NL8503525A

NL8503525A - Mri-werkwijze en inrichting ter reductie van beweginsartefacten.

Info

Publication number: NL8503525A
Application number: NL8503525A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-07-16
Also published as: IL81050A; EP0228129A1; CA1256163A; EP0228129B1; DE3675358D1; IL81050A0; JPS62217949A

Description

PHN 11.597 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

MRl-werkwijze en inrichting ter reductie van bewegingsartefacten.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam waarbij in aanwezigheid van een homogeen stationair magneetveld, in een aantal opeenvolgende meetcycli, met een hoogfrequent elektromagnetische g puls een kernspinresonantiesignaal wordt opgewekt dat gedurende een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd en gedurende een daarna volgende meettijd wordt bemonsterd, waarbij de tijdsintegraal van een voorbereidende magnetische veldgradiënt wordt afgestemd op een fase van een bewegingscyclus van het lichaam en waarbij een aantal n met n=1,2, IQ 3,... met betrekking tot de tijdsintegraal van de voorbereidende magnetische veldgradiënt verschillende meetcycli gedurende een bewegingscyclus worden uitgevoerd.

De uitvinding heeft verder betrekking op een inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een 15 lichaam welke inrichting bevat: i a) middelen voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, b) middelen voor het opwekken van een hoogfrequent elektromagnetische puls, c) middelen voor het opwekken van een voorbereidende magnetische veld- 20 gradiënt gedurende een voorbereidingstijd, d) bemonsteringsmiddelen voor het bemonsteren gedurende een meettijd van een, met de onder a) en b) genoemde middelen opgewekt resonan-tiesignaal na conditionering van het resonantiesignaal gedurende een voorbereidingstijd met de met de onder c) genoemde middelen opgewek- 25 te magnetische veldgradiënt, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de door de bemonsteringsmiddelen geleverde signalen, en f) besturingsmiddelen voor het besturen van de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, conditioneren, bemonsteren en 30 verwerken van een aantal resonantiesignalen, waarbij elk resonantie-signaal steeds in een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd, waarbij de besturingsmiddelen aan onder c) genoemde middelen stuur- , ' V Λ PHN 11.597 2 # ·» signalen toevoeren voor het instellen van de sterkte en/of tijdsduur van de magnetische veldgradiënt, waarbij met betrekking tot de magnetische veldgradiënt telkens na elke herhaling van cycli, de integraal van de sterkte over de tijdsduur van de magnetische 5 veldgradiënt verschillend is.

Een dergelijke werkwijze is bekend uit het "book of abstracts" van de Fourth Annual Meeting, Society of Magnetic Resonance in Medicine, London 1985, biz. 1064 waarin een abstract staat van een op 22 augustus 1985 te London gehouden voordracht.

Inrichtingen voor het bepalen van een kernmagnetisatieverde-ling in een deel van een lichaam en dê basisprincipes volgens welke deze werken zijn bijvoorbeeld bekend uit het artikel "Proton NMR tomo-graphy" in Philips Technical Review, Volume 41, 1983/84, No. 3 blz. 73-88. Voor de verklaring van hun constructie en de basisprincipes van

IC

hun werking wordt hier naar dit artikel verwezen.

Bij een werkwijze beschreven in het abstract van M. Yamashita en T. Maki wordt een zogenaamde spin warp meting uitgevoerd, in een spin warp meting wordt een te onderzoeken lichaam aan een sterk, stationair homogeen magneetveld B0 onderworpen, waarvan de richting 20 samenvalt met bijvoorbeeld de z-as van een carthesis (x,y,z) coördinatenstelsel. Met het stationaire magneetveld B0 wordt een kleine polarisatie van de in het lichaam aanwezige kernspins verkregen en wordt de mogelijkheid geschapen om kernspins een precessiebeweging om de richting van het magneetveld B0 te laten maken. Na het aanleggen van het magneetveld B0 wordt een magnetische veldgradiënt, fungerend als selectiegradient, aangelegd en tegelijkertijd een 90°-hoogfrequent elektromagnetische puls opgewekt, die de magnetisatierichting van de in een geselecteerde deel aanwezige kernen over een hoek 90° draait. Na het beëindigen van de 90“-puls zullen de kernspins gaan precederen rond 30 de veldrichting van het magneetveld B0 en een resonantiesignaal opwekken (FlD-signaal). Er worden na de 90°-puls veldgradiënten Gy, Gx en Gz aangelegd waarvan de veldrichting samenvalt met die van het magneetveld B0 en de gradiëntrichtingen in respektievelijk de y-, x- en z-richting staan. De veldgradiënten Gy, Gx en Gz dienen bijvoorbeeld 35 respektievelijk ter refaserxng en codering van de kernspins in respektievelijk de y-, x- en z-richting. Na het beëindigen van de drie bovengenoemde veldgradiënten wordt een magnetische veldgradiënt - . · '! :j 0- nk- ΡΗΝ 11.597 '3 aangelegd, bijvoorbeeld een veldgradiënt Gx, voor het genereren van een echo-resonantiesignaal. Dit echo-signaal van het oorspronkelijke FÏD-signaal wordt hierna bemonsterd.

