DE60319475T2

DE60319475T2 - Parallele Magnetresonanzbildgebung unter Verwendung von Navigator-Echosignalen

Info

Publication number: DE60319475T2
Application number: DE60319475T
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Ikezaki
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2023-08-14
Also published as: DE60319475D1; EP1391746A3; CN1299121C; EP1391746A2; EP1391746B1; KR20040017777A; KR100647921B1; US20040039276A1; US6842001B2; JP2004073538A; JP3869337B2; CN1487305A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Magnetresonanzbildgebungsgerät und insbesondere auf ein Magnetresonanzbildgebungsgerät, das eine parallele Bildgebung durchführt.
Bei einem Magnetresonanzbildgebungs(MRI)-Gerät wird eine abzubildende Testperson in einen Innenraum eines Magnetsystems, d. h. einen Bildgebungsraum, befördert, d. h. in einen Bildgebungsraum, in dem ein statisches Magnetfeld generiert wird, und es werden ein Gradientenmagnetfeld und ein Hochfrequenz(HF)-Magnetfeld angewendet, um Spins innerhalb eines Objekts anzuregen, um dadurch Magnetresonanzsignale zu generieren, und auf der Grundlage der empfangenen Signale wird ein Bild rekonstruiert.
Eine [mögliche] Vorgehensweise bei der Magnetresonanzbildgebung ist die parallele Bildgebung. Die parallele Bildgebung wird beispielsweise von Klaas P. Puessmann et al. in einem Artikel mit dem Titel „SENSE: Sensitivity Encoding for Fast MRI", Magnetic Resonance in Medicine, 42. 952–962 (1999) beschrieben.
Allgemein werden bei der parallelen Bildgebung Magnetresonanzsignale über eine Vielzahl von Empfängersystemen auf simultane oder parallele Weise erfasst. Die Erfassung der Magnetresonanzsignale wird mit einem Ansichtsfeld (FOV) durchgeführt, das beispielsweise um die Hälfte reduziert ist. Indem das FOV um die Hälfte reduziert wird, wird die Rate der Signalerfassung verdoppelt.
Auf der Grundlage der so erfassten Signale wird ein Bild rekonstruiert. Die Bildrekonstruktion wird in zwei Schritten ausgeführt. Im ersten Schritt wird ein intermediäres Bild auf der Grundlage der Signale erzeugt, welche von der Vielzahl der Empfängersysteme erfasst wurden. Bei der Bilderzeugung wird eine zweidimensionale umgekehrte Fouriertransformation angewendet. Das erzeugte Bild weist ein reduziertes FOV auf. Weil das FOV reduziert ist, sind Aliasing-Bilder im Bild enthalten, welche aus dem Bildumlauf von außerhalb des FOV resultieren.
In einem zweiten Schritt werden die Aliasing-Bilder an ihre ursprünglichen Positionen zurückgesetzt, indem beim Bild bestimmte Berechnungen durchgeführt werden und ein Bild mit einem vollständigen FOV erzeugt wird. Bei der Berechnung wird die folgende Gleichung angewendet: V = (S*S)–1S*A,wobei gilt:

V:: Pixelwerte des Bildes mit dem vollständigen FOV,
S:: Empfindlichkeitsmatrix,
S*.: eine anliegende Matrix von S, und
A:: Pixelwerte des intermediären Bildes.

Die Empfindlichkeitsmatrix S wird anhand der räumlichen Verteilung der Empfindlichkeit einer Vielzahl von Empfängersystemen bestimmt. Die Empfindlichkeit eines Empfängersystems weist im Allgemeinen eine komplexe Form auf, so dass auch die Daten der Empfindlichkeitsmatrix eine komplexe Form haben.
Eine Technik zur Aufnahme eines Querschnittsbildes vom Kopf ist die MS-DW-EPI-Technik (Multi-Shop Diffusion-Weigted Echo Planar Imaging). Die Technik beinhaltet die Erfassung eines Querschnittsbildes, auf welches eine Gewichtung angewendet wird, so dass die Spins mit geringerer Diffusion eine größere Signalintensität aufweisen, [wobei die Erfassung] mittels einer Multi-Shot(MS)-Echo-Planar-(EPI)-Technik erfolgt. Das erfasste Querschnittsbild eignet sich für die Diagnostizierung des Vorhandenseins eines zerebralen Infarktes.
Bei der Multi-Shot-Echo-Planar-Bildgebungstechnik wird die Erfassung von Bildgebungsechos, welche ein Bildschirmbild ausfüllen, über eine Vielzahl von Zeiten verteilt. Genauer gesagt werden die Spins eine Vielzahl von Malen angeregt, und während der Anregung wird eine bestimmte Anzahl von Bildgebungsechos erfasst.
Wenn bei solch einem Prozess aufgrund des Pulsierens des Hirns eine Positionsverschiebung der Spins zwischen den Anregungen auftritt, führt ein Phasenfehler zwischen den Bildgebungsechos zu [Geistartefakten], die in dem rekonstruierten Bild generiert werden. Um dies zu vermeiden, wird ein Navigatorecho für jede Anregung erfasst, und die Phase des Navigatorechos wird verwendet, um die Phase der Bildgebungsechos zu korrigieren.
Bisher war es nicht möglich, eine parallele Bildgebung gemäß der Multi-Shot-Echo-Planar-Bildgebungstechnik durchzuführen. Das ist deshalb der Fall, weil bei der Phasenkorrektur der Bildgebungsechos durch das Navigatorecho die Phase, die von der Empfindlichkeit der Empfängersysteme abgeleitet ist, unnötigerweise korrigiert wird, was dazu führt, dass sie nicht mit der Empfindlichkeitsmatrix über einstimmt.
Im Artikel von Butts K et al, Magn Reson Med 35: 763–770, 1996 wird ein Verfahren für die Multi-Shot-Diffusionsgewichtungs-EPI vorgestellt, welche die Bewegungskorrektur unter Verwendung eines Paares orthogonaler Navigatorechos und eines entsprechenden Geräts beinhaltet.
Genauer gesagt wird in dem Artikel ein Magnetresonanzbildgebungsgerät vorgestellt, welches folgendes umfasst:
eine Anregungs- und Erfassungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie Spins innerhalb eines Objekts anregt;
ein Empfängersystem, das so eingerichtet ist, dass es ein Bildgebungsecho eines Ansichtsfeldes erfasst, welches von den angeregten Spins generiert wurde, und zwar zusammen mit einem Navigatorecho, wobei das Bildgebungsecho und das Navigatorecho innerhalb derselben Wiederholung einer Impulssequenz erfasst werden;
erste Korrekturvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie bei den Bildgebungsechos eine Phasenkorrektur unter Verwendung der Navigatorechos durchführt; und
erste Bilderzeugungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie ein intermediäres Bild mit reduziertem Ansichtsfeld auf der Grundlage der phasenkorrigierten Bildgebungsechos erzeugt.
