DE19952965C2 - Magnetic resonance imaging method with reduced reconstruction error - Google Patents

Magnetic resonance imaging method with reduced reconstruction error

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DE19952965C2 DE1999152965 DE19952965A DE19952965C2 DE 19952965 C2 DE19952965 C2 DE 19952965C2 DE 1999152965 DE1999152965 DE 1999152965 DE 19952965 A DE19952965 A DE 19952965A DE 19952965 C2 DE19952965 C2 DE 19952965C2
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Abstract

Magnetresonanzbildgebungsverfahren, bei dem wenigstens ein Bild aus einem Untersuchungsobjekt, welches sich in einem weitgehend homogenen Magnetfeld befindet, dadurch gewonnen wird, daß ein Magnetfeldgradient G¶m¶, m = 1 vorgegebener Amplitude und Orientierung angelegt wird, welcher als Frequenzkodiergradient dient, daß ein Hochfrequenzanregungspuls gesendet wird, welcher zum Zeitpunkt t¶m¶, m = 1 endet, daß das durch den Hochfrequenzanregungspuls hervorgerufene Signal mindestens über eine vorgegebene Zeit T empfangen wird, daß dieses Signal mit einer Abtastbandbreite DELTAf abgetastet wird, wobei pro Anregung n > 1 Signalwerte registriert werden, deren erster bei einer vorgegebenen Wartezeit Ð frühestens zur Zeit t¶m¶ + Ð aufgenommen wird, daß dieser Vorgang für eine vorgegebene Anzahl M - 1 Magnetfeldgradienten G¶m¶, m = 2, ..., M wiederholt wird, daß weiter für wenigstens einen der M Vorgänge - etwa für den m'-ten - der erste Signalwert zur Zeit t¶m¶'+ Ð aufgenommen wird, daß die maximale Signalbandbreite DELTAf¶s¶ des Untersuchungsobjektes unter allen verwendeten Magnetfeldgradienten G¶m¶, m = 1, ..., M mittels der Magnetfeldgradienten G¶m¶, m = 1, ..., M so eingestellt wird, daß ÐDELTAf¶s¶ < 1 gilt, und daß die Abtastbandbreite gemäß DELTAf >= DELTAf¶s¶ gewählt wird, so daß der Rekonstruktionsfehler durch fehlende Beiträge nicht gemessener Signalwerte im zeitlichen Bereich der Hochfrequenzanregungspulse und der auf jeden Hochfrequenzanregungspuls folgenden Wartezeit Ð reduziert wird.Magnetic resonance imaging method, in which at least one image from an examination object, which is located in a largely homogeneous magnetic field, is obtained by applying a magnetic field gradient G¶m¶, m = 1 of predetermined amplitude and orientation, which serves as a frequency coding gradient, that a high-frequency excitation pulse is sent, which ends at the time t¶m¶, m = 1, that the signal caused by the high-frequency excitation pulse is received at least for a predetermined time T, that this signal is sampled with a scanning bandwidth DELTAf, n> 1 signal values being registered per excitation , the first of which is recorded at a predetermined waiting time Ð at the earliest at the time t¶m¶ +, that this process is repeated for a predetermined number M - 1 magnetic field gradients G¶m¶, m = 2, ..., M that further for at least one of the M processes - for example for the m'th - the first signal value is recorded at the time t¶m¶ '+ Ð that the ma ximal signal bandwidth DELTAf¶s¶ of the examination object is set under all magnetic field gradients G¶m¶, m = 1, ..., M by means of the magnetic field gradients G¶m¶, m = 1, ..., M so that ELDELTAf¶ s¶ <1 applies, and that the scanning bandwidth is selected according to DELTAf> = DELTAf¶s¶, so that the reconstruction error is reduced due to missing contributions of unmeasured signal values in the temporal range of the high-frequency excitation pulses and the waiting time Ð following each high-frequency excitation pulse.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1. Das Verfahren bezieht sich auf die Bildgebung mit Hilfe der magnetischen Spinresonanz im allgemeinen, ist jedoch vor allem gedacht für die Anwendung im Bereich der magnetischen Kernresonanz (NMR).The invention relates to a magnetic resonance imaging method according to the preamble of Claim 1. The method relates to imaging using magnetic Spin resonance in general, however, is primarily intended for use in the field of nuclear magnetic resonance (NMR).

Stand der TechnikState of the art

Bei einem Magnetresonanzbildgebungsverfahren wird in einem zu untersuchenden Vo­ lumen, das Teilchen mit Eigendrehimpuls (Spin) enthält, ein zeitlich konstantes, homogenes Grundmagnetfeld B0 in einer vorgegebenen Richtung - etwa entlang der z-Koordinate - er­ zeugt, das einen Teil der Spins in diese Richtung ausrichtet. Durch geeignete Hochfrequenzpulse wird wenigstens ein Teil der Spins zur Resonanz angeregt. Diese Spins strahlen dann ein hoch­ frequentes Signal ab, das vorzugsweise in Quadratur empfangen, verstärkt, digitalisiert und zu einer bildlichen Darstellung der Spinverteilung im untersuchten Volumen verarbeitet wird. Um eine räumliche Zuordnung des aus dem Volumen empfangenen Induktionssignals zu erreichen, werden dem Grundfeld B0 Magnetfeldgradienten (kurz Gradienten) G = ∇Bz überlagert. Der aus einem Volumenelement d3 x empfangene Signalbeitrag dS ist dann nach Demodulation durch
In a magnetic resonance imaging method, a time-constant, homogeneous basic magnetic field B 0 in a predetermined direction - for example along the z coordinate - is generated in a volume to be examined, which contains particles with their own angular momentum (spin), and which generates part of the spins in this Direction. At least some of the spins are excited to resonate by suitable high-frequency pulses. These spins then emit a highly frequented signal, which is preferably received in quadrature, amplified, digitized and processed to give a visual representation of the spin distribution in the volume under investigation. In order to achieve a spatial assignment of the induction signal received from the volume, the basic field B 0 magnetic field gradients (short gradients) G = ∇B z are superimposed. The signal contribution dS received from a volume element d 3 x is then through after demodulation

gegeben, wobei ρS die ortsveränderliche Spindichte darstellt, γ das gyromagnetische Verhältnis, t die Zeit und x der Ortsvektor ist. Die Funktion κ ist eine Kontrastfunktion und hängt im allgemeinen von verschiedenen Parametern ab, insbesondere von den Relaxationszeiten und der chemischen Verschiebung. Weiter wird κ vom Spulenprofil und vom elektronischen Verstärkungs­ faktor bestimmt. Bei den zur Bildgebung verwendeten Magnetfeldgradienten und Akquisitions­ zeiten kann κ oft als zeitlich konstant angesehen werden, so daß man κρS zur Signaldichte ρ zusammenfassen kann. Das aus dem gesamten Volumen V empfangene Signal nach einer Anre­ gung ist dann durch
given, where ρ S represents the spin density, γ the gyromagnetic ratio, t the time and x the position vector. The function κ is a contrast function and generally depends on various parameters, in particular the relaxation times and the chemical shift. Furthermore, κ is determined by the coil profile and the electronic gain factor. With the magnetic field gradients and acquisition times used for imaging, κ can often be regarded as constant over time, so that κρ S can be combined to form signal density ρ. The signal received from the entire volume V after excitation is then through

gegeben. Dabei bezeichnet
given. Inscribed

die sogenannte Ortsfrequenzraumtrajektorie. Der zum Ortsraum konjugierte Raum wird Orts­ frequenzraum (oder gelegentlich auch k-Raum) genannt.the so-called spatial frequency trajectory. The space conjugated to the local space becomes local frequency space (or sometimes called k-space).