Ter verkrijging van een beeld van een geselecteerd deel wordt 5 bovenstaande meetcyclus een aantal malen herhaald met telkens voor elke cyclus een andere waarde van de tijdintegraal van de veldgradiënt Gy en/of Gz. Door nu de Fourier-transformaties van de resonantiesignalen te rangschikken naar toenemende grootte van de tijdintegraal van de veldgradiënt Gy enerzijds en van de veldgradiënt G2 anderzijds en deze ^ te onderwerpen aan een Fouriertransformatie in de y-richting en daarna in de z-richting, wordt een spindichtheidsdistributie verkregen als functie van x,y en z.

In het abstract wordt opgemerkt dat een op deze wijze verkregen beeld storende artefacten vertoont ten gevolge van bijvoorbeeld a-15 demhalings-, hart- of maagbewegingen van bijvoorbeeld een onderzochte patiënt. Ter voorkoming van bewegingsartefacten, die dikwijls worden aangeduid met de termen blurring en ghosting, wordt in het artikel voorgesteld de tijdsintegraal van de voorbereidende magnetische veldgradiënt van de met betrekking tot deze tijdintegraal verschillende 20 meetcycli zodanig op een fase van een bewegmgscyclus van een lichaam af te stemmen dat door deze gekozen afstemming een periodieke beweging met een periode van 4 tot 8 seconden een periode lijkt te hebben van ettelijke honderden seconden.

Een bezwaar van de bekende werkwijze is dat in een te ver-25 krijgen beeld toch nog onaanvaardbare bewegingsartefacten overblijven, doordat geen vloeiende relatie wordt gerealiseerd tussen bewegingsfase en integraal van de sterkte over de tijdsduur van de voorbereidende magnetische veldgradiënt.

Het is het doel van de uitvinding in een werkwijze en in een 30 . . .

inrichting te voorzien waarmee MRI-beelden kunnen worden gemaakt waarin hoegenaamd geen bewegingsartefacten vóórkomen.

Een werkwijze van de in de aanhef vermelde soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat het begintijdstip van die meetcycli in opeenvolgende bewegingscycli ten opzichte van een fase van 35 een bewegingscyclus wordt getransleerd. Door op deze manier de tijdsintegraal van de voorbereidende magnetische veldgradiënt van de met betrekking tot deze tijdsintegraal verschillende meetcycli af te stemmen

-s \ ,Λ W

'3 ·; ....ίο ΡΗΝ 11.597 4 φ *+ op een fase van de bewegingscyclus, wordt een eliminatie van ghosts in een aanzienlijke reductie van blurring in een te verkrijgen beeld bewerkstelligd. Immers de frequentie van de beweging ten opzichte van de integraal van de sterkte over de tijdsduur van de voorbereidende 5 magnetische veldgradiënt wordt verkleind. Wanneer met behulp van de relatie fase-tijdsintegraal van de voorbereidende magnetische veldgradiënt, de beweging van het lichaam in een grafiek uitzet wordt tegen de integraal van de sterkte over de tijdsduur van de voorbereidende magnetische veldgradiënt, lijkt er sprake te zijn van W een langzaam en vloeiend bewegend lichaam.

Een uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de meetcycli in een bewegingscyclus op onderling gelijke tijdsafstanden worden uitgevoerd. Dit maakt mogelijk dat met relatief weinig computermiddelen in relatief weinig computertijd de 15 werkwijze kan worden uitgevoerd.

Een verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de tijdsafstanden tussen de meetcycli in een bewegingscyclus, worden bepaald door veranderingen van de bewegingssequentie van het lichaam. Wanneer bijvoorbeeld de ademhalings-2D

frequentie van het lichaam langzaam verandert, kunnen de tijdstippen waarop bijvoorbeeld de eerste en laatste meetcyclus in een ademhalings-cyclus worden gestart, worden aangepast aan de veranderde ademhalings-frequentie.