Außerdem wird im Artikel von Mammer R et al, Proc. SPIE, vol. 3978, S. 12–22, 2000 ein Verfahren der diffusi onsgewichteten Single-Shot-EPI vorgestellt, wozu die parallele Bildgebung und ein entsprechendes Gerät gehören. Allerdings kommen bei der in diesem Artikel vorgestellten Technik keine Navigatorechos zum Einsatz.
Ferner stellt der Artikel von Sodickson DK et al, Proc. ISMRM, p. 1249, 1999 ein Verfahren der koronaren MRA vor, wozu die Erfassung von Navigatorechos sowie eine SMASH-Rekonstruktion gehören.
Daher zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, ein Magnetresonanzbildgebungsgerät zu liefern, welches die parallele Bildgebung auch dann ermöglicht, wenn ein Navigatorecho für die Phasenkorrektur eines Bildgebungsechos verwendet wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Magnetresonanzbildgebungsgerät geliefert, welches folgende [Elemente] umfasst:
eine Anregungs- und Erfassungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie Spins innerhalb eines Objekts anregt;
eine Vielzahl von parallelen Empfängersystemen, die so angepasst sind, dass sie ein Bildgebungsecho eines reduzierten Ansichtsfeldes erfassen, welches von den angeregten Spins generiert wurde, und zwar zusammen mit einem Navigatorecho, wobei das Bildgebungsecho und das Navigatorecho innerhalb derselben Wiederholung einer Impulssequenz erfasst werden;
erste Korrekturvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie bei den Bildgebungsechos eine Phasenkorrektur unter Verwendung der Navigatorechos durchführt; und
erste Bilderzeugungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie ein intermediäres Bild mit reduziertem Ansichtsfeld auf der Grundlage der phasenkorrigierten Bildgebungsechos von jedem der Vielzahl von Empfängersystemen durchführt.
Generierungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie eine Empfindlichkeitsmatrix der Vielzahl von Empfängersystemen generiert;
zweite Korrekturvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie Matrixdaten in der Empfindlichkeitsmatrix phasenkorrigiert, wobei die Phase der Empfindlichkeitsmatrix homogenisiert wird, indem sie auf einen konstanten Wert eingestellt wird; und
zweite Bilderzeugungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage des intermediären Bildes und der phasenkorrigierten Matrix ein Bild mit einem vollständigen Ansichtsfeld erzeugt.
In der vorliegenden Erfindung werden Matrixdaten in einer Empfindlichkeitsmatrix phasenkorrigiert, so dass Abweichungen von einem Bildgebungsecho, welches unter Verwendung des Navigatorechos phasenkorrigiert wurde, behoben und das Bild auf korrekte Weise erzeugt werden kann.
Der Reduktionsfaktor für das reduzierte Ansichtsfeld erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung, so dass ein korrektes Bild gewonnen werden kann: n ≥ R > 1, [Gleichung 4]wobei gilt:

R:: Reduktionsfaktor, und
N:: Anzahl der Empfängersysteme

Die Erfassungsvorrichtung implementiert das reduzierte Ansichtsfeld durch die Vergrößerung der Abtastintervalle für den k-Raum, so dass die Reduktion des Ansichtsfeldes auf geeignete Weise erreicht werden kann.
Die Erfassungsvorrichtung implementiert die Vergrößerung der Abtastintervalle durch die Vergrößerung einer Schrittdifferenz der Phasenkodierung, sofern das Ansichtsfeld in Phasenkodierungsrichtung reduziert werden soll.
Die Vielzahl von Empfängersystemen weist entsprechende Empfangsspulen auf, so dass der Empfang auf simultane und parallele Weise erfolgen kann.
Bei den Empfangsspulen handelt es sich vorzugsweise um Oberflächenspulen, so dass der Empfang in der Nähe zur Testperson durchgeführt werden kann.
Bei der Erfassungsvorrichtung wird bei der Erfassung eines Bildgebungsechos vorzugsweise eine MS-DW-EPI-Technik angewendet, wenn ein Bild erfasst werden soll, das Diffusion enthält.
Bei der Erfassungsvorrichtung wird bei der Erfassung des Bildgebungsechos vorzugsweise eine andere Technik als die MS-DW-EPI-Technik verwendet, wenn ein Bild erfasst werden soll, welches keine Diffusion enthält.
Die Generierungsvorrichtung generiert die Empfindlichkeitsmatrix auf der Grundlage der räumlichen Verteilung der Empfangsempfindlichkeit der Vielzahl von Empfängersystemen in Bezug auf das vollständige Ansichtsfeld, so dass die Empfindlichkeitsmatrix auf geeignete Weise generiert werden kann.
Das Generierungsvorrichtung generiert die Empfindlichkeitsmatrix vorzugsweise, nachdem die räumliche Verteilung der Größe der Empfangsempfindlichkeit von jedem der Vielzahl von Empfängersystemen auf ein zweidimensionales Polynom angepasst wurde, so dass die Empfindlichkeitsmatrix auf noch geeignetere Weise generiert werden kann.
Die Generierungsvorrichtung führt die Anpassung vorzugsweise durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate aus, welche abhängig von der Größe der Empfangsempfindlichkeit gewichtet werden, so dass die Anpassung auf geeignete Weise erfolgen kann.
Das Gewicht für die Gewichtung ist vorzugsweise das Quadrat der Größe der Empfangsempfindlichkeit, so dass die Anpassung auf noch besser geeignete Weise durchgeführt werden kann.
Das zweidimensionale Polynom ist vorzugsweise quadratisch, so dass die Anpassung vereinfacht werden kann.
Die zweite Korrekturvorrichtung homogenisiert vorzugsweise die Phase, so dass die Übereinstimmung mit der Phasenkorrektur beim Bildgebungsecho verbessert werden kann. Die Phase kann Null betragen oder einem von Null verschiedenen konstanten Wert entsprechen.
Bei der zweiten Bilderzeugungsvorrichtung wird bei der Erzeugung des Bildes vorzugsweise die folgende Gleichung verwendet, so dass ein Bild mit einem vollständigen Ansichtsfeld auf geeignete Weise gewonnen werden kann: V = (S*S)–1S*A, [Gleichung 5]wobei gilt:

V:: Pixelwerte des Bildes mit dem vollständigen FOV
S:: eine Empfindlichkeitsmatrix
S*:: eine anliegende Matrix von S, und
A:: Pixelwerte des intermediären Bildes.

Daher liefert die vorliegende Erfindung ein Magnetresonanzbildgebungsgerät, welches die parallele Bildgebung sogar in dem Fall ermöglicht, dass für die Phasenkorrektur eines Bildgebungsechos ein Navigatorecho verwendet wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung deutlich, wie sie in den dazugehörigen Zeichnungen illustriert werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detaillierter beschrieben, für welche gilt:
1 ist ein Blockdiagramm einer Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Blockdiagramm einer Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Vielzahl von Empfangsspulen.
4 zeigt eine Vielzahl von Empfängersystemen.
5 zeigt eine beispielhafte Impulssequenz, welche von dem Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
6 zeigt einen k-Raum.
7 zeigt einen k-Raum.