Die Kernresonanzbildgebung findet vor allem Anwendung im medizinischen Bereich. Dort spielt die Verkürzung der Aufnahmezeit eine besondere Rolle. Einerseits werden durch eine erhöhte Aufnahmerate bewegungsabhängige Bildartefakte vermindert, andererseits werden dy­ namische Vorgänge beobachtbar, die beispielsweise eine physiologische Information liefern kön­ nen. Vorschläge für Meßmethoden zur schnellen Bildgebung liegen in großer Zahl vor. Sie las­ sen sich hinsichtlich der verwendeten Ortsfrequenzraumtrajektorie, des verwendeten Signaltyps und der Anzahl der erforderlichen Hochfrequenzanregungen unterscheiden. Die Steigerung der Aufnahmerate wird bei den meisten Verfahren dadurch erreicht, daß das nach einer Anre­ gung erzeugte Induktionssignal durch Verwendung geeigneter Magnetfeldgradientenpulse oder Hochfrequenzpulse mehrmals de- und rephasiert wird. Dadurch entstehen jedoch Probleme und Nachteile in bezug auf die Bildqualität. Rasch oszillierende Magnetfeldgradienten erfordern sehr leistungsfähige und kostspielige Gradientensysteme und bereiten Schwierigkeiten aufgrund der auf dem Meßobjekt erzeugten Wirbelströme. Diese führen zu geometrischen Abbildungsfehlern, Bildartefakten, zu Signalverlust und sind die Ursache von Nervenreizungen, so daß Sicherheits­ bestimmungen dieser Strategie eine Grenze setzen. Bei der Echobildung durch Hochfrequenz­ pulse sind Pulsamplitudenkalibrationen durchzuführen, und auch hier wirkt eine maximal er­ laubte Energieabsorbtionsrate begrenzend. Bei dieser Art der Rephasierung können zusätzlich keine kontinuierlichen Zeitreihen aufgenommen werden, da der Magnetisierung nach der Da­ tenaufnahme Gelegenheit zur Relaxation gegeben werden muß. Bei allen Verfahren, die auf einer mehrfachen De- und Rephasierung des Induktionssignals beruhen, kommt es zu einer Be­ schränkung der Ortsauflösung, falls die Eigendiffusion oder die Relaxation zu einem erheblichen Signalzerfall über den Zeitraum der Datenaufnahme führt. Mikroskopische und makroskopische Magnetfeldinhomogenitäten sind oft die Ursache einer stark beinträchtigten Bildqualität. Hy­ bridimpulssequenzen mildern diese Nachteile, machen aber eine Korrektur der zwangsläufig im Ortsfrequenzraum aufretenden Amplituden- und Phasenmodulation nötig. Wegen der genannten Schwierigkeiten haben die meisten der vorgeschlagenen Meßverfahren nur sehr begrenzt Einzug in die klinische Routine gefunden. Die Spinecho-Bildgebung gilt wegen ihrer hohen Bildqualität immer noch als Standard und ist nach wie vor die Grundlage der ärztlichen Diagnose.Nuclear magnetic resonance imaging is mainly used in the medical field. There Shortening the recording time plays a special role. On the one hand, through a increased recording rate motion-dependent image artifacts reduced, on the other hand, dy Namely processes can be observed, which can provide physiological information, for example nen. There are a large number of suggestions for measurement methods for rapid imaging. She was reading sen with regard to the spatial frequency trajectory used, the type of signal used and the number of high frequency excitations required. The increase in In most processes, the uptake rate is achieved by the fact that after an appeal Induction signal generated by using suitable magnetic field gradient pulses or High frequency pulses are dephased and rephased several times. However, this creates problems and Disadvantages in terms of image quality. Rapidly oscillating magnetic field gradients require a lot powerful and costly gradient systems and cause difficulties due to the eddy currents generated on the measurement object. These lead to geometrical aberrations, Image artifacts, signal loss and are the cause of nerve irritation, making security limit this strategy. With the echo formation by radio frequency pulses, pulse amplitude calibrations are to be carried out, and here too a maximum effect limiting the rate of energy absorption. With this type of rephasing you can additionally no continuous time series are recorded, since the magnetization after the Da The opportunity to relax must be given. With all procedures based on multiple dephasing and rephasing of the induction signal results in a loading limitation of the spatial resolution if the self-diffusion or the relaxation to a considerable extent Signal decay over the period of data acquisition leads. Microscopic and macroscopic Magnetic field inhomogeneities are often the cause of a severely impaired image quality. Hy Bridge pulse sequences alleviate these disadvantages, but make a correction to the inevitably Amplitude and phase modulation occurring in spatial frequency space is necessary. Because of the above Most of the proposed measurement methods have only very limited difficulties found in clinical routine. Spin echo imaging applies because of its high image quality still standard and remains the basis of medical diagnosis.

Die Nachteile der genannten Verfahren werden vermieden, wenn anstatt eines oder mehrerer Echos das freie Induktionssignal (FID) aufgenommen wird. Im Falle der Aufnahme des freien Induktionssignals ist die Ortsfrequenzraumtrajektorie für eine einzelne Anregung durch
The disadvantages of the methods mentioned are avoided if the free induction signal (FID) is recorded instead of one or more echoes. In the case of recording the free induction signal, the spatial frequency space trajectory is complete for a single excitation

gegeben, wobei G hier als konstant angenommen wurde. In Abhängigkeit vom Typ des Anre­ gungspulses liegt der dem Volumenintegral der Signaldichte entsprechende Signalwert für k = 0
given, where G was assumed to be constant. Depending on the type of excitation pulse, the signal value corresponding to the volume integral of the signal density is k = 0

entweder innerhalb des Zeitraumes der Anregung, an deren Ende oder danach. Im letzteren Fall nennt man den Anregungspuls präfokussierend. Der Zeitnullpunkt ist stets entsprechend zu wählen. Um ein Bild des Meßobjektes rekonstruieren zu können, sind eine Reihe von M verschiedenen Gradientenorientierungen zu durchlaufen, so daß die Ortsfrequenzraumtrajektorie der gesamten Messung als
either within the period of the suggestion, at the end or afterwards. In the latter case, the excitation pulse is called prefocusing. The time zero must always be selected accordingly. In order to be able to reconstruct an image of the measurement object, a series of M different gradient orientations have to be run through, so that the spatial frequency space trajectory of the entire measurement as

geschrieben werden kann. Die Signalaufnahme erstreckt sich dabei jeweils über ein vorbestimm­ tes Zeitintervall, dessen Dauer T von der gewünschten Ortsauflösung abhängig ist. Mit tm ist der zur m-ten Anregung gehörige Zeitnullpunkt bezeichnet. Bei einem kurzen Blockpuls kann man hier das zeitliche Ende desselben einsetzen. Wenn wir im folgenden nur eine einzelne Anregung betrachten, so setzen wir tm = 0. Die Amplitude der Gradienten ist für alle Orientierungen vorzugsweise gleich. Es gilt also Gf = |G m| für m = 1, . . . , M, wobei man Gf als Frequenzko­ diergradienten bezeichnet. Durch die Amplitude der Gradienten wird die Signalbandbreite ΔfS festgelegt. Denken wir uns im Fall der dreidimensionalen Akquisition das Meßobjekt in einer am Ursprung befindlichen Kugel mit möglichst kleinem Radius R eingeschlossen, so ist die Si­ gnalbandbreite stets kleiner oder gleich γGfR/π. Wir definieren die Signalbandbreite als diesen Maximalwert, also
can be written. The signal recording extends over a predetermined time interval, the duration T of which depends on the desired spatial resolution. The time zero associated with the m-th excitation is designated with t m . With a short block pulse, you can use the end of time here. If we consider only a single excitation in the following, we set t m = 0. The amplitude of the gradients is preferably the same for all orientations. Hence G f = | G m | for m = 1,. . . , M, where G f is called the frequency gradient gradient. The signal bandwidth Δf S is determined by the amplitude of the gradients. If we think in the case of three-dimensional acquisition, the measurement object is enclosed in a sphere at the origin with the smallest possible radius R, the signal bandwidth is always less than or equal to γG f R / π. We define the signal bandwidth as this maximum value, so

Wir verwenden im folgenden die Bezeichnungen Signalbandbreite, effektive Bandbreite und Nutz­ bandbreite synonym. Im Fall der zweidimensionalen Akquisition etwa in der xy-Ebene spielt die Ausdehnung des Meßobjektes entlang der z-Richtung keine Rolle. Die Kugel kann daher durch einen entlang der z-Richtung orientierten Zylinder mit gleichem Radius ersetzt werden. Zur Rekonstruktion derartig bandbeschränkter Objekte genügt bekanntlich eine diskrete zeitliche Abtastung mit einer Schrittweite δt = 1/ΔfS, wobei Quadraturempfang vorausgesetzt wurde. Für die am Spektrometer eingestellte Abtastrate (Abtastbandbreite) Δf gilt also Δf = νΔfS, wobei ν mit ν ≧ 1 den Grad der Überabtastung festlegt.In the following, we use the terms signal bandwidth, effective bandwidth and useful bandwidth as synonyms. In the case of the two-dimensional acquisition approximately in the xy plane, the extent of the measurement object along the z direction is irrelevant. The sphere can therefore be replaced by a cylinder with the same radius oriented along the z direction. As is known, a discrete temporal sampling with a step size δt = 1 / Δf S is sufficient for the reconstruction of such band-restricted objects, with quadrature reception being assumed. For the sampling rate (sampling bandwidth) Δf set on the spectrometer, Δf = νΔf S , where ν with ν ≧ 1 defines the degree of oversampling.

Bei einem Verfahren, das auf der Registrierung des freien Induktionssignals beruht, tritt nun das Problem fehlender Datenpunkte in der Umgebung von k = |k| = γGft = 0 auf, denn unmittelbar im Anschluß an den Anregungspuls ist der Signalempfang für ein gewisses Zeitinter­ vall, die sogenannte Empfängertotzeit, unmöglich. Unter der Empfängertotzeit oder Wartezeit verstehen wir im folgenden das Zeitintervall τ, bei welchem zur Zeit τ, gerechnet vom Ende des vorangegangenen Hochfrequenzanregungspulses, ein Signalwert aufgenommen werden kann, wel­ cher so weit frei von Störungen ist, daß er zur Rekonstruktion herangezogen werden kann. Man wird vorzugsweise das unter gegebenen experimentellen Bedingungen kürzeste solche Zeitinter­ vall wählen. Man wird auch vorzugsweise für alle Anregungen den gleichen Wert für τ verwenden. Andernfalls ist mit der Wartezeit τ das Minimum dieser Zeiten gemeint. Wenn wir im folgenden von gemessenen Signalwerten reden, so sind im engeren Sinne immer die Signalwerte gemeint, welche prinzipiell auch zur Rekonstruktion herangezogen werden können und nicht jene, wel­ che etwa wegen einer Störung verworfen werden müssen. Der erste gemessene Signalwert liegt nach dieser Definition stets zur Zeit τ (oder auch danach), selbst wenn Signalwerte im Intervall 0 < t < τ aufgenommen werden, welche nicht zur Rekonstruktion herangezogen werden. Durch die endliche Empfängertotzeit können nun gerade die als außerordentlich wichtig angesehenen Datenpunkte in der Umgebung von k = 0 nicht gemessen werden. Es ist zu erwarten, daß dies zu erheblichen Rekonstruktionsfehlern führt.In a method which is based on the registration of the free induction signal, the problem of missing data points now arises in the vicinity of k = | k | = γG f t = 0, because immediately after the excitation pulse, signal reception is impossible for a certain time interval, the so-called receiver dead time. In the following, we understand the receiver dead time or waiting time to be the time interval τ at which, at time τ, calculated from the end of the previous high-frequency excitation pulse, a signal value can be recorded which is so far free from interference that it can be used for the reconstruction. One will preferably choose the shortest such time interval under the given experimental conditions. The same value for τ will preferably also be used for all suggestions. Otherwise, the waiting time τ means the minimum of these times. When we speak in the following of measured signal values, we are always referring to the signal values in the narrower sense, which in principle can also be used for reconstruction and not those which have to be rejected because of a disturbance. According to this definition, the first measured signal value is always at time τ (or afterwards), even if signal values are recorded in the interval 0 <t <τ, which are not used for the reconstruction. Due to the finite receiver dead time, the data points in the vicinity of k = 0, which are regarded as extremely important, cannot be measured. It is expected that this will lead to significant reconstruction errors.

