmte Flipwinkel kann dann als Flipwinkel des HF-Präparationspulses eingestellt werden, wobei dieser HF-Präparationspuls entweder nur bei der zeitlich ersten Schicht eines Concats und aber auch bei jeder Schicht eingesetzt werden kann.
In 4 ist das Fettsignal 28 gegenüber der Wiederholungszeit TR aufgetragen. Die einzelnen Messpunkte wurden bestimmt, indem für eine bestimmte Schicht, für welche zeitlich nach der zeitlich ersten Schicht die MR-Daten erfasst werden, die MR-Daten mittels der entsprechenden Wiederholungszeit TR erfasst wurden und anschließend das Fettsignal anhand der erfassten MR-Daten bestimmt wurde. Man erkennt einen im Wesentlichen linearen Verlauf des Fettsignals 28 gegenüber der Wiederholungszeit TR für einen Zeitbereich von ca. 1,05 s (TR_min) bis ca. 2,55 s (TR_max). Dabei liegen gerade die klinisch relevanten Wiederholungszeiten innerhalb dieses Zeitbereichs. In diesem Zeitbereich von TR_min bis TR_max nimmt das Fettsignal 28 monoton mit steigender Wiederholungszeit TR zu.
Ausgehend von den mit den 3 und 4 ermittelten Beziehungen zwischen dem Fettsignal 28 und dem Flipwinkel α bzw. der Wiederholungszeit TR lässt sich der Flipwinkel α abhängig von der Wiederholungszeit TR nährungsweise gemäß der bereits vorab beschriebenen Gleichung (1) bestimmen.
Wird der Flipwinkel α des HF-Präparationspulses 31 der zeitlich ersten Schicht gemäß Gleichung (1) eingestellt, entspricht das Fettsignal bzw. die Fettsättigung der ersten Schicht im Wesentlichen dem Fettsignal bzw. der Fettsättigung derjenigen Schicht, anhand welcher die Beziehung zwischen dem Fettsignal 28 und der Wiederholungszeit TR bestimmt wurde.
Die Abhängigkeit des Fettsignals von der Wiederholungszeit TR ist für die Schichten eines Concats, welche zeitlich nach der zeitlich ersten Schicht erfasst werden, im Wesentlichen gleich. Daher sorgt die Einstellung des Flipwinkels α gemäß Gleichung (1) dafür, dass die Fettsättigung der zeitlich ersten Schicht der Fettsättigung aller anderen Schichten des Concats entspricht, so dass schließlich alle Schichten eines Concats eine gleichmäßige Fettsättigung aufweisen.
In 5 ist der Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten dargestellt.
Im ersten Schritt S1 wird das Fettsignal der zeitlich ersten Schicht abhängig von verschiedenen Flipwinkeln gemessen, während im zweiten Schritt S2 das Fettsignal abhängig von verschiedenen Wiederholungszeiten für eine Schicht gemessen wird, deren MR-Daten zeitlich nach der zeitlich ersten Schicht erfasst werden. Für eine vorgegebene Wiederholungszeit wird im dritten Schritt S3 das Fettsignal bzw. die Fettsättigung anhand der im vorherigen Schritt S2 durchgeführten Messungen bestimmt. Im folgenden Schritt S4 wird anhand der im ersten Schritt S1 durchgeführten Messungen der Flipwinkel derart bestimmt, dass mit dem HF-Präparationspuls, welcher den bestimmten Flipwinkel aufweist, dass vorher bestimmte Fettsignal bzw. die vorher bestimmte Fettsättigung erzielt wird. Anschließend werden im Schritt S5 die MR-Daten mit Hilfe von HF-Präparationspulsen, welche den bestimmten Flipwinkel aufweisen und jeweils vor einem SPAIR-Puls eingestrahlt werden, erfasst.