8 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebes des Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebes des Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Funktionsblockdiagramm des Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Funktionsblockdiagramm des Geräts ge mäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
12 ist ein Funktionsblockdiagramm des Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine beispielhafte Impulssequenz, welche von dem Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen detailliert beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm eines Magnetresonanzbildgebungsgeräts, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konfiguration des Geräts stellt eine Ausführungsform des Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
Wie in 1 gezeigt, weist das vorliegende Gerät ein Magnetsystem 100 auf. Das Magnetsystem 100 weist einen Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102, einen Gradientenspulenabschnitt 106 und einen HF-Spulenabschnitt 108 auf. Diese Spulenabschnitte weisen eine im Allgemeinen zylindrische Form auf und sind konzentrisch angeordnet. Ein abzubildendes Objekt 1 wird auf einer Reifenbahre 500 platziert und in einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum (Öffnung) des Magnetsystems 100 und wieder aus diesem hinaus befördert, was mit Hilfe von Trägervorrichtungen geschieht, welche nicht gezeigt werden.
Der Kopf der Testperson 1 wird mit einem Empfangsspulenabschnitt 110 versehen. Der Empfangsspulenabschnitt 110 weist eine Vielzahl von Empfangsspulen auf. Der Empfangsspulenabschnitt 110 wird im Folgenden detailliert beschrie ben.
Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 generiert ein statisches Magnetfeld im Innenraum des Magnetsystems 100. Die Richtung des statischen Magnetfelds verläuft im Wesentlichen parallel zur Richtung der Körperachse der Testperson 1. Das heisst, dass ein Magnetfeld generiert wird, das allgemein als horizontales Magnetfeld bezeichnet wird. Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 wird beispielsweise unter Verwendung einer superleitfähigen Spule erzeugt. Allerdings ist der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102 nicht auf superleitfähige Spulen beschränkt, sondern kann auch unter Verwendung einer normalen Leitspule o. Ä. erzeugt werden.
Der Gradientenspulenabschnitt 106 generiert drei Gradientenmagnetfelder zur Anwendung von Gradienten auf die Stärke des statischen Magnetfeldes in Richtung von drei zueinander senkrechten Achsen, d. h. einer Schichtachse, einer Phasenachse und einer Frequenzachse.
Werden zueinander senkrecht stehende Koordinatenachsen im statischen Magnetfeldraum als X, Y und Z dargestellt, so kann eine beliebige dieser Achsen die Schichtachse sein. In diesem Fall stellt eine der beiden verbleibenden Achsen die Phasenachse und die andere die Frequenzachse dar. Außerdem können der Schicht-, Phasen- und Frequenzachse beliebige Neigungen in Bezug auf die X-, Y- und Z-Achsen gegeben werden, wobei sie aber weiterhin senkrecht zueinander bleiben. Bei dem vorliegenden Gerät wird die Richtung der Körperachse der Testperson 1 als Z-Achsenrichtung definiert.
Das Gradientenmagnetfeld in der Schichtachsenrichtung wird manchmal als Schichtgradientenmagnetfeld bezeichnet.
Das Gradientenmagnetfeld in der Phasenachsenrichtung wird manchmal als Phasenkodierungsgradientenmagnetfeld bezeichnet. Das Gradientenmagnetfeld in Frequenzachsenrichtung wird manchmal als Readout-Gradientenmagnetfeld bezeichnet. Readout-Gradientenmagnetfeld ist ein Synonym für Frequenzkodierungsgradientenmagnetfeld. Um die Generierung solcher Gradientenmagnetfelder zu ermöglichen, weist der Gradientenspulenabschnitt 106 drei Gradientenspulen auf, die nicht gezeigt werden. Das Gradientenmagnetfeld wird im Folgenden manchmal einfach als Gradient bezeichnet.
Der HF-Spulenabschnitt 108 generiert zur Anregung von Spins innerhalb des Objekts 1 ein Hochfrequenz-Magnetfeld im statischen Magnetfeldraum. Die Generierung des Hochfrequenzmagnetfelds wird im Folgenden manchmal einfach als Übertragung eines HF-Anregungssignals bezeichnet. Außerdem wird das HF-Anregungssignal manchmal als HF-Impuls bezeichnet.
Elektromagnetische Wellen, d. h. Magnetresonanzsignale, die von den angeregten Spins generiert werden, werden vom Empfangsspulenabschnitt 110 empfangen. Die Magnetresonanzsignale können auch vom HF-Spulenabschnitt 108 empfangen werden.
Die Magnetresonanzsignale sind diejenigen [Signale], die sich in einem Frequenzbereich, d. h. in einem Fourierraum, befinden. Da die Magnetresonanzsignale durch die Gradienten in Phasen- und Frequenzachsenrichtungen in zwei Achsen kodiert sind, werden die Magnetresonanzsignale als Signale in einem zweidimensionalen Fourierraum erfasst. Der Phasenkodierungsgradient und der Readout-Gradient werden verwendet, um eine Position zu bestimmen, an der ein Signal im zweidimensionalen Fourierraum abgetastet wird. Der zweidimensionale Fourierraum wird im Folgenden manchmal als k-Raum bezeichnet.
Der Gradientenspulenabschnitt 106 ist mit einem Gradiententreiberabschnitt 130 verbunden. Der Gradiententreiberabschnitt 130 liefert einige Treibersignale an den Gradientenspulenabschnitt 106, so dass dieser Gradientenmagnetfelder generiert. Der Gradiententreiberabschnitt 130 weist drei Treiberschaltkreise auf, welche nicht gezeigt werden, und welche den drei Gradientenspulen im Gradientenspulenabschnitt 106 entsprechen.
Der HF-Spulenabschnitt 108 ist mit einem HF-Treiberabschnitt 140 verbunden. Der HF-Treiberabschnitt 140 liefert Treibersignale an den HF-Spulenabschnitt 108, den HF-Impuls zu übertragen, wodurch die Spins innerhalb des Objekts 1 angeregt werden.
Der Empfangsspulenabschnitt 110 ist mit einem Datenerfassungsabschnitt 150 verbunden. Der Datenerfassungsabschnitt 150 erfasst Signale, die vom Empfangsspulenabschnitt 110 in Form von digitalen Daten empfangen wurden. Der HF-Spulenabschnitt 108 kann auch mit dem Datenerfassungsabschnitt 150 verbunden werden, um die Erfassung von Signalen zu ermöglichen, die vom HF-Spulenabschnitt 108 empfangen wurden.
Der Gradiententreiberabschnitt 130, der HF-Treiberabschnitt 140 und der Datenerfassungsabschnitt 150 sind mit einem Sequenzkontrollabschnitt 160 verbunden. Der Sequenzkontrollabschnitt 160 kontrolliert den Gradiententreiberabschnitt 130, den HF-Treiberabschnitt 140 und den Datener fassungsabschnitt 150, so dass diese die Erfassung von Magnetresonanzsignalen durchführen.
Der Sequenzkontrollabschnitt 160 wird beispielsweise unter Verwendung eines Computers gebildet. Der Sequenzkontrollabschnitt 160 weist einen Datenspeicher auf, welcher nicht gezeigt wird. Im Datenspeicher werden Programme für den Sequenzkontrollabschnitt und mehrere Arten von Daten gespeichert. Die Funktion des Sequenzkontrollabschnitts 160 wird durch Computer implementiert, indem dieser ein Programm ausführt, das im Datenspeicher gespeichert ist.