Der Gedanke, das freie Induktionssignal zur Bildgewinnung einzusetzen, wurde verschie­ dentlich aufgegriffen.The idea of using the free induction signal for image acquisition has been missed picked up on.

In [1, 2] wird ein Verfahren mit dreidimensionaler, radialer Akquisitionstechnik angegeben. Bei einer Grundfeldstärke von B0 = 93,8 mT wurden in einer Gesamtmeßzeit von 12 Minuten 900 Projektionen aufgenommen und daraus eine Matrix mit einer Auflösung von 33 × 33 × 33 Bildpunkten rekonstruiert. Es handelt sich also nicht um ein schnelles Verfahren. Es wird vor allem auch nicht offengelegt, wie das oben erwähnte Problem fehlender Signalwerte in der Umgebung von k = 0 gelöst wird. Aus den Veröffentlichungen [1, 2] kann daher diesbezüglich keine technische Lehre entnommen werden.[1, 2] specifies a method with three-dimensional, radial acquisition technology. With a basic field strength of B 0 = 93.8 mT, 900 projections were recorded in a total measuring time of 12 minutes and a matrix with a resolution of 33 × 33 × 33 pixels was reconstructed from them. So it is not a quick process. Above all, it is not disclosed how the above-mentioned problem of missing signal values in the vicinity of k = 0 is solved. In this regard, no technical teaching can be derived from the publications [1, 2].

In [3, 4] wird ein weiteres Verfahren angegeben, welches auf ähnliche Weise die Abbildung einer einzelnen Schicht gestatten soll. Die Gradientenorientierung wird hier nicht räumlich, son­ dern zirkular variiert. Der erste Digitalisierungspunkt wird 8 µs nach Ende des Anregungspulses aufgenommen. Nach der hier getroffenen Definition ist also τ = 8 µs. Dieses Zeitintervall ent­ spricht dem Kehrwert der angegebenen Nutzbandbreite von ΔfS = 125 kHz. Die Abtastrate Δf beträgt 1 MHz. Die in [3] geführte Argumentation bezüglich des Einflusses des Datenpunktes bei k = 0 auf das Rekonstruktionsergebnis ist weder inhaltlich korrekt noch ist der angegebene numerische Wert für das Gewicht des Signalwertes bei k = 0 zutreffend. Dies wird im Laufe der Beschreibung der vorliegenden Erfindung geklärt werden. Während das Problem der fehlenden Datenpunkte in der Umgebung von k = 0 in [3] nicht ernsthaft diskutiert wird und auch nicht in überzeugender Weise dargestellt wird, in welchem Maße die angedeutete Vorgehensweise zu einer artefaktfreien Rekonstruktion führen könnte, wird in [4] ein Verfahren zur Bestimmung der fehlenden Meßpunkte in der Umgebung von k = 0 angegeben. Bei diesem Verfahren werden Bildpunkte ausgewertet, die im Rauschen liegen. Zusätzlich muß die Phase des Signals bei t = 0 bekannt sein. Mit dem angegebenen Algorithmus können fehlende Meßpunkte möglicherweise geschätzt werden. Wie gut dies experimentell gelingt, bleibt auch hier offen, da der Algorithmus nur anhand synthetischer, rauschfreier Daten vorgeführt wird. Die angegebene Genauigkeit von 10-6 spiegelt daher nur die numerische Unsicherheit der Implementation des Algorithmus auf einer elektronischen Rechenanlage wider und läßt keine Schlußfolgerung auf die experimentelle Anwendbarkeit zu. In [5] wird wiederum ein anderes Verfahren vorgeschlagen, daß auf [7] zurück­ geht. Bei diesem Verfahren müssen für jeden Bilddatensatz mehrere Parameter fachmännisch optimiert werden und es sind zusätzliche Messungen (Testprojektionen) nötig, eine Vorgehens­ weise, die der routinemäßigen Anwendung des Meßverfahrens entgegensteht. Es ist auffällig, daß von Autoren ein und derselben Arbeitsgruppe immerfort andere Näherungsmethoden vor­ gelegt werden, ohne daß für eines dieser Korrekturverfahren der experimentelle Fehler für die Bestimmung fehlender Signalwerte und der daraus resultierende Rekonstruktionsfehler offen ge­ legt wird. Es entsteht dadurch der Eindruck, daß das Problem der fehlenden Signalwerte in der Umgebung von k = 0 nicht auf eine befriedigende Art und Weise gelöst worden konnte. Weiterhin wird das Potential eines auf der Registrierung des freien Induktionssignals beruhenden Verfahrens nicht erkannt. Die in [3, 4, 5, 6] angegebene Methode erscheint in der dargestellten Weise nur für wenige Spezialanwendungen geeignet. Bei dem geschilderten Meßverfahren wird nämlich eine schichtselektive Aufnahme dadurch erreicht, daß die Magnetisierung außerhalb der Meßschicht durch Sättigung zerstört wird. Daß gesättigte Volumen ist jedoch im allgemeinen viel größer als das Volumen der Meßschicht, so daß es bald zu einem unerwünschten Signalbei­ trag durch die Relaxation kommt, der zu drastischen Bildartefakten führt. Die Messung muß also äußerst schnell erfolgen. Mit den angegebenen 32 Projektionen kann aber selbst bei Syn­ thetisierung der konjugiert komplexen Daten über die bekannte Signalbeziehung S(k) = S(-k) richtigerweise nur eine 20 × 20 Bildmatrix gewonnen werden. Diese Auflösung ist für klinische Anwendungen bei weitem nicht ausreichend.[3, 4] specifies a further method which is intended to allow a single layer to be imaged in a similar manner. The gradient orientation is not varied spatially, but circularly. The first digitization point is recorded 8 µs after the end of the excitation pulse. According to the definition made here, τ = 8 µs. This time interval corresponds to the reciprocal of the specified useful bandwidth of Δf S = 125 kHz. The sampling rate Δf is 1 MHz. The reasoning given in [3] regarding the influence of the data point at k = 0 on the reconstruction result is neither correct in content nor is the numerical value given for the weight of the signal value at k = 0 applicable. This will be clarified in the course of the description of the present invention. While the problem of the missing data points in the vicinity of k = 0 is not seriously discussed in [3] nor is it presented in a convincing way to what extent the indicated procedure could lead to an artifact-free reconstruction, [4] a method to determine the missing measuring points in the vicinity of k = 0. This method evaluates pixels that are in the noise. In addition, the phase of the signal at t = 0 must be known. Missing measuring points can possibly be estimated with the specified algorithm. How well this succeeds experimentally remains open here, since the algorithm is only demonstrated using synthetic, noise-free data. The specified accuracy of 10 -6 therefore only reflects the numerical uncertainty of the implementation of the algorithm on an electronic computer system and does not allow any conclusion to be drawn about the experimental applicability. Another method is proposed in [5], which goes back to [7]. With this method, several parameters have to be professionally optimized for each image data set and additional measurements (test projections) are necessary, a procedure that opposes the routine use of the measurement method. It is striking that authors of the same working group continually present different approximation methods without the experimental error for the determination of missing signal values and the resulting reconstruction error being disclosed for one of these correction methods. This gives the impression that the problem of the missing signal values in the vicinity of k = 0 could not be solved in a satisfactory manner. Furthermore, the potential of a method based on the registration of the free induction signal is not recognized. The method specified in [3, 4, 5, 6] appears only suitable for a few special applications in the manner shown. In the measuring method described, a layer-selective recording is achieved in that the magnetization outside the measuring layer is destroyed by saturation. However, the saturated volume is generally much larger than the volume of the measuring layer, so that there is soon an unwanted signal contribution by the relaxation, which leads to drastic image artifacts. The measurement must therefore be carried out extremely quickly. With the specified 32 projections, however, even when synthesizing the conjugate complex data via the known signal relationship S ( k ) = S (- k ), only a 20 × 20 image matrix can be correctly obtained. This resolution is far from sufficient for clinical applications.

Ein weiteres Verfahren, welches auf der Registrierung des freien Induktionssignals beruht, ist das in der US-Patentanmeldung [8] angegebene. Hier werden die in der Umgebung von k = 0 nicht meßbaren Signalwerte durch separate Messungen unter Variation der Gradientenamplitude bestimmt. Es sind also zusätzliche Messungen notwendig.Another method, which is based on the registration of the free induction signal, is that specified in US patent application [8]. Here those around k = 0 immeasurable signal values by separate measurements varying the gradient amplitude certainly. Additional measurements are therefore necessary.