Een verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uit- oc vinding heeft het kenmerk dat het begintijdstip van de meetcycli in opeenvolgende bewegingscycli telkens met een gelijke tijdseenheid ten opzichte van een fase van een bewegingscyclus wordt getransleerd. Hierdoor kan de werkwijze met eenvoudiger computermiddelen worden uitgevoerd .

on

Een verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat in een ongewenste bewegingscyclus uitgevoerde meetcycli worden herhaald in een opvolgende, gewenste bewegingscyclus. De bijvoorbeeld in een abnormale en dus ongewenste ademhalings- cyclus opgewekte resonantiesignalen zullen in het algemeen niet worden 35 verwerkt. Om toch de hele beeldfrequentieruimte op te vullen, worden de in zo'n abnormale ademhalingscyclus uitgevoerde meetcycli, in een volgende normale ademhalingscyclus herhaald. Dit heeft tevens het voordeel : '·:·/.

, v - J J

PHN 11.597 5 dat bijvoorbeeld Ti-T2“’relaxat;'-eProcessen niet worden verstoord.

Een verdere uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat in de tijdsafstanden tussen de meetcycli in een bewegingscyclus afwisselend een aantal n met 5 n**1,2,3,... met betrekking tot het geëxciteerde deel van het lichaam verschillende meetcycli worden uitgevoerd. Bij deze meetcycli is er sprake van eenzelfde correlatie tussen een fase van een bewegingscyclus van het lichaam en de integraal van de sterkte over de tijdsduur van de voorbereidende magnetische veldgradiënt. Nu is het mogelijk in één experiment de kernmagnetisatieverdeling in een aantal delen van het lichaam te bepalen zonder hierbij hinder te ondervinden van bewegingen van het lichaam. Dit wordt ook wel multiple slice imaging genoemd.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de inrichting middelen bevat voor het in opeenvolgende bewegingscycli ten 15 opzichte van een fase van een bewegingscyclus m de tijd transleren van het begintijdstip van meetcycli in een bewegingscyclus.

Een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de inrichting middelen bevat ter vaststelling van een fase van een bewegingscyclus van het lichaam.

20

Een verdere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de inrichting middelen bevat voor het reguleren van de beweging. Zo kan bijvoorbeeld aan een te onderzoeken patiënt door middel van licht- en/of geluidssignalen meegedeeld worden langzamer of sneller adem te gaan halen.

25

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van een in de figuur weergegeven uitvoeringsvoorbeeld. De figuur toont een ademhalingscyclus met een duur van bijna 4 seconden waarbij langs de verticale as de ademhalingsuitwijking en langs de horizontale as de tijd is uitgezet. In de figuur is eenvoudigheidshalve één ademhalings-30 cyclus getekend en zijn de m de opvolgende ademhalmgscycli uitgevoerde metingen onder elkaar geplaatst. In elke ademhalingscyclus worden met een repetitietijd van ongeveer 1 seconde vier meetcycli uitgevoerd. In een eerste ademhalingscyclus worden in een meting 0 vier meetcycli uitgevoerd waarbij de grootte van de tijdsintegraal van de 35 voorbereidende magnetische veldgradiënt respektievelijk correspondeert met een ky niveau —128 op tijdstip t=0, ky niveau —64 op tijdstip t* + (64/225)4, ky niveau 0 op tijdstip t= + (128/255)4, ky niveau 64 op 9¾ · * . Λ mr· va / -Λ PHN 11.597 6 tijdstip t= +(192/255)4. In een meting 1 worden in een volgende ademha-lingscyclus wederom vier meetcycli uitgevoerd die betrekking hebben op respektievelij k: ky niveau -127 op tijdstip t=4 + (1/255)4, 5 ky niveau - 63 op tijdstip t=4 + (65/255)4, ky niveau 1 op tijdstip t=4 + (129/255)4, en ky niveau 65 op tijdstip t=4 + (193/255)4.

Het begintijdstip van de meetcycli in deze ademhalingscyclus is dus met een tijdseenheid (1/255).4 getransleerd ten opzichte van een fase F van 10 de eerste ademhalingscyclus. Voor een meting i met i = 0,...,63 geldt generaliserend dat meetcycli met de volgende ky niveaux op de volgende tijdstippen worden verricht: ky niveau i - 128 op tijdstip t = 4i + (i/255)4 ky niveau i - 64 op tijdstip t = 4i + (64+i/255)4 15 ky niveau i op tijdstip t = 4i + (128+i/255)4 ky niveau i+64 op tijdstip t = 4i + (192+i/255)4

Wanneer de ademhalingsfrequentie langzaam verandert of varieert, worden de startpunten van bijvoorbeeld de eerste en vierde meetcyclus in één ademhalingscyclus aan deze frequentie aangepast, dat 20 wil zeggen verlaat of vervroegd. De tijdsduur tussen de meetcycli in een ademhalingscyclus kan gebruikt worden voor het doen van metingen die betrekking hebben op een ander deel van het lichaam dan dat waaraan de bovengenoemde meetcycli gerelateerd zijn. Dit wordt ook wel multiple slice imaging genoemd.