Der Ausgang des Datenerfassungsabschnitts 150 ist mit dem Datenverarbeitungsabschnitt 170 verbunden. Die Daten, die vom Datenerfassungsabschnitt 150 erfasst worden sind, werden in den Datenverarbeitungsabschnitt 170 eingegeben. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 wird beispielsweise unter Verwendung eines Computers gebildet. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 weist einen Datenspeicher auf, der nicht gezeigt wird. Der Datenspeicher speichert Programme für den Datenverarbeitungsabschnitt 170 und einige andere Arten von Daten.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist mit dem Sequenzkontrollabschnitt 160 verbunden. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 steht über dem Sequenzkontrollabschnitt 160 und kontrolliert diesen. Die Funktion des vorliegenden Geräts wird durch den Datenverarbeitungsabschnitt 170 implementiert, indem dieser ein im Datenspeicher gespeichertes Programm ausführt.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 speichert die Daten, die vom Datenerfassungsabschnitt 150 erfasst wurden, in einem Datenspeicher. Im Datenspeicher wird ein Datenraum eingerichtet. Der Datenraum entspricht dem k-Raum. Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 unterzieht die Daten im k-Raum einer zweidimensionalen umgekehrten Fouriertransformation, um ein Bild zu rekonstruieren.
Der Datenverarbeitungsabschnitt 170 ist mit einem Displayabschnitt 180 und einem Betriebsabschnitt 190 verbunden. Der Displayabschnitt 180 umfasst ein graphisches Display etc. Der Betriebsabschnitt 190 umfasst eine Tastatur, etc., welche mit einer Zeigevorrichtung versehen ist.
Der Displayabschnitt 180 zeigt ein rekonstruiertes Bild, das von dem Datenverarbeitungsabschnitt 170 ausgegeben wurde, sowie mehrere Arten von Informationen an. Der Betriebsabschnitt 190 wird von einem Benutzer bedient, und der Abschnitt gibt mehrere Befehle, Informationen usw. in den Datenverarbeitungsabschnitt 170 ein. Der Benutzer bedient das vorliegende Gerät auf interaktive Weise über den Displayabschnitt 180 und den Betriebsabschnitt 190.
2 zeigt ein Blockdiagramm des Magnetresonanzbildgebungsgeräts eines anderen Typs, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Konfiguration des Geräts stellt eine Ausführungsform des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Das vorliegende Gerät weist ein Magnetsystem 100' auf, das von einem anderen Typ ist als dasjenige des Geräts, welches in 1 gezeigt wurde. Da das Gerät abgesehen vom Magnetsystem 100' eine Konfiguration aufweist, welche der des Geräts entspricht, das in 1 gezeigt wurde, werden gleiche Abschnitte mit denselben Referenzziffern ge kennzeichnet, und auf deren Erklärung wird verzichtet.
Das Magnetsystem 100' weist einen Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102', einen Gradientenspulenabschnitt 106' und einen HF-Spulenabschnitt 108' auf. Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' und die Spulenabschnitte bestehen jeweils aus einem Paar von Bauteilen, die einander im Raum gegenüberliegen. Diese Abschnitte weisen allgemein eine scheibenähnliche Form auf und werden so angeordnet, dass sie eine gemeinsame Zentralachse haben. Das Objekt 1 wird auf einer Reifenbahre 500 platziert und in einen Innenraum (Öffnung) des Magnetsystems 100 und wieder aus diesem hinaus befördert, was mittels einer Trägervorrichtung geschieht, die nicht gezeigt wird.
Der Kopf der Testperson 1 wird mit einem Empfangsspulenabschnitt 110 versehen. Der Empfangsspulenabschnitt 110 weist eine Vielzahl von Empfangsspulen auf. Der Empfangsspulenabschnitt 110 wird im Folgenden detailliert beschrieben.
Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' generiert ein statisches Magnetfeld im Innenraum des Magnetsystems 100'. Die Richtung des statischen Magnetfelds verläuft im Wesentlichen orthogonal zur Richtung der Körperachse der Testperson 1. Das heißt, dass ein Magnetfeld generiert wird, das allgemein als vertikales Magnetfeld bezeichnet wird. Der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' wird beispielsweise unter Verwendung eines permanenten Magneten erzeugt. Allerdings ist der Hauptmagnetfeldspulenabschnitt 102' nicht auf permanente Magneten beschränkt, sondern kann auch unter Verwendung eines superleitfähigen bzw. gewöhnlichen leitfähigen Elektromagneten o. Ä. erzeugt werden.
Der Gradientenspulenabschnitt 106' generiert drei Gradientenmagnetfelder zur Anwendung von Gradienten auf die Stärke des statisches Magnetfeldes in Richtung von drei zueinander senkrechten Achsen, d. h. einer Schichtachse, einer Phasenachse und einer Frequenzachse.
Werden zueinander senkrechte Koordinatenachsen im statischen Magnetfeldraum in Form von X, Y und Z dargestellt, so kann eine beliebige dieser Achsen die Schichtachse sein. In diesem Fall dient eine der beiden verbleibenden Achsen als Phasenachse und die andere als Frequenzachse. Außerdem können die Schicht-, Phasen- und Frequenzachse beliebige Neigungen in Bezug auf X-, Y- und Z-Achsen haben, wobei sie aber weiterhin senkrecht zueinander bleiben. Bei dem vorliegenden Gerät wird die Richtung der Körperachse der Testperson 1 wiederum als Z-Achsenrichtung definiert.
Das Gradientenmagnetfeld in der Schichtachsenrichtung wird manchmal als Schichtgradientenmagnetfeld bezeichnet. Das Gradientenmagnetfeld in der Phasenachsenrichtung wird manchmal als Phasenkodierungsgradientenmagnetfeld bezeichnet. Das Gradientenmagnetfeld in Frequenzachsenrichtung wird manchmal als Readout-Gradientenmagnetfeld bezeichnet. Readout-Gradientenmagnetfeld ist ein Synonym für Frequenzkodierungsgradientenmagnetfeld. Um die Generierung solcher Gradientenmagnetfelder zu ermöglichen, weist der Gradientenspulenabschnitt 106' drei Gradientenspulen auf, welche nicht gezeigt werden.
Der HF-Spulenabschnitt 108' überträgt einen HF-Impuls in den statischen Magnetfeldraum, um Spins innerhalb des Objekts 1 anzuregen. Elektromagnetische Wellen, d. h. Mag netresonanzsignale, die von den angeregten Spins generiert werden, werden vom Empfangsspulenabschnitt 110 empfangen. Die Magnetresonanzsignale können auch vom HF-Spulenabschnitt 108' empfangen werden. Die Signale, die vom Empfangsspulenabschnitt 110 oder dem HF-Spulenabschnitt 108' empfangen werden, werden in den Datenerfassungsabschnitt 150 eingegeben.