Keine der genannten, auf dem Empfang des freien Induktionssignals beruhenden Metho­ den, legt also eine befriedigende Lösung bezüglich des Problems der fehlenden Datenpunkte in der Umgebung von k = 0 und des daraus resultierenden Rekonstruktionsfehlers vor. Die­ se Methoden finden daher auch in der Praxis durchweg keine Anwendung, obwohl sie äußerst wünschenswerte Eigenschaften besitzen. In Fachkreisen herrscht vielmehr die Meinung vor, daß die als außerordentlich wichtig eingestuften, fehlenden Signalwerte in der Umgebung von k = 0 praktisch nicht mit hinreichender Genauigkeit genähert werden können, um stets zu Bildern befriedigender Qualität zu gelangen.None of the above-mentioned methods based on the reception of the free induction signal den, so puts a satisfactory solution to the problem of missing data points in the vicinity of k = 0 and the resulting reconstruction error. The These methods are therefore not used in practice, even though they are extremely possess desirable properties. Rather, experts believe that the missing signal values in the vicinity of k = 0, which are classified as extremely important can practically not be approached with sufficient accuracy to always be pictures satisfactory quality.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine befriedigende Lösung für das Problem der feh­ lenden Signalwerte im Bereich des Anregungspulses und der Empfängertotzeit und des dar­ aus resultierenden Rekonstruktionsfehlers anzugeben. Auf diese Weise soll ein überaus schnelles Meßverfahren zur dreidimensionalen oder zweidimensionalen Abbildung eines Objektes bereitge­ stellt werden, das die erwähnten Nachteile der bekannten Meßverfahren behebt. Diese Aufgabe wird durch ein Magnetresonanzbildgebungsverfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebe­ nen Merkmalen gelöst. Einzelne vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die wesentlichen Eigenschaften der Erfindung lassen sich folgendermaßen zusammenfassen.It is the object of the invention to find a satisfactory solution to the problem of feh are signal values in the range of the excitation pulse and the receiver dead time and from resulting reconstruction error. In this way, an extremely fast Measurement methods for three-dimensional or two-dimensional imaging of an object provides that eliminates the disadvantages of the known measuring methods mentioned. This task is indicated by a magnetic resonance imaging method with the in claim 1 resolved characteristics. Individual advantageous embodiments of the invention are the subject of subclaims. The essential properties of the invention can be summarized as follows sum up.

  • A) Die Akquisitionsgeschwindigkeit ist vergleichbar mit der der echoplanaren Bildgebung.A) The acquisition speed is comparable to that of echoplanar imaging.
  • B) Der Rauschabstand pro Zeiteinheit ist vergleichbar mit dem der FLASH-Impulssequenz.B) The signal-to-noise ratio per unit of time is comparable to that of the FLASH pulse sequence.
  • C) Die Bildqualität ist vergleichbar mit der der konventionellen Spinecho-Bildgebung.C) The image quality is comparable to that of conventional spin echo imaging.
  • D) Der Einfluß des Signalverlustes durch Phasendispersion ist äußerst gering.D) The influence of signal loss due to phase dispersion is extremely small.
  • E) Der Einfluß des Signalverlustes durch transversale Relaxation ist äußerst gering.E) The influence of signal loss due to transverse relaxation is extremely small.

Ein unschätzbarer Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß keine besonderen Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Gradientensystems gestellt werden. Es kann also prinzipiell auf jedem gängigen Tomographen eingesetzt werden. An invaluable advantage of the method is that there are no special requirements the performance of the gradient system. So in principle it can be on everyone common tomographs are used.  

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Das gesamte Untersuchungsobjekt wird durch zeitlich regelmäßig wiederkehrende, breit­ bandige Hochfrequenzpulse angeregt. Man kann hierzu zum Beispiel Blockpulse von kleiner Impulsdauer (z. B. 2 µs) verwenden. Das durch die Hochfrequenzanregungspulse hervorgerufene Induktionssignal wird sofort nach Ablauf der Empfängertotzeit (Wartezeit) τ empfangen und mit einer vorgegebenen Abtastbandbreite Δf über eine vorgegebene Akquisitionszeit T digitali­ siert. Wegen der endlichen Einschwingdauer der Analog-Digital-Wandler kann es vorteilhaft sein, diese während der Dauer des gesamten Experimentes ohne Unterbrechung laufen zu lassen und nur den Empfang während der Hochfrequenzanregungen auszuschalten. Senden und Empfan­ gen kann prinzipiell auch über zwei verschiedene Hochfrequenzkanäle abgewickelt werden. Zur Ortskodierung ist ein Magnetfeldgradient von vorzugsweise konstanter Amplitude Gf ständig angeschaltet. Er muß während der Anregungsphase deswegen nicht ausgeschaltet werden, weil die Hochfrequenzpulse eine hinreichend breitbandige Anregung sicherstellen. Die Schnelligkeit des Verfahrens gründet darauf, daß die Magnetfeldgradienten nie ausgeschaltet oder umgepolt werden müssen und daß aufeinanderfolgende Gradientenorientierungen sich nur um ein kleines Inkrement δG unterscheiden. Nach jeder Datenaufnahme verbleibt daher nur eine sehr kleine Totzeit, welche dadurch bedingt ist, daß vor der nächsten Anregung eine neue Gradientenorien­ tierung eingestellt werden muß. Sobald diese erreicht ist, wird sofort der nächste Hochfrequenz­ puls gesendet und die nächste Datenaufnahme durchgeführt. Der Vorgang der Anregung, des darauf folgenden Signalempfanges und des Anlegens einer neuer Gradientenorientierung wird mit einer vorgegebenen Repetitionszeit TR so lange wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl von M Gradientenorientierungen durchlaufen ist. Im zweidimensionalen Fall bietet sich als Gradi­ ententrajektorie zum Beispiel
The entire object under investigation is stimulated by regularly recurring, broadband high-frequency pulses. For example, block pulses of short pulse duration (e.g. 2 µs) can be used. The induction signal caused by the high-frequency excitation pulses is received immediately after the end of the receiver dead time (waiting time) τ and digitized with a predetermined scanning bandwidth Δf over a predetermined acquisition time T. Because of the finite settling time of the analog-digital converter, it can be advantageous to let it run without interruption for the duration of the entire experiment and to only switch off the reception during high-frequency excitations. In principle, sending and receiving can also be handled via two different high-frequency channels. A magnetic field gradient of preferably constant amplitude G f is constantly switched on for spatial coding. It does not have to be switched off during the excitation phase because the high-frequency pulses ensure sufficient broadband excitation. The speed of the method is based on the fact that the magnetic field gradients never have to be switched off or reversed and that successive gradient orientations differ only by a small increment δ G. After each data acquisition, there is therefore only a very small dead time, which is due to the fact that a new gradient orientation must be set before the next excitation. As soon as this is reached, the next high-frequency pulse is sent immediately and the next data acquisition is carried out. The process of excitation, the subsequent signal reception and the creation of a new gradient orientation is repeated with a predetermined repetition time T R until a predetermined number of M gradient orientations has been completed. In the two-dimensional case, for example, a gradient trajectory can be used

an. Im dreidimensionalen Fall kann man mit sm = (2m - M - 1)/M
at. In the three-dimensional case one can use s m = (2m - M - 1) / M

verwenden. Die letztere Trajektorie wurde im Zusammenhang mit der dreidimensionalen Hoch­ frequenzanregung vorgeschlagen [9]. Sie führt zu einer weitgehend isotropen Verteilung von Meß­ punkten pro Einheitsraumwinkel, und sie kann sehr schnell durchlaufen werden.use. The latter trajectory was related to the three-dimensional high frequency excitation proposed [9]. It leads to a largely isotropic distribution of measurement score per unit solid angle, and it can be run through very quickly.

Anhand eines realistischen Zahlenbeispiels soll gezeigt werden, daß die Totzeiten der Im­ pulssequenz tatsächlich sehr gering sind: Bei einem Bildbereich von 256 mm, einer Datenmatrix von N × N beziehungsweise N × N × N Punkten (N = 256), einer Abtastbandbreite von Δf = 125 kHz und einer Gradientenschaltzeit von 40 mT/m pro Millisekunde ergibt sich zum Beispiel für den Frequenzkodiergradienten Gf ≈ 11,5 mT/m, für die relative Gradientenände­ rung ΔG/Gf = 2/N ≈ 0,008 und damit eine Schaltzeit von rund 2 µs. Man kann diese kleine Totzeit nun auch noch zum verschwinden bringen, und zwar dadurch, daß die Magnetfeldgradi­ enten für die Dauer einer Akquisitionsperiode nicht konstant gehalten werden, sondern indem diese kontinuierlich so verändert werden, daß am Ende einer Datenaufnahme die nächste Orien­ tierung schon erreicht ist. Für diese Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich für das genannte Beispiel
Using a realistic numerical example, it should be shown that the dead times of the pulse sequence are actually very short: With an image area of 256 mm, a data matrix of N × N or N × N × N points (N = 256), a scanning bandwidth of Δf = 125 kHz and a gradient switching time of 40 mT / m per millisecond results, for example, for the frequency coding gradient G f ≈ 11.5 mT / m, for the relative gradient change ΔG / G f = 2 / N ≈ 0.008 and thus a switching time of around 2 µs. This small dead time can now also be made to disappear, namely by the fact that the magnetic field gradients are not kept constant for the duration of an acquisition period, but by continuously changing them so that at the end of a data acquisition the next orientation is already achieved . This embodiment of the invention results for the example mentioned

als Gradientenänderung pro Zeit. Diese liegt hier rund vier Größenordnungen unter den Schalt­ zeiten, die bei der echoplanaren Bildgebung notwendig sind. Daraus ist ersichtlich, daß die Wirbelströme und die Gradientenschaltgeräusche der erfindungsgemäßen Impulssequenz ver­ nachlässigt werden können.as a gradient change per time. This is around four orders of magnitude below the switch times that are necessary in echoplanar imaging. It can be seen from this that the Eddy currents and the gradient switching noises of the pulse sequence according to the invention ver can be neglected.

Es wird nun erklärt, wie das Problem bezüglich der fehlenden Signalwerte in der Umgebung von k = 0 zu lösen ist. Dazu untersuchen wir im folgenden detailliert die Eigenschaften der Rekonstruktionsvorschrift. Der Zusammenhang zwischen dem Signal S und der Signaldichte ρ, welche der transversalen Magnetisierung m+ proportional ist, ist im zweidimensionalen Fall durch
It will now be explained how to solve the problem regarding the missing signal values in the vicinity of k = 0. To do this, we will examine the properties of the reconstruction specification in detail below. The relationship between the signal S and the signal density ρ, which is proportional to the transverse magnetization m + , is through in the two-dimensional case

und im dreidimensionalen Fall durch
and in the three-dimensional case

gegeben.given.