Claims

Verfahren zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mittels einer Magnetresonanzanlage (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen eines Flipwinkels (α) abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal (28), welches von der Magnetresonanzanlage (5) im Volumenabschnitt erfasst wird, Einstrahlen eines HF-Präparationspulses (31), welcher den Flipwinkel (α) aufweist, Einstrahlen eines SPAIR-Pulses (32), und anschließendes Einstrahlen eines HF-Anregungspulses (26) bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten (25), wobei anschließend wiederholt ein Refokussierungspuls (27) eingestrahlt wird, während ein Gradient (G_z) geschaltet wird, dann ein Phasenkodiergradient (G_y) geschaltet wird, bevor bei geschaltetem Auslesegradienten (G_x) eine K-Raum-Zeile ausgelesen wird, um die MR-Daten zu erfassen, wobei der HF-Präparationspuls (31) vor dem Erfassen der MR-Daten der ersten Schicht eingestrahlt wird, und wobei die Anforderung einer gleichmäßigen Fettsättigung der Schichten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Flipwinkels (α) folgende Unterschritte umfasst: Messen des Fettsignals (28) für verschiedene Flipwinkel (α), Bestimmen einer Beziehung zwischen Flipwinkel (α) und daraus resultierendem Fettsignal (28) anhand der Messung, und Bestimmen des Flipwinkels (α), welcher gemäß der Beziehung am besten der Anforderung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anforderung einer maximalen Fettsättigung entspricht, und dass der Flipwinkel (α) bestimmt wird, welcher gemäß der Beziehung zu dem geringsten Fettsignal (28) führt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der MR-Daten schichtweise erfolgt, und dass vor dem Erfassen der MR-Daten jeder Schicht jeweils der SPAIR-Puls (32) eingestrahlt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Flipwinkels (α) folgende Unterschritte umfasst: Messen des Fettsignals (28) für zumindest eine derjenigen Schichten, deren MR-Daten nach den MR-Daten der ersten Schicht erfasst werden, und Bestimmen des Flipwinkels (α) derart, dass dadurch das Fettsignal (28) der ersten Schicht dem gemessenen Fettsignal entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Flipwinkels (α) folgende Unterschritte umfasst: Messen des Fettsignals (28) für zumindest eine derjenigen Schichten, deren MR-Daten nach den MR-Daten der ersten Schicht erfasst werden, für verschiedene Wiederholungszeiten (TR), Bestimmen einer Beziehung zwischen Wiederholungszeit (TR) und daraus resultierendem Fettsignal (28) anhand der Messung, Bestimmen des Fettsignals (28) der zumindest einen Schicht abhängig von einer vorgegebenen Widerholungszeit (TR), und Bestimmen des Flipwinkels (α) derart, dass dadurch das Fettsignal (28) der ersten Schicht dem bestimmten Fettsignal entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Beziehung zwischen Wiederholungszeit (TR) und daraus resultierendem Fettsignal (28) ein Bestimmen einer minimalen Wiederholungszeit und einer maximalen Wiederholungszeit umfasst, wobei das Fettsignal (28) in einem Wiederholungszeitbereich zwischen der minimalen Wiederholungszeit TR_min und der maximalen Wiederholungszeit TR_max monoton mit der Wiederholungszeit (TR) ansteigt, dass das Bestimmen des Flipwinkels α folgende Unterschritte umfasst: Messen des Fettsignals (28) für verschiedene Flipwinkel (α), Bestimmen eines minimalen Flipwinkels α_min und eines maximalen Flipwinkels α_max, wobei das Fettsignal (28) in einem Flipwinkelbereich zwischen dem minimalen Flipwinkel und dem maximalen Flipwinkel monoton mit dem Flipwinkel (α) abfällt, und Bestimmen des Flipwinkels α abhängig von der vorgegebenen Wiederholungszeit TR anhand folgender Gleichung:
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Präparationspuls (31) vor dem Erfassen der MR-Daten jeder Schicht eingestrahlt wird, und dass der Flipwinkel (α) jeweils auf denselben Flipwinkel eingestellt wird, welcher zu einem minimalen Fettsignal bei der ersten Schicht führt.
Magnetresonanzanlage zur Fettsättigung beim Erfassen von MR-Daten in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientenfeldsystem (3), mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientenfeldsystems (3) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang von von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Erstellung der MR-Daten umfasst, und wobei die Magnetresonanzanlage (5) ausgestaltet ist, um einen Flipwinkel (α) abhängig von einer vorbestimmten Anforderung an ein Fettsignal (28), welches von der Magnetresonanzanlage (5) im Volumenabschnitt erfasst wird, zu bestimmen, um einen HF-Präparationspuls (31), welcher den Flipwinkel (α) aufweist, einzustrahlen, um einen SPAIR-Puls (32) einzustrahlen, um anschließend einen HF-Anregungspuls (26) bei geschaltetem Schichtselektionsgradienten (25) einzustrahlen, um anschließend wiederholt einen Refokussierungspuls (27) einzustrahlen, während ein Gradient (G_z) geschaltet wird, dann ein Phasenkodiergradient (G_y) geschaltet wird, bevor bei geschaltetem Auslesegradienten (G_x) eine K-Raum-Zeile ausgelesen wird, um die MR-Daten zu erfassen.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanzanlage (5) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2–8 ausgestaltet ist.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–8 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der Magnetresonanzanlage (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8 durchführen.