Im Folgenden wird der Empfangsspulenabschnitt 110 beschrieben. Der Empfangsspulenabschnitt 110 weist eine Vielzahl von Empfangsspulen 112–118 auf, die nahe am Kopf der Testperson 1 angeordnet sind, wie in 3 gezeigt. Jede der Empfangsspulen 112–118 bildet eine geschlossene Schleife. Die Empfangsspulen 112–118 sind so angeordnet, dass sie den Kopf der Testperson 1 umgeben. Als Empfangsspulen 112–118 werden beispielsweise Oberflächenspulen verwendet. Die Oberflächenspulen eignen sich zum Empfang von Signalen, die sehr nah an der Testperson auftreten.
Die Empfangsspulen 112–118 sind so konfiguriert, dass eine gegenseitige Interferenz im Wesentlichen ausgeschlossen ist. Eine Vielzahl von Empfangsspulen, welche keine gegenseitige Interferenz zeigt, wird manchmal zusammenfassend als Phasenanordnungsspule bezeichnet. Bei der Anzahl von Empfangsspulen, die eine Phasenanordnungsspule bilden, kann es sich um eine beliebige Mehrzahl handeln, die größer oder kleiner als vier ist. Die nachfolgende Beschreibung wird für einen Fall gegeben, bei dem die Anzahl der Empfangsspulen vier beträgt, trifft aber auch auf Fälle zu, bei denen die Anzahl von Empfangsspulen eine Mehrzahl ist, die größer oder kleiner als vier ist.
Die Empfangsspulen 112–118, welche die Phasenanord nungsspule bilden, empfangen separat die entsprechenden Magnetresonanzsignale. Die Signale, die von den Empfangsspulen 112–118 empfangen werden, werden in die Empfangsschaltkreise 152–158 im Datenerfassungsabschnitt 150 eingegeben, wie in 4 gezeigt.
Die Empfangsspule 112 und der Empfangsschaltkreis 152 bilden ein Empfängersystem 1.
Die Empfangsspule 114 und der Empfangsschaltkreis 154 bilden ein Empfängersystem 2.
Die Empfangsspule 116 und der Empfangsschaltkreis 156 bilden ein Empfängersystem 3.
Die Empfangsspule 118 und der Empfangsschaltkreis 158 bilden ein Empfängersystem 4.
Durch solch eine Vielzahl von Empfängersystemen, welche mit separaten Empfangsspulen ausgestattet sind, können Signale von einer Vielzahl von Empfängersystemen auf simultane und parallele Weise empfangen werden. Die Empfängersysteme 1–4 stellen eine Ausführungsform der Vielzahl von Empfängersystemen gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
5 zeigt eine Impulssequenz einer Abtastung gemäß der MS-DW-EPI-Technik. Die Impulssequenz verläuft von links nach rechts. Dasselbe gilt für die nachfolgende Beschreibung. In 5 zeigt (1) eine Impulssequenz von HF-Signalen, (2)–(5) zeigen Impulssequenzen von Gradientenmagnetfeldern, (2) zeigt einen Schnittgradienten, (3) zeigt einen Frequenzkodierungsgradienten, (4) stellt einen Phasenkodierungsgradienten und (5) stellt einen Bewegungsabfragegradienten dar. Es sei darauf hingewiesen, dass ein statisches Magnetfeld auf konstante Weise bei einer festen Magnetfeldstärke angewendet wird.
Als erstens wird die Spinanregung bei einem 90°-Impuls bewirkt. Nach einer bestimmten Zeitspanne infolge der 90°-Anregung wird durch einen 180°-Impuls eine 180°-Anregung bewirkt. Dabei handelt es sich um selektive Anregungen unter einem Schichtgradienten G_schicht. Vor und nach der 180°-Anregung wird ein Bewegungsabfragegradient G_mpg angewendet. Dieser wendet eine Gewichtung in Abhängigkeit von der Diffusion von Spins auf ein Magnetresonanzsignal an.
Als nächstes wird ein Frequenzkodierungsgradient G_freq ausschließlich dafür angewendet, ein Navigatorecho zu lesen. Es wird ein Paar von Navigatorechos abgelesen. Jedes Navigatorecho wird von seinem Zentralecho dargestellt. Dasselbe trifft für die nachfolgende Beschreibung zu.
Als nächstes werden ein Phasenkodierungsgradient Gehase und ein Frequenzkodierungsgradient G_freq in einer zuvor definierten Sequenz angewendet und eine Vielzahl von Bildgebungsechos wird sequenziell gelesen. Die mehreren Bildgebungsechos haben verschiedene Phasenkodierungen. Wiederum wird ein Bildgebungsecho von seinem Zentralecho dargestellt. Dasselbe gilt für die nachfolgende Beschreibung.
Solch eine Impulssequenz wird eine festgelegte Anzahl von Malen in einem Zyklus einer Wiederholungszeit TR wiederholt, und für jede Wiederholung wird ein Paar von Navigatorechos und eine Vielzahl von Bildgebungsechos abgelesen. Das heißt, dass eine Multi-Shot-Abtastung durchgeführt wird. Die Phasenkodierung für das Bildgebungsecho wird für jede Wiederholung verändert, und es werden Bildgebungsechos, die ein Bildschirmbild füllen, in der festgelegten Anzahl von Malen von Wiederholungen erfasst.
Die Bildgebungsechos in jeder Wiederholung werden von einem Navigatorecho in derselben Wiederholung phasenerfasst. Dadurch werden eventuelle Phasenfehler, die aufgrund des Pulsierens des Gehirns auftreten, aus den Bildgebungsechos entfernt.
Durch das Lesen von Bildgebungsechos mit Phasen- und Frequenzkodierungen werden Daten in einem k-Raum abgetastet. 6 zeigt ein konzeptionelles Diagramm des k-Raums. Wie gezeigt wird, ist die horizontale Achse kx des k-Raums eine Frequenzachse und die vertikale Achse ky ist eine Phasenachse.
In 6 ist jedes der Vielzahl von lateral verlaufenden Rechtecken eine Datenabtastungsposition auf der Phasenachse. Die Zahl, die in jedem Rechteck gezeigt wird, stellt den Wert der Phasenkodierung dar. Die Werte der Phasenkodierung werden durch π/N normalisiert. N ist die Anzahl von Malen der Abtastung in Phasenachsenrichtung.
Der Wert der Phasenkodierung beträgt im Zentrum der Phasenachse ky Null. Der Wert der Phasenkodierung nimmt von Zentrum zu beiden Enden hin zu. Die Polaritäten der Erhöhungen sind einander entgegengesetzt. Das Abtastintervall, d. h. die Schrittdifferenz zwischen den Werten der Phasenkodierung, beträgt π/N. Durch die Durchführung einer zweidimensionalen umgekehrten Fouriertransformation der Daten in solch einem k-Raum wird ein Querschnittsbild rekonstruiert. Das rekonstruierte Bild stellt ein vollständiges Ansichtsfeld (FOV) dar. Das gesamte FOV wird im Folgenden manchmal als vollständiges FOV bezeichnet.