Für den zweidimensionalen Fall betrachten wir die Rekonstruktion einer Kreisscheibe mit Radius R und Signaldichte eins am Ursprung. Das Signal berechnet sich zu
For the two-dimensional case we consider the reconstruction of a circular disk with radius R and signal density one at the origin. The signal calculates itself

wobei J0 und J1 Besselfunktionen darstellen, welche durch
where J 0 and J 1 represent Bessel functions, which by

definiert sind. Die Umkehrung ist
are defined. The reverse is

Für den dreidimensionalen Fall betrachten wir entsprechend die Rekonstruktion einer Kugel mit Radius R und Signaldichte eins am Ursprung. Das Signal hierfür ist
For the three-dimensional case we consider the reconstruction of a sphere with radius R and signal density one at the origin. The signal for this is

mit der Umkehrung
with the reversal

Für r = 0 muß man zum Erzwingen der Konvergenz noch einen Faktor e- α z mit α < 0 im Integranden einfügen.For r = 0 one has to add a factor e - α z with α <0 in the integrand to force the convergence.

Für die Rekonstruktion derart räumlich beschränkter Objekte genügt bekanntlich eine diskrete Abtastung mit einer Schrittweite
As is known, a discrete scan with a step size is sufficient for the reconstruction of such spatially restricted objects

wobei ν den Grad der Überabta­ stung festlegt. Üblicherweise wird die Datenaufnahme nach N/2 Punkten abgebrochen, so daß maximal bis zu einer Auflösung von
where ν defines the degree of oversampling. Usually the data acquisition is interrupted after N / 2 points, so that a maximum of up to a resolution of

rekonstruiert werden kann. Für das Win­ kelinkrement δϕ beziehungsweise die Anzahl der Projektionen M ergibt sich δϕ = 2π/M = 2/N.can be reconstructed. For the win kelkrement δϕ or the number of projections M results in δϕ = 2π / M = 2 / N.

Die Integrale können zum Beispiel durch Rückprojektion berechnet werden. Diese wird im zweidimensionalen Fall gemäß
The integrals can be calculated, for example, by rear projection. This is done in the two-dimensional case

ausgeführt, wobei S(-k, ϕ + π) = S(k, ϕ) ausgenutzt wird. Das Integral über k wird demnach als FOURIER-Integral
executed, where S (-k, ϕ + π) = S (k, ϕ) is used. The integral over k is therefore called the FOURIER integral

bezüglich der Variablen t = xcosϕ + ysinϕ interpretiert. Es sei darauf hingewiesen, daß die Variable t hier nicht die Bedeutung der Zeit hat. Tatsächlich wird die Signalaufnahme wie bereits erwähnt nach einer gewissen Zeit
interpreted with respect to the variable t = xcosϕ + ysinϕ. It should be noted that the variable t does not have the meaning of time here. In fact, as already mentioned, the signal pickup will take some time

abgebrochen, so daß man präziser
canceled so that one is more precise

schreiben muß, wobei
must write, whereby

ein Filter mit der Impulsantwort
a filter with the impulse response

ist. Da H(k) auf [-K, +K] beschränkt ist, ist eine FOURIER-Zerlegung gemäß
is. Since H (k) is restricted to [-K, + K], a FOURIER decomposition is according to

möglich. Mit Hilfe von
possible. With the help of

ergibt sich für H(k) daraus die Reihenentwicklung
for H (k) this results in the series expansion

Die Lage im dreidimensionalen Fall ist vollkommen analog. Hier erhält man vermöge S(-k, ϕ + π, π - θ) = S(k, ϕ, θ) die Gleichung
The situation in the three-dimensional case is completely analog. Here one obtains the equation by means of S (-k, ϕ + π, π - θ) = S (k, ϕ, θ)

Das Filter
The filter

besitzt die Impulsantwort
has the impulse response

woraus man mittels
from which one by means of

geführt wird.to be led.

Unterdrücken wir der Kürze halber die Winkelabhängigkeit von Λ und S, dann ergibt sich unabhängig von der Dimension folgendes:
If we suppress the angular dependence of Λ and S for brevity, the following results regardless of the dimension:

ist jedoch als Projektion von ρ ebenso wie ρ auf das Intervall [-π/δk, +π/δk] beschränkt, so daß die Summe de facto ab einem gewissen Index N' ≦ N/2 abbricht und die Faltung h .  however, as a projection of ρ, like ρ, is limited to the interval [-π / δk, + π / δk], so that the sum actually breaks off from a certain index N '≦ N / 2 and the convolution h.

endlich wird, mit anderen Worten
in other words

Diese Summe ist bekanntlich dem Ausdruck
This sum is known to be the expression

äquivalent, wobei mit FN die diskrete FOURIER-Transformation mit N Punkten bezeichnet ist. Die Tatsache, daß die FOURIER-Entwicklung für die Filterfunktion ab einem gewissen Index ab­ bricht, hat im zweidimensionalen und im dreidimensionalen Fall unterschiedliche Konsequenzen. Dies hängt damit zusammen, daß die Konvergenz der Reihe im zweidimensionalen Fall mangels Differenzierbarkeit der Filterfunktion H(k) ~ |k| bei k = 0 langsamer vonstatten geht. In der Tat ist
equivalent, where F N denotes the discrete FOURIER transformation with N points. The fact that the FOURIER development for the filter function stops at a certain index has different consequences in the two-dimensional and in the three-dimensional case. This is related to the fact that the convergence of the series in the two-dimensional case is not possible to differentiate the filter function H (k) ~ | k | is slower at k = 0. Indeed it is

so daß das Verhältnis des Gewichts an der Stelle k = 0 zu dem nominellen Gewicht bei k = δk ge­ gen 1/π2 ≈ 0,1013 geht. Daraus erwachsen im zweidimensionalen Fall merkliche, niederfrequente Abweichungen, unter anderem die Verschiebung der Nullinie. Im dreidimensionalen Fall konvergiert die Reihe dagegen rasch gegen die bei k = 0 glatt verlaufende Filterfunktion H(k) ~ k2, so daß ein solcher Effekt hier nicht zu beobachten ist.so that the ratio of the weight at point k = 0 to the nominal weight at k = δk goes towards 1 / π 2 ≈ 0.1013. In the two-dimensional case, this results in noticeable, low-frequency deviations, including the shift in the zero line. In the three-dimensional case, on the other hand, the series converges quickly to the filter function H (k) ~ k 2 , which runs smoothly at k = 0, so that such an effect cannot be observed here.

Um nun die Rekonstruktion zu erproben, werden die Integrale 15 und 17 im folgenden numerisch ausgewertet, und zwar durch eine Diskretisierung dz = dkR = π/ν analog zum experimentellen Vorgehen. Die Anzahl der Digitalisierungspunkte beträgt N/2 = ν . 512. Das Resultat ist in der Fig. 1 dargestellt. Die Abweichung δ von der Zielfunktion im Bereich r/R = 0,25-0,75 wird an 100 äquidistanten Punkten berechnet und gemittelt. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.In order to test the reconstruction, the integrals 15 and 17 are evaluated numerically in the following, namely by discretization dz = dkR = π / ν analogous to the experimental procedure. The number of digitization points is N / 2 = ν. 512. The result is shown in FIG. 1. The deviation δ from the target function in the range r / R = 0.25-0.75 is calculated and averaged at 100 equidistant points. The result is summarized in the following table.

Wie man sieht, wird im dreidimensionalen Fall die Zielfunktion innerhalb der Toleranz­ grenze erreicht. Die Standardabweichung spiegelt lediglich die Oszillationen im Ortsbereich wie­ der, welche aus dem Abschneiden des Signals von einem gewissen Index an resultieren. Bei N/2 = ν . 16384 Digitalisierungspunkten sinken die Abweichungen auf (0,1 ± 2,0) . 10-6. Im zweidimensionalen Fall dagegen ergibt sich eine signifikante Diskrepanz, welche dem Betrage nach durch
As you can see, in the three-dimensional case the target function is achieved within the tolerance limit. The standard deviation only mirrors the oscillations in the spatial domain like that which result from the clipping of the signal from a certain index. With N / 2 = ν. 16384 digitization points, the deviations drop to (0.1 ± 2.0). 10 -6 . In the two-dimensional case, on the other hand, there is a significant discrepancy, which in terms of amount

abgeschätzt werden kann. Diese geht mit wachsender Überabtastung ν rasch gegen Null. Bei einer vierfachen Überabtastung sinkt der Rekonstruktionsfehler bereits unter die Prozentmarke und liegt damit praktisch im Bereich des Rauschens. Die allgemein gültige Schlußfolgerung lautet also folgendermaßen:
Im dreidimensionalen Fall geht der Signalwert bei k = 0 nicht in die Rekonstruktion ein, und es entsteht kein Rekonstruktionsfehler. Im zweidimensionalen Fall entsteht auch bei regelrechter Abtastrate ein Rekonstruktionsfehler, der bei einem Bildbereich 2R in führender Ordnung
can be estimated. With increasing oversampling ν this quickly goes to zero. With a fourfold oversampling, the reconstruction error already drops below the percent mark and is therefore practically in the area of noise. The general conclusion is as follows:
In the three-dimensional case, the signal value at k = 0 is not included in the reconstruction, and there is no reconstruction error. In the two-dimensional case, a reconstruction error arises even at a normal sampling rate, which is in a leading order for an image area 2R

beträgt. Er kann durch geeignet hohe Wahl der Überabtastung ν beliebig klein gemacht werden. is. It can be made arbitrarily small by suitably high selection of the oversampling ν.  