25 30 35 •►V , V,,· 0

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam waarbij in aanwezigheid van een homogeen . stationair magneetveld, in een aantal opeenvolgende meetcycli, met een hoogfrequent elektromagnetische puls een kernspinresonantiesignaal 5 wordt opgewekt, dat gedurende een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd en gedurende een daarna volgende meettijd wordt bemonsterd, waarbij de tijdsintegraal van een voorbereidende magnetische veldgradiënt wordt af gestemd op een fase van een bewegingscyclus van het lichaam en waarbij een aantal n met n=1,2,3,... met betrekking tot de tijdsinte-10 graal van de voorbereidende magnetische veldgradiënt verschillende meetcycli gedurende een bewegingscyclus worden uitgevoerd met het kenmerk dat het begintijdstip van die meetcycli in opeenvolgende bewe-gingscycli ten opzichte van een fase van een bewegingscyclus in de tijd wordt getransleerd.

^ 2. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de meetcy cli in een bewegingscyclus op onderling gelijke tijdsafstanden worden uitgevoerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 met het kenmerk dat de tijdsafstanden tussen de meetcycli in een bewegingscyclus, worden bepaald door veranderingen van de bewegingssequentie van het lichaam.

4. Werkwijze volgens conclusie 1,2 of 3 met het kenmerk dat het begintijdstip van de meetcycli in opeenvolgende bewegingscycli telkens met een gelijke tijdseenheid ten opzichte van een fase van een bewegingscyclus in de tijd wordt getransleerd.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat in een ongewenste bewegingscyclus uitgevoerde meetcycli in een opvolgende, gewenste bewegingscyclus worden herhaald.

6. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies met het kenmerk dat in de tijdsafstanden tussen de meetcycli in een bewegingscy- 3Q clus, afwisselend een aantal n met n=1,2,3, met betrekking tot het geëxciteerde deel van het lichaam verschillende meetcycli worden uitgevoerd.

7. Inrichting voor het bepalen van een kernmagnetisatieverdeling in een deel van een lichaam welke inrichting bevat: 35 a) middelen voor het opwekken van een stationair homogeen magneetveld, b) middelen voor het opwekken van een hoogfrequent elektromagnetische puls, .7 * S ' X — J PHN 11.597 8 c) middelen voor het opwekken van een voorbereidende magnetische veld-gradiënt gedurende een voorbereidingstijd, d) bemonsteringsmiddelen voor het bemonsteren gedurende een meettijd van een, met de onder a) en b) genoemde middelen opgewekt resonan- 5 tiesignaal na conditionering van het resonantiesignaal gedurende een voorbereidingstijd met de met de onder c) genoemde middelen opgewekte mangetische veldgradiënt, e) verwerkingsmiddelen voor het verwerken van de door de bemonsteringsmiddelen geleverde signalen en, f) besturingsmiddelen voor het besturen van de onder b) tot en met e) genoemde middelen voor het opwekken, conditioneren, bemonsteren en verwerken van een aantal resonantiesignalen, waarbij elk resonantiesignaal steeds in een voorbereidingstijd wordt geconditioneerd, waarbij de besturingsmiddelen aan onder c) genoemde middelen stuur- IC signalen toevoeren voor het instellen van de sterkte en/of tijdsduur van de magnetische veldgradiënt waarbij met betrekking tot de magnetische veldgradiënt telkens na elke herhaling van cycli, de integraal van de sterkte over de tijdsduur van de magnetische veldgradiënt verschillend is met het kenmerk dat de inrichting mid- 20 delen bevat voor het in opeenvolgende meetcyclx ten opzichte van een fase van een bewegingscyclus in de tijd transleren van het begin-tijdstip van meetcycli in een bewegingscyclus.

8. Inrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk dat de inrichting middelen bevat ter vaststelling van een fase van een bewegingscy- 25 clus van het lichaam.

9. Inrichting volgens conclusie 7 of 8 met het kenmerk dat de inrichting middelen bevat voor het reguleren van de beweging. 30 35 *. . ·.· - 0