Bei der parallelen Bildgebung werden die Abtastintervalle für den k-Raum erhöht, um die Anzahl von Malen der Abtastung zur Verbesserung der Bildgebungsgeschwindigkeit zu reduzieren. Insbesondere wird die Abtastung in der Richtung der Phasenachse ky auf alternative Weise durchgeführt, beispielsweise zur Reduktion der Anzahl von Malen der Abtastung um die Hälfte, wie durch die Strichelung in 7 angezeigt. Dadurch wird die Bildgebungszeit um die Hälfte reduziert, wodurch die Bildgebungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Durch die alternative Abtastung werden die Abtastungsintervalle verdoppelt. Durch eine Verdopplung der Abtastungsintervalle wird das FOV des rekonstruierten Bildes im Vergleich zum vollständigen FOV um die Hälfte reduziert.
Die Verdopplung der Abtastintervalle in Phasenkodierungsrichtung wird durch die Einstellung der Schrittdifferenz zwischen den Werten der Phasenkodierung auf π/N erreicht. Dadurch wird das FOV in der Phasenkodierungsrichtung um die Hälfte reduziert.
Generell wird das FOV um den Faktor R reduziert, wenn das Abtastintervall oder die Schrittdifferenz zwischen den Werten der Phasenkodierung um einen Faktor R erhöht wird. R wird manchmal als Reduktionsfaktor bezeichnet. In 7 gilt: R = 2.
Wenn die Anzahl von Empfängersystemen n beträgt, erfüllt der Reduktionsfaktor R die folgenden Bedingung, so dass ein ausgegebenes Bild mit einem vollständigen FOV, wie es im Folgenden beschrieben wird, auf geeignete Weise gewonnen werden kann durch: n ≥ R > 1,[Gleichung 6]wobei gilt:

R:: Reduktionsfaktor, und
N:: Anzahl der Empfängersysteme

Im Folgen wird der Betrieb des vorliegenden Geräts beschrieben. 8 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebs des vorliegenden Geräts. Wie gezeigt wird, wird in Schritt 701 eine Messung der Empfangsempfindlichkeitsverteilung durchgeführt. In diesem Schritt wird die räumliche Verteilung der Empfindlichkeit der Vielzahl von Empfängersystemen gemessen.
Die räumliche Verteilung der Empfindlichkeit der Empfängersysteme wird in Form von Empfindlichkeitskartenbildern gewonnen. Die Empfindlichkeitskartenbilder werden anhand von Bildern erzeugt, die beispielsweise durch die Abtastung derselben durch den Körper der Testperson 1 verlaufenden Schicht unter Verwendung des HF-Spulenabschnitts 108 (108') und des Empfangsspulenabschnitts 110 gewonnen werden.
Genauer gesagt wird ein Bild, das unter Verwendung des HF-Spulenabschnitts 108 (108') gewonnen wird, als eine Referenz definiert, und Bilder, die unter Verwendung der Empfangsspulen 112–118 erfasst wurden, werden als gemessene Bilder definiert, und die Empfindlichkeitskarten werden beispielsweise durch die Berechnung des Verhältnisses der gemessenen Bilder zum Referenzbild auf einer Pixel-zu-Pixel-Basis generiert. Das Referenzbild und die gemessenen Bilder werden durch die Abtastung eines vollständigen FOV erfasst. So werden die Empfindlichkeitskartenbilder für die Empfangsspulen 112–118 mit einem vollständigen FOV gewonnen. Solch eine Abtastung wird manchmal als eine Kalibrierungsabtastung bezeichnet.
Als nächstes wird in Schritt 703 eine Empfindlichkeitsmatrixgenerierung durchgeführt. Die Empfindlichkeitsmatrix wird auf der Grundlage des Empfindlichkeitskartenbildes jeder Empfangsspule generiert. Da die Empfindlichkeitskartenbilder mit dem vollständigen FOV gewonnen werden, kann die Empfindlichkeitsmatrix auf geeignete Weise generiert werden. Das Empfindlichkeitskartenbild wird im Folgenden manchmal einfach als Empfindlichkeitskarte bezeichnet.
Die Empfindlichkeitsmatrix ist eine n×R Matrix. Das Symbol n bezeichnet die Anzahl von Empfängersystemen und R bezeichnet den Reduktionsfaktor. Wenn n = 4 und R = 2 gilt, lautet die Empfindlichkeitsmatrix S wie folgt:
In der Empfindlichkeitsmatrix S bezeichnen s11, s21, s31 und s41 jeweils Werte desselben Pixels in den Empfindlichkeitskartenbildern der Empfangsspulen 112, 114, 116 und 118. Werte eines Pixels in den Empfindlichkeitskarten, die in einem Abstand von ½ FOV zum früheren Pixel in Phasenkodierungsrichtung liegen, werden mit s12, s22, s32 und s42 bezeichnet. Hierbei handelt es sich um komplexe Werte.
Als nächstes wird in Schritt 705 eine Empfindlichkeitsmatrix-Phasenkorrektur durchgeführt. Die Phasenkorrektur wird erreicht, indem die Phase von komplexen Daten s in der Empfindlichkeitsmatrix S auf Null oder einen [anderen] zuvor bestimmten konstanten Wert eingestellt wird. Genauer gesagt wird, wenn die komplexen Daten s definiert werden als: s = Me–iθ [Gleichung 8]die Phase wie folgt definiert: θ = 0, [Gleichung 9]oder θ = konst (≠ 0). [Gleichung 10]
Als nächstes wird in Schritt 707 eine Abtastung durchgeführt. Die Abtastung wird gemäß der MS-DW-EPI-Technik durchgeführt. Die Abtastung gemäß der MS-DW-EPI-Technik wird bei einem reduzierten FOV durchgeführt, indem die Ab tastintervalle für den k-Raum erhöht werden. Das reduzierte FOV ist beispielsweise ½ FOV. Der Reduktionsfaktor R ist nicht auf ½ beschränkt, sondern kann jeden geeigneten Wert annehmen. Das Navigatorecho und die Bildgebungsechos werden auf eine simultane und parallele Weise über die Vielzahl von Empfängersystemen 1–4 empfangen.
Als nächstes wird in Schritt 709 eine Phasenkorrektur bei den Bildgebungsechos durchgeführt. Die Phasenkorrektur wird erreicht, indem die Bildgebungsechos für jede Sendung der Multi-Shots durch das Navigatorecho phasenkorrigiert werden.
Als nächstes wird in Schritt 711 die Erzeugung eines intermediären Bildes durchgeführt. Ein intermediäres Bild wird erzeugt, indem die phasenkorrigierten Bildgebungsechos der Vielzahl von Empfängersystemen einer zweidimensionalen umgekehrten Fouriertransformation unterzogen werden. Das intermediäre Bild umfasst Aliasing-Bilder, da es ein reduziertes FOV aufweist.