Es ist nun wesentlich, die Überabtastung ν in Zusammenhang mit der Empfängertotzeit τ zu bringen. Wir definieren die maximale Überabtastung νMax durch
It is now essential to relate the oversampling ν to the receiver dead time τ. We define the maximum oversampling ν Max

Dies ist der höchste Wert der Überabtastung ν, bei dem der Signalwert
This is the highest oversampling value ν at which the signal value

bei einer durch den Frequenzkodiergradienten Gf vorgegebenen Signalbandbreite ΔfS und einer vorgegebenen Empfängertotzeit τ noch gemessen werden kann. Aus experimenteller Sicht kann also ν in den obigen Rechnungen nie νMax überschreiten, obwohl das Induktionssignal im Zeit­ bereich t < τ prinzipiell mit einer Abtastrate Δf » 1/τ abgetastet werden kann. Wir geben ein Beispiel. Bei einer Signalbandbreite von ΔfS = 125 kHz und einer Totzeit von τ = 2 µs beträgt die maximale Überabtastung νMax = 4. Die am Spektrometer eingestellte Abtastrate Δf kann dabei durchaus 2 MHz betragen, also deutlich über νMaxΔfS = 500 kHz liegen. Eine hohe Überabtastung im Zeitbereich t < τ wird im allgemeinen sogar angezeigt sein, um die Verzerrung des Signals durch das Tiefpaßfilter zu mindern. Sie erleichtert auch die weiter un­ ten erwähnte Extrapolation fehlender Signalwerte wesentlich. Die Verzerrung des Signals durch das Tiefpaßfilter kann bekanntermaßen auch dadurch vermindert werden, daß zwischen dem Einschalten des Empfanges und der Registrierung des ersten Digitalisierungsunktes ein Zeitin­ tervall geeigneter Größe eingefügt wird, so daß die Signalwerte in der Nähe der Nulldurchgänge der Einschwingfunktion abgetastet werden.can still be measured at a signal bandwidth Δf S predetermined by the frequency coding gradient G f and a predetermined receiver dead time τ. From an experimental point of view, ν can never exceed ν Max in the above calculations, although the induction signal can in principle be sampled in the time range t <τ with a sampling rate Δf »1 / τ. We give an example. With a signal bandwidth of Δf S = 125 kHz and a dead time of τ = 2 µs, the maximum oversampling is ν Max = 4. The sampling rate Δf set on the spectrometer may well be 2 MHz, ie clearly above ν Max Δf S = 500 kHz . A high oversampling in the time range t <τ will generally even be indicated in order to reduce the distortion of the signal by the low-pass filter. It also considerably facilitates the extrapolation of missing signal values mentioned below. As is known, the distortion of the signal by the low-pass filter can also be reduced in that a time interval of a suitable size is inserted between the switching on of the reception and the registration of the first digitization point, so that the signal values are sampled in the vicinity of the zero crossings of the transient function.

Um die Bedeutung der vorliegenden Erfindung weiter klar zu machen, wollen wir die in [3] dargelegte, irreführende Argumentation bezüglich des Gewichtes des Signalwertes S(0) richtig­ stellen. Es wird dort behauptet, daß der nicht meßbare Signalwert bei k = 0 zur Rekonstruktion nötig ist. Dies wird mit einem geometrischen Argument begründet. Die Autoren von [3] sind der Auffassung, daß jeder Signalwert mit dem ihn umgebenden Flächenelement im Ortsfre­ quenzraum gewichtet werden muß. Bei der zweidimensionalen Akquisition ergäben sich bei einer Schrittbreite δk daraus die Gewichte
In order to further clarify the meaning of the present invention, we want to correct the misleading reasoning given in [3] regarding the weight of the signal value S (0). It is stated there that the unmeasurable signal value at k = 0 is necessary for the reconstruction. This is justified with a geometric argument. The authors of [3] are of the opinion that each signal value must be weighted in the spatial frequency space with the area element surrounding it. In the two-dimensional acquisition, the weights would result from this with a step width δk

bei der dreidimensionalen Akquisition die Gewichte
the weights for the three-dimensional acquisition

Dies ist, wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, falsch, denn das Verhältnis der Gewichte zwischen dem ersten Signalwert (i = 0) und dem zweiten Signalwert (i = 1) beträgt bei der zweidimensionalen Akquisition nicht 1/8 sondern nähert sich mit wachsender Überabtastung 1/π2 an. Es ist auch nicht so, daß die Abweichungen, wie im eindimensionalen Fall, ausschließ­ lich durch eine Verschiebung der Nullinie erklärbar sind. Auch die weiteren Signalwerte in der Umgebung von k = 0 erhalten ein - wenn auch wesentlich schwächer - verändertes Gewicht, so daß niederfrequente Abweichungen höherer Ordnung resultieren. Dies ist klar aus der Fig. 1 ersichtlich und hängt mit der endlichen Anzahl von FOURIER-Koeffizienten für die Filterfunktion H(k) ~ |k| zusammen. Daß die in [3] geäußerte Argumentation nicht richtig ist, wird vollends offensichtlich, wenn man den dreidimensionalen Fall betrachtet: Hier geht der Signalwert bei k = 0 tatsächlich nicht mit irgendeinem endlichen Gewicht ein, sondern mit w3D(0) = 0. Bei allen Betrachtungen in [3, 4, 5, 6, 7] bleibt die entscheidende Erkenntnis über die Größe des Einflusses des nicht meßbaren Signalwertes bei k = 0 auf das Rekonstruktionsergebnis aus. Aus dieser Erkenntnis ergibt sich jedoch erst die in der vorliegenden Erfindung formulierte techni­ sche Lehre. Um diesen Punkt weiter zu erhellen, betrachten wir im folgenden Maßnahmen zur Unterdrückung des Rekonstruktionsfehlers.As is clear from the above explanations, this is incorrect, because the ratio of the weights between the first signal value (i = 0) and the second signal value (i = 1) is not 1/8 in the case of the two-dimensional acquisition, but approaches with increasing oversampling 1 / π 2 on. It is also not the case that the deviations, as in the one-dimensional case, can only be explained by a shift in the zero line. The other signal values in the vicinity of k = 0 are also given a weight which is albeit much weaker, so that low-frequency deviations of higher order result. This is clearly evident from FIG. 1 and depends on the finite number of FOURIER coefficients for the filter function H (k) ~ | k | together. The fact that the reasoning expressed in [3] is incorrect is completely evident when one considers the three-dimensional case: Here the signal value at k = 0 is actually not included with any finite weight, but with w 3D (0) = 0. At In all considerations in [3, 4, 5, 6, 7] there is no decisive knowledge about the magnitude of the influence of the unmeasurable signal value at k = 0 on the reconstruction result. However, this knowledge only results in the technical teaching formulated in the present invention. In order to shed further light on this point, we consider measures to suppress the reconstruction error below.