Als nächstes wird in Schritt 713 eine Ausgabebilderzeugung durchgeführt. Das ausgegebene Bild wird mittels einer Berechnung durchgeführt, bei der das intermediäre Bild und eine Empfindlichkeitsmatrix verwendet werden. Bei der Ausgabebildberechnung wird die folgende Gleichung angewendet. Die Gleichung entspricht derjenigen, die in dem zuvor genannten Artikel aufgeführt wurde. V = (S*S)–1S*A, [Gleichung 11] wobei gilt:

Obwohl die Pixelwerte A im intermediären Bild in dieser Gleichung Werte nach der Phasenkorrektur darstellen, kann die Berechnung ohne Abweichungen durchgeführt werden, weil die Empfindlichkeitsmatrix S ebenfalls phasenkorrigiert ist. So kann ein Querschnittsbild mit einem vollständigen FOV gewonnen werden, in dem die Aliasing-Bilder, auf zu ihrer ursprünglichen Positionen hin verschoben werden.
Das Querschnittsbild wird in Schritt 715 angezeigt und gespeichert. Die Anzeige des Querschnittsbildes wird durch den Displayabschnitt 180 ausgeführt, und dessen Speicherung wird dem Datenspeicher im Datenverarbeitungsabschnitt 170 überlassen.
Außerdem kann auch eine Phasenkorrektur der Empfindlichkeitskarten durchgeführt werden, weil die Daten in der Empfindlichkeitsmatrix genau den Daten der Empfindlichkeitskarten entsprechen. Für diesen Fall wird das Flussdiagramm in 9 gezeigt. 9 unterschiedet sich nur in Schritt 705' von dem in 8 gezeigten [Diagramm].
Wie in 9 gezeigt, wird die Phasenkorrektur in Schritt 705' bei den Empfindlichkeitskarten durchgeführt, und die Empfindlichkeitsmatrix wird in Schritt 703 auf der Grundlage der phasenkorrigierten Empfindlichkeitskarten generiert. Die auf diese Weise generierte Empfindlichkeits matrix weist die richtige Phase auf. Das heißt, dass die Phasenkorrektur der Empfindlichkeitsmatrix tatsächlich erreicht wurde.
10 zeigt ein Funktionsblockdiagramm des vorliegenden Geräts für die oben beschriebene Operation. Wie gezeigt wird, umfasst das Gerät einen Signalerfassungsabschnitt 802, einen Phasenkorrekturabschnitt 804, einen Intermediärbild-Erzeugungsabschnitt 806, einen Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808, einen Phasenkorrekturabschnitt 810 und ein Ausgabebilderzeugungsabschnitt 812.
Die Signalerfassungseinheit 802 erfasst Navigatorechos und Bildgebungsechos. Die Echos werden gemäß der MS-DW-EPI-Technik mit einem reduzierten FOV erfasst. Die Signalerfassungseinheit 802 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 707 beschrieben wird, der wiederum in 8 gezeigt wird. Die Signalerfassungseinheit 802 stellt eine Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der Phasenkorrekturabschnitt 804 führt eine Phasenkorrektur der Bildgebungsechos durch. Der Phasenkorrekturabschnitt 804 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 709 beschrieben wird, der wiederum in 8 gezeigt wird. Der Phasenkorrekturabschnitt 804 stellt eine Ausführungsform der ersten Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der intermediäre Bilderzeugungsabschnitt 806 führt die intermediäre Bilderzeugung auf der Grundlage der phasenkorrigierten Bildgebungsechos durch. Der intermediäre Bilder zeugungsabschnitt 806 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 711 beschrieben wird, welcher wiederum in 8 gezeigt wird. Der intermediäre Bilderzeugungsabschnitt 806 stellt eine Ausführungsform der ersten Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808 führt die Empfindlichkeitsmatrixgenerierung durch. Der Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808 entspricht den Funktionen des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 701 und 703 beschrieben werden, die wiederum in 8 gezeigt werden. Der Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808 stellt eine Ausführungsform der Generierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808 besteht aus einem Empfangsempfindlichkeitsverteilungs-Messungsabschnitt 902 und einem Matrixgenerierungsabschnitt 904, wie in 11 gezeigt. Der Empfangsempfindlichkeitsverteilungs-Messungsabschnitt 902 entspricht den Funktionen des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 701 beschrieben werden, der wiederum in 8 gezeigt wird. Der Matrixgenerierungsabschnitt 904 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, die in Schritt 703 beschrieben wird, welcher wiederum in 8 gezeigt wird.
Der Phasenkorrekturabschnitt 810 führt eine Phasenkorrektur bei der Empfindlichkeitsmatrix durch. Der Phasenkorrekturabschnitt 810 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 705 beschrieben wird, der wiederum in 8 gezeigt wird, oder Schritt 705', der in 9 gezeigt wird. Der Phasenkorrekturabschnitt 810 stellt eine Ausführungsform der zweiten Korrekturvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der Ausgabebild-Erzeugungsabschnitt 812 führt die Ausgabebilderzeugung unter Verwendung des intermediären Bildes und der Empfindlichkeitsmatrix durch. Der Ausgabebild-Erzeugungsabschnitt 812 entspricht der Funktion des vorliegenden Geräts, welche in Schritt 713 beschrieben wird, der in 8 gezeigt wird. Der Ausgabebild-Erzeugungsabschnitt 812 stellt eine Ausführungsform der zweiten Bilderzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar.
Der Empfindlichkeitsmatrix-Generierungsabschnitt 808 kann einen Anpassungsabschnitt 906 zwischen dem Empfangsempfindlichkeitsverteilungs-Messungsabschnitt 902 und dem Matrixgenerierungsabschnitt 904 umfassen, wie in 12 gezeigt.
Der Anpassungsabschnitt 906 führt eine Funktionsanpassung der Größe in den Empfindlichkeitskarten durch, die vom Empfangsempfindlichkeitsverteilungs-Messungsabschnitt 902 gewonnen werden. Bei der Anpassung werden die Phasen vorzugsweise im Vorfeld korrigiert, so dass die Anpassung ermöglicht wird. Dadurch wird auch eine Phasenkorrektur der Empfindlichkeitsmatrix erreicht.
Bei der Funktion, die bei der Anpassung verwendet wird, handelt es sich um ein zweidimensionales Polynom. Das Polynom ist vorzugsweise quadratisch, so dass die Ordnung klein ist und die Anpassung erleichtert wird. Allerdings kann es sich auch um eine hohe Ordnung handeln, wie beispielsweise eine dritte oder höhere Ordnung.
Die Anpassung im Falle einer ersten oder zweiten Ordnung wird durch die Berechnung der Koeffizienten a–f des folgenden zweidimensionalen quadratischen Polynoms durch ein Verfahren der kleinsten Quadrate erreicht: M = ax2 + bx2 + cx + dx + exy + f. [Gleichung 12]
Zu diesem Zeitpunkt wird der Quadratfehler vorzugsweise entsprechend der Größe der Empfindlichkeitskarten gesichtet, so dass der Effekt von Rauschen auf die Anpassung gemildert wird. Eine Anpassung mit höherer Genauigkeit kann durch die Einstellung der Gewichtung auf das Quadrat der Größe erreicht werden.
Da die Empfindlichkeitskarten durch die Anpassung mathematisch ausgedrückt werden können, kann das Ausgangsbild unter Verwendung der Empfindlichkeitsmatrix S ohne großen Fehler erzeugt werden, selbst wenn zwischen dem Kalibrierungsabtastbild (Empfindlichkeitskarten) und dem tatsächlich abgetasteten Bild (intermediäres Bild) aufgrund der Bewegung der Testperson 1 o. Ä. eine positionelle Verschiebung der Pixels auftritt. So kann eine parallele Bildgebung erzielt werden, die von Bewegungen weniger stark beeinträchtigt wird.