  • 1. (α) Wie bereits erwähnt, besteht die einfachste Maßnahme zur Minderung des Rekonstruk­ tionsfehlers darin, das Produkt zwischen der Empfängertotzeit und der Signalbandbreite τΔfS = 1/νMax möglichst klein zu wählen. Bei den im klinischen Bereich gängigen Ab­ tastraten von 50-100 kHz und Empfängertotzeiten von etwa 2 µs beim Stand der Technik ist dies ohne weiteres möglich. Bei νMax = 4 wäre ein Verhältnis des Signals zum Rau­ schen (SNR, Rauschabstand) von mehr als 200 nötig, um den Rekonstruktionsfehler zu bemerken. In diesem Fall muß also überhaupt keine weitere Korrektur durchgeführt wer­ den.1. (α) As already mentioned, the simplest measure to reduce the reconstruction error is to choose the product between the receiver dead time and the signal bandwidth τΔf S = 1 / ν Max as small as possible. With the sampling rates of 50-100 kHz common in the clinical field and receiver dead times of about 2 µs in the prior art, this is readily possible. With ν Max = 4, a ratio of the signal to the noise (SNR, signal-to-noise ratio) of more than 200 would be necessary in order to notice the reconstruction error. In this case, no further correction needs to be carried out at all.
  • 2. (β) In niedrigster Ordnung besteht der Rekonstruktionsfehler im zweidimensionalen Fall in einer Verschiebung der Nullinie um
    Um eine Vorstellung von dem Einfluß des Beitrages des Signalwertes bei k = 0 zu be­ kommen, kann man diese Korrektur durchführen, wobei jedoch anstatt des unbekannten Signalwertes S(0) der erste gemessene Punkt
    eingesetzt wird. Die Abwei­ chung zur Zielfunktion δ2D vermindert sich bei dem Beispiel der kreisförmigen Signaldich­ teverteilung dadurch auf die in der folgenden Tabelle unter δ'2D aufgeführten Werte.
    Die erzielte Verbesserung ist nennenswert. Der Rekonstruktionsfehler liegt selbst bei dieser groben Schätzung in allen Fällen unterhalb der Promillegrenze. Die Abweichungen höherer Ordnung werden dadurch jedoch nicht korrigiert.
    2. (β) In the lowest order, the reconstruction error in the two-dimensional case consists in a shift of the zero line by
    In order to get an idea of the influence of the contribution of the signal value at k = 0, one can carry out this correction, but instead of the unknown signal value S (0) the first measured point
    is used. In the example of the circular signal density distribution, the deviation from the target function δ 2D is reduced to the values listed in the following table under δ ' 2D .
    The improvement achieved is noteworthy. Even with this rough estimate, the reconstruction error is below the alcohol limit in all cases. However, the higher order deviations are not corrected.
  • 3. (γ) Eine weitergehende Maßnahme zur Unterdrückung des Rekonstruktionsfehlers ist die Ex­ trapolation fehlender Meßdaten. Hierzu eignet sich zum Beispiel das Verfahren der linearen Prädiktion [10], bei welchem Koeffizienten cj (j = 1, . . . , J) so bestimmt werden, daß die Abweichungen δl in
    möglichst klein werden. Mit Hilfe dieser Koeffizienten werden dann fehlende Datenpunk­ te geschätzt. Für die Anwendung dieses Verfahrens ist es äußerst hilfreich, das Signal im Zeitbereich t < τ deutlich überabgetastet aufzunehmen. Um die Güte der Extrapolation beurteilen zu können, vergleichen wir die extrapolierten Signalwerte sm (m = 1, . . . , M) an der Stelle k = 0 von M = 1024 Projektionen, welche in dreidimensionaler Akquisitions­ technik aufgenommen wurden, mit dem wahren Wert s0 des Signals an der Stelle k = 0. Die sonstigen Parameter sind ΔfS ≈ 100 kHz, Δf = 2 MHz, τ = 4 µs. Der wahre Wert für S(0) wurde aus weiteren 16 Projektionen bei abgeschalteten Magnetfeldgradienten be­ stimmt. In diesem Fall variiert das Signal nur noch schwach mit der Zeit. Es besteht, wie man der Fig. 3 entnehmen kann, aus dem Signalbeitrag des Meßobjektes überlagert von einem Festkörpersignal aus der Spule. Durch Extrapolation kann S(0) präzise ermittelt werden. Die Schwankungsbreite für die Signalamplitude von S(0) beträgt im vorliegenden Fall rund 0,7%. Als Zeitnullpunkt wird jeweils das Ende der 2 µs lange andauernden Block­ pulse gewählt. Die ermittelten Werte sm/s0 sind in der Fig. 4 dargestellt. Der Mittelwert
    ist in der folgenden Tabelle für verschiedene Werte von L und J zusammengefaßt.
    Die Schwankung um den wahren Wert s0 beträgt durchweg rund 3%. Gehen nur die ersten L = 64 Digitalisierungspunkte ein, so wird das beste Ergebnis erzielt, da der Rauschanteil dann niedrig ist. Mit zunehmender Anzahl berücksichtigter Digitalisierungspunkte sinkt die Schätzung für S(0) etwas unter s0, da das Festkörpersignal aus der Spule dann mit zu geringem Gewicht eingeht. Für die Zahl der verwendeten Koeffizienten J läßt sich keine eindeutige Tendenz erkennen. Eine mittlere Anzahl erscheint angebracht. In die Rekon­ struktion geht im wesentlichen nur der Mittelwert der extrapolierten Werte für S(0) ein. Bei einer Signalbandbreite von rund 100 kHz, einer Empfängertotzeit von 4 µs und einer Abtastrate von 2 MHz kann der Fehler der Extrapolation daher experimentell mit typi­ scherweise einem Prozent veranschlagt werden. Der Rekonstruktionsfehler sinkt durch die Anwendung des Verfahrens der linearen Prädiktion unter diesen Bedingungen um zwei Größenordnungen und liegt damit deutlich unter der Promillegrenze. Es zeigt sich experi­ mentell, daß mit dem Verfahren der linearen Prädiktion artefaktfreie Bilder rekonstruiert werden können, wenn τΔfS < 1 ist.
    3. (γ) A further measure to suppress the reconstruction error is the extrapolation of missing measurement data. The method of linear prediction [10], for example, is suitable for this purpose, in which coefficients c j (j = 1,..., J) are determined such that the deviations δ l in
    get as small as possible. Missing data points are then estimated using these coefficients. For the application of this method, it is extremely helpful to record the signal significantly oversampled in the time range t <τ. In order to be able to assess the quality of the extrapolation, we compare the extrapolated signal values s m (m = 1,..., M) at the point k = 0 of M = 1024 projections, which were recorded in three-dimensional acquisition technology, with the true one Value s 0 of the signal at the point k = 0. The other parameters are Δf S ≈ 100 kHz, Δf = 2 MHz, τ = 4 µs. The true value for S (0) was determined from a further 16 projections with the magnetic field gradient switched off. In this case, the signal varies only slightly over time. As can be seen in FIG. 3, there is the signal contribution of the test object superimposed by a solid-state signal from the coil. S (0) can be determined precisely by extrapolation. The fluctuation range for the signal amplitude of S (0) is around 0.7% in the present case. The end of the 2 µs long block pulse is selected as the time zero. The determined values s m / s 0 are shown in FIG. 4. The mean
    is summarized in the following table for different values of L and J.
    The fluctuation around the true value s 0 is consistently around 3%. If only the first L = 64 digitization points are received, the best result is achieved since the noise component is then low. As the number of digitization points taken into account increases, the estimate for S (0) drops somewhat below s 0 , since the solid-state signal from the coil is then received with too little weight. No clear trend can be seen for the number of coefficients J used. A medium number seems appropriate. The reconstruction essentially only includes the mean of the extrapolated values for S (0). With a signal bandwidth of around 100 kHz, a receiver dead time of 4 µs and a sampling rate of 2 MHz, the error of the extrapolation can therefore be estimated experimentally with typically one percent. The reconstruction error decreases by two orders of magnitude by using the linear prediction method under these conditions and is therefore well below the alcohol limit. It has been shown experimentally that artifact-free images can be reconstructed with the method of linear prediction if τΔf S <1.

Jedes Extrapolationsverfahren kann im übrigen auch iterativ angewandt werden. Man bestimmt dabei zunächst den recht verläßlichen Mittelwert für S(0) aus einigen oder allen Projektionen und ermittelt in einem zweiten Schritt für jede Projektion (überabgetastete) Meßwerte im Be­ reich 0 < t < τ durch ein geeignetes Verfahren. Alternativ kann man sich S(0), wie bereits erwähnt, auch durch eine direkte Messung bei abgeschalteten Magnetfeldgradienten verschaffen. Es entsteht dabei nur eine unwesentliche Verlängerung der Meßzeit um rund eine Millisekunde. Es sei erwähnt, daß die Näherung überabgetasteter Signalwerte im Bereich 0 < t < τ im Falle Δf < ΔfS experimentell kein Problem darstellt, da diese Signalwerte noch genauer als S(0) selbst approximiert werden können. Für die Praxis ist zu empfehlen, τΔfS = 1/νMax möglichst klein zu wählen, also zum Beispiel τΔfS = 0,8, τΔfS = 0,5, τΔfS = 0,25, τΔfS = 0,125 oder τΔfS = 0,05 und zusätzlich eine (grobe) Extrapolation durchzuführen. Dies kann auch in Echtzeit geschehen.Any extrapolation method can also be used iteratively. One first determines the fairly reliable mean for S (0) from some or all of the projections and, in a second step, determines (oversampled) measured values in the range 0 <t <τ for each projection using a suitable method. Alternatively, as already mentioned, S (0) can also be obtained by direct measurement with the magnetic field gradients switched off. There is only an insignificant increase in the measurement time by around one millisecond. It should be mentioned that the approximation of oversampled signal values in the range 0 <t <τ in the case of Δf <Δf S is no problem experimentally, since these signal values can be approximated even more precisely than S (0) itself. In practice it is recommended to choose τΔf S = 1 / ν Max as small as possible, e.g. τΔf S = 0.8, τΔf S = 0.5, τΔf S = 0.25, τΔf S = 0.125 or τΔf S = 0.05 and additionally carry out a (rough) extrapolation. This can also be done in real time.

Die Diskussion der obigen Korrekturverfahren verfolgt nicht das Ziel, die Güte eines spe­ ziellen Algorithmus herauszustellen. Sie soll ganz im Gegenteil zeigen, daß die Qualität des Korrekturverfahrens bei der Wahl einer geeignet hohen Überabtastung νMax faktisch ohne Be­ deutung ist. Damit wird die praktische Anwendbarkeit des Verfahrens von den Eigenschaften spezieller Näherungs- oder Extrapolationsverfahren unabhängig. Das Verfahren wird dadurch sehr robust. Die Aufgabe der Erfindung ist damit gelöst und die Nachteile der in [3, 4, 5, 6, 7] geschilderten Verfahren sind behoben. Wir formulieren zusammenfassend folgende technische Lehre:
Die Unterschlagung des Signalwertes bei k = 0 führt im zweidimensionalen Fall zu ei­ nem Rekonstruktionsfehler, der durch hinreichend hohe Überabtastung νMax und gegebenenfalls zusätzlich durch eine (grobe) Extrapolation oder Näherung vollständig unter das Rauschniveau gebracht werden kann. Im dreidimensionalen Fall liefert der Signalwert bei k = 0 überhaupt keinen Beitrag, so daß kein Rekonstruktionsfehler entsteht.
The discussion of the above correction methods does not aim to highlight the quality of a special algorithm. On the contrary, it is intended to show that the quality of the correction method is virtually irrelevant when choosing a suitably high oversampling ν Max . This makes the practical applicability of the process independent of the properties of special approximation or extrapolation processes. This makes the process very robust. The object of the invention is thus achieved and the disadvantages of the methods described in [3, 4, 5, 6, 7] are eliminated. We summarize the following technical teaching:
The omission of the signal value at k = 0 leads to a reconstruction error in the two-dimensional case, which can be brought completely below the noise level by a sufficiently high oversampling ν Max and possibly also by a (rough) extrapolation or approximation. In the three-dimensional case, the signal value at k = 0 makes no contribution at all, so that there is no reconstruction error.

Damit wird ein lange gehegtes Vorurteil beseitigt, welches verhindert hat, ein vorteilhaf­ tes Meßverfahren dieser Art ernsthaft in Betracht zu ziehen. Wir wenden uns nun speziellen Eigenschaften und Ausgestaltungen der Erfindung zu.This eliminates a long-held prejudice that has prevented an advantageous one seriously consider this measurement method. We now turn to special Properties and refinements of the invention.