Der Grund dafür ist, dass es unter Verwendung des mathematischen Ausdrucks möglich ist, den Empfindlichkeitswert nicht nur für die genaue Pixelposition, sondern auch für benachbarte Pixelpositionen kontinuierlich zu extrapolieren, so dass ein Empfindlichkeitswert mit einer hohen Genauigkeit selbst dann gewonnen werden kann, wenn die Pi xelposition verschoben ist.
Außerdem ist die Anpassung mitsamt der Phase allgemein schwierig, weil die Empfängersysteme (Spulen) in einer Phasenanordnungsspule unterschiedliche Phaseneigenschaften aufweisen; allerdings ist die Phase der Empfindlichkeitsmatrix in der vorliegenden Erfindung homogenisiert und kann in gewissem Sinne als angepasst angesehen werden, so dass eine genaue Anpassung der Empfindlichkeitsmatrix möglicht ist.
Die parallele Bildgebung unter Einbeziehung einer Navigatorechoerfassung ist nicht auf MS-DW-EPI beschränkt. Die parallele Bildgebung mitsamt Navigatorechoerfassung kann neben MS-DW-EPI beispielsweise eine Bildgebung gemäß der dreidimensionalen Gradientenechotechnik umfassen.
13 zeigt eine Impulssequenz der Technik. In 13 zeigt (1) eine Sequenz eines HF-Impulses. (2)–(4) zeigen Impulssequenzen von Gradientenmagnetfeldern. (2) stellt einen Schichtgradienten und einen Phasenkodierungsgradienten in Schichtrichtung dar, (3) stellt einen Frequenzkodierungsgradienten und (4) stellt einen Phasenkodierungsgradienten dar. Es sei darauf hingewiesen, dass das statische Magnetfeld bei einer festgelegten Magnetfeldstärke angewendet wird.
Zuerst wird eine Spinanregung durch einen α°-Impuls bewirkt. Die α°-Anregung ist eine selektive Anregung unter einem Schichtgradienten G_schicht. Nach der α°-Anregung werden ein Phasenkodierungsgradient G_schicht in Schichtrichtung, ein Frequenzkodierungsgradient G_freq und ein Phasenkodierungsgradient G_phase in einer zuvor definierten Sequenz angewen det und ein Bildgebungsecho wird abgelesen.
Nach Ablesung des Bildgebungsechos werden der Phasenkodierungsgradient G_schicht in Schichtrichtung und der Phasenkodierungsgradient G_phase zurückgespult. Danach wird eine Frequenzkodierungsgradient G_freq ausschließlich dafür verwendet, ein Navigatorecho zu lesen.
Solch eine Impulssequenz wird für eine zuvor bestimmte Anzahl von Malen in einem Zyklus einer Wiederholungszeit TR wiederholt, und es werden ein Bildgebungsecho und ein Navigatorecho für jede Wiederholung gelesen. Die Phasenkodierung für das Bildgebungsecho wird für jede Wiederholung verändert, und es werden Bildgebungsechos, die ein Bildschirmbild füllen, in einer zuvor bestimmten Anzahl von Wiederholungen erfasst. Das Bildgebungsecho in jeder Wiederholung wird von einem Navigatorecho in derselben Wiederholung phasenerfasst.
Durch das Ablesen der Echos unter Verwendung der Phasenkodierungen in zwei Richtungen und die Frequenzkodierung werden Daten in einem dreidimensionalen k-Raum abgetastet. Durch Erhöhung der Abtastintervalle werden die Daten mit einem dreidimensionalen reduzierten FOV erfasst.
Indem die Daten einer dreidimensionalen umgekehrten Fouriertransformation unterzogen werden, wird ein dreidimensionales Bild erzeugt. Bei dem dreidimensionalen Bild handelt es sich um ein intermediäres Bild mit reduziertem FOV. Anhand des intermediären Bildes wird unter Verwendung einer Empfindlichkeitsmatrix S ein Ausgangsbild mit einem vollständigen FOV erzeugt. Es sei darauf hingewiesen, dass die verwendete Empfindlichkeitsmatrix von einem dreidimen sionalen Typ ist.
Bei der Abbildung des Unterbauches wird die Körperbewegung zu einem Problem, welches die Kalibrierungsabtastung und die eigentliche Abtastung anfällig für Positionsverschiebungen macht; doch gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine parallele Bildgebung erzielt werden, die von solchen Positionsverschiebungen nicht beeinträchtigt wird.

Claims

Magnetresonanz-Bildgebungsgerät, umfassend: eine Anregungs- und Erfassungsvorrichtung (108', 110), die so eingerichtet ist, dass sie Spins innerhalb eines Objekts anregt; eine Vielzahl von parallelen Empfängersystemen (1–4), die dazu eingerichtet sind, dass sie ein Bildgebungsecho eines reduzierten Ansichtsfeldes, welches durch die angeregten Spins generiert wird, zusammen mit einem Navigatorecho empfangen, wobei das Bildgebungsecho und das Navigatorecho innerhalb derselben Wiederholung einer Impulssequenz erfasst werden; eine erste Korrekturvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, dass sie die Bildgebungsechos unter Verwendung der Navigatorechos einer Phasenkorrektur unterzieht; eine erste Bilderzeugungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage der phasenkorrigierten Bildgebungsechos von jedem der Vielzahl von Empfängersystemen ein intermediäres Bild mit dem reduzierten Ansichtsfeld erzeugt; eine Generierungsvorrichtung, die so eingerichtet ist, dass sie eine Empfindlichkeitsmatrix der Vielzahl von Empfängersystemen generiert; eine zweite Korrekturvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, dass sie die Matrixdaten in der Empfindlichkeitsmatrix phasenkorrigiert, wobei die Phase der Empfindlichkeitsmatrix homogenisiert wird, indem sie auf einen konstanten Wert eingestellt wird; und eine zweite Bilderzeugungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage des intermediären Bildes und der phasenkorrigierten Empfindlichkeitsmatrix ein Bild mit einem vollen Ansichtsfeld generiert.
Magnetresonanz-Bildgebungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängersysteme mit Empfangsspulen (112–118) ausgestattet sind, bei denen es sich um Oberflächenspulen handelt.
Magnetresonanz-Bildgebungsgerät gemäß einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anregungs- und Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Bildgebungsechos eine MS-DW-EPI-Technik eingesetzt wird.
Magnetresonanz-Bildgebungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anregungs- und Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Bildgebungsechos eine Technik angewendet wird, bei der es sich nicht um eine MS-DW-EPI-Technik handelt.
Magnetresonanz-Bildgebungsgerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Generierungsvorrichtung die Empfindlichkeitsmatrix generiert, nachdem die räumliche Verteilung der Größe der Emp fangsempfindlichkeit jedes der Vielzahl von Empfängersystemen an ein zweidimensionales Polynom angepasst wurde.