1. Meßzeit1. Measuring time

Bei dem Verfahren entstehen praktisch keine Totzeiten durch Gradientenschaltvorgänge. Es ist daher sehr schnell. Wirbelströme und Gradientenschaltgeräusche sind zu vernachlässigen. Die Meßzeit errechnet sich wie folgt. Bei einer Bildmatrix von Nn (n = 2, 3) Punkten müssen M ≈ πNn-1 Projektionen aufgenommen werden. Die Repetitionszeit beträgt bei einer Abtastrate von Δf unter Vernachlässigung der Hochfrequenzpulsdauer TR = (N/2)/Δf, so daß die Gesamtmeßzeit durch
With the method there are practically no dead times due to gradient switching processes. It is therefore very quick. Eddy currents and gradient switching noises are negligible. The measuring time is calculated as follows. With an image matrix of N n (n = 2, 3) points, M ≈ πN n-1 projections must be recorded. The repetition time at a sampling rate of Δf, neglecting the high-frequency pulse duration T R = (N / 2) / Δf, so that the total measuring time by

gegeben ist. Bei N = 128 und Δf = 125 kHz erhält man daraus T2D ≈ 206 ms und T3D ≈ 26 s. Als Grenze der erreichbaren Zeitauflösung kann bei der zweidimensionalen Akquisition mit N = 64 und Δf = 500 kHz als Gesamtmeßzeit T2D ≈ 13 ms angegeben werden. Diese ließe sich im Prinzip durch Ausnützung der Signalbeziehung S(k) = S(-k) noch einmal halbieren. Allerdings wird der erzielbare Rauschabstand (SNR) in den seltensten Fällen eine solche Maßnahme sinnvoll erscheinen lassen. Ein solcher Ausnahmefall liegt möglicherweise dann vor, wenn es gelingt - etwa durch Sättigung der Elektronenresonanz - den Rauschabstand wesentlich anzuheben.given is. At N = 128 and Δf = 125 kHz, this gives T 2D ≈ 206 ms and T 3D ≈ 26 s. In the two-dimensional acquisition with N = 64 and Δf = 500 kHz, the total measurement time T 2D ≈ 13 ms can be specified as the limit of the achievable time resolution. In principle, this could be halved again by using the signal relationship S ( k ) = S (- k ). However, the achievable signal-to-noise ratio (SNR) will rarely make such a measure seem reasonable. Such an exceptional case may exist if the signal-to-noise ratio can be increased significantly, for example by saturating the electron resonance.

2. Signalverhalten und Kontrast2. Signal behavior and contrast

Bei einem Anregungswinkel α, einer Repetitionszeit TR, einer longitudinalen Relaxations­ zeit T1 und einer thermodynamischen Gleichgewichtsmagnetisierung m wird nach einer kurzen Einschwingphase ein Gleichgewichtszustand erreicht, in welchem die Amplitude der transversalen Magnetisierungskomponente m+ durch
With an excitation angle α, a repetition time T R , a longitudinal relaxation time T 1 and a thermodynamic equilibrium magnetization m , after a short transient phase, an equilibrium state is reached in which the amplitude of the transverse magnetization component m +

gegeben ist. Dabei wird vorausgesetzt, daß es infolge des vorzugsweise geringen Anregungs­ winkels und der variierenden Magnetfeldgradienten nicht zu einer Echobildung kommt. Bei höheren Anregungswinkeln können Echos in bekannter Weise durch stochastische Va­ riation der Phase der Anregungspulse unterdrückt werden. Der Kontrast wird von der Spindichte und der longitudinalen Relaxationszeit bestimmt. Durch Variation des Aus­ lenkwinkels kann ein T1-Kontrast frei wählbarer Ausprägung herbeigeführt werden. Die Signalamplitude wird durch die Wahl des ERNST-Winkels
given is. It is assumed that there is no echo formation due to the preferably low excitation angle and the varying magnetic field gradients. At higher excitation angles, echoes can be suppressed in a known manner by stochastic variation of the phase of the excitation pulses. The contrast is determined by the spin density and the longitudinal relaxation time. By varying the deflection angle, a T 1 contrast of a freely selectable form can be brought about. The signal amplitude is determined by the choice of the ERNST angle

ma­ ximiert. Bei vernachlässigbarer transversaler Relaxation ist der Rauschabstand pro Zeiteinheit im Vergleich zur Feldechoimpulssequenz um den Faktor 1/√2 kleiner, bei einer Echozeit TE ≈ T *|2/2 sind die Rauschabstände pro Zeiteinheit etwa gleich.maximized. In the case of negligible transverse relaxation, the signal-to-noise ratio per unit of time is smaller by a factor of 1 / √2 compared to the field echo pulse sequence; with an echo time T E ≈ T * | 2/2, the signal-to-noise ratios per unit of time are approximately the same.

3. Kontrastpräparation3. Contrast preparation

Über eine Gradienten- und/oder Hochfrequenzpulsfolge, die der Messung vorausgeht oder diese an ausgewählten Punkten unterbricht, kann der Kontrast der Bilder in bekannter Weise beeinflußt werden. Dieser kann unter anderem gründen auf
The contrast of the images can be influenced in a known manner via a gradient and / or high-frequency pulse sequence which precedes the measurement or interrupts it at selected points. Among other things, this can be based on

  • a) der Diffusion (D),a) diffusion (D),
  • b) der Geschwindigkeit (ν),b) the speed (ν),
  • c) der longitudinalen Relaxationszeit (T1),c) the longitudinal relaxation time (T 1 ),
  • d) der transversalen Relaxationszeit (T2),d) the transverse relaxation time (T 2 ),
  • e) der effektiven transversalen Relaxationszeit (T *|2),e) the effective transverse relaxation time (T * | 2),
  • f) der chemisch selektiven Anregung (CHESS),f) chemically selective excitation (CHESS),
  • g) der Streifen- oder Gitteranregung (tagging),g) streak or grid excitation (tagging),
  • h) der Magnetisierungsmarkierung (bolus tagging),h) the magnetization marker (bolus tagging),
  • i) der Sättigungsübertragung (magnetization transfer),i) magnetization transfer,
  • j) der adiabatischen Inversion (adiabatic passage).j) adiabatic inversion (adiabatic passage).

Unter Ausnutzung der zum Stand der Technik gehörenden Kontrastpräparationen können weitere physikalische oder physiologische Parameter wie die Temperatur (über T1 oder D) oder die Perfusion (zum Beispiel über T1 oder T *|2) bestimmt werden. Aus einer Serie von Bildern mit variierenden Kontrastpräparationen kann ein neuer Datensatz berechnet wer­ den. Bekannte Beispiele sind Parameterkarten der Relaxationszeiten, der Diffusionskon­ stante oder der Geschwindigkeit. Zur Unterdrückung eines unerwünschten Signalanteils können Subtraktionsbilder berechnet werden.Using the contrast preparations belonging to the prior art, further physical or physiological parameters such as the temperature (via T 1 or D) or the perfusion (for example via T 1 or T * | 2) can be determined. A new data set can be calculated from a series of images with varying contrast preparations. Known examples are parameter maps of the relaxation times, the diffusion constant or the speed. Subtraction images can be calculated to suppress an unwanted signal component.

4. Bildeigenschaften4. Image properties

Die durch die Anregung verursachte Amplitudenverteilung entspricht der, welche bei der Feldecho-Impulssequenz vorliegt. Die Abbildungseigenschaften gleichen jedoch im wesent­ lichen denen einer Spinecho-Impulssequenz bei verschwindender Echozeit TE. Dies läßt sich aus der Tatsache ersehen, daß man aus zwei Induktionssignalen mit gegensätzlich gepolten Magnetfeldgradienten ein Pseudo-Echo zusammensetzen kann. Unterschiede in bezug auf die Spinecho-Impulssequenz betreffen den Einfluß der Relaxation, der Phasendispersion und der chemischen Verschiebung. Besonders hervorzuheben ist das günstige Verhalten gegenüber Magnetfeldsprüngen an Grenzflächen.The amplitude distribution caused by the excitation corresponds to that which is present in the field echo pulse sequence. However, the imaging properties are essentially the same as those of a spin echo pulse sequence when the echo time T E disappears. This can be seen from the fact that a pseudo-echo can be composed of two induction signals with oppositely polarized magnetic field gradients. Differences in the spin echo pulse sequence concern the influence of relaxation, phase dispersion and chemical shift. Of particular note is the favorable behavior towards magnetic field jumps at interfaces.

5. Zeitaufgelöste Bildgebung5. Time-resolved imaging

Das Meßverfahren kann in ständiger Wiederholung angewandt werden, da sich die Magne­ tisierung in einem Gleichgewichtszustand befindet. Es eignet sich daher für Anwendungen im Bereich der Echtzeitbildgebung, der interaktiven Bildgebung und zur Beobachtung dy­ namischer Vorgänge.The measuring method can be used in constant repetition, since the Magne tization is in a state of equilibrium. It is therefore suitable for applications in real-time imaging, interactive imaging and observation dy naming processes.

  • a) Stroboskopie: Durch geeignete Segmentierung der Gradiententrajektorie und durch die Synchronisierung mit einem äußeren Signal kann eine stroboskopische Aufnahme wiederkehrender Vorgänge mit einer äußerst hohen zeitlichen Auflösung gewonnen werden. Die der Repetitionszeit TR entsprechende höchste zeitliche Auflösung erhält man zum Beispiel dann, wenn man einen bestimmten Magnetfeldgradienten für die Dauer eines ganzen Zyklus konstant hält und kurz vor dem folgenden Zyklus den nächsten Magnetfeldgradienten einstellt. Alternativ können auch pro Zyklus verschie­ dene Projektionen durchlaufen werden, die dann im Laufe folgender Zyklen ergänzt werden.a) Stroboscopy: By suitable segmentation of the gradient trajectory and by synchronization with an external signal, a stroboscopic recording of recurring processes can be obtained with an extremely high temporal resolution. The highest temporal resolution corresponding to the repetition time T R is obtained, for example, if a certain magnetic field gradient is kept constant for the duration of an entire cycle and the next magnetic field gradient is set shortly before the following cycle. Alternatively, different projections can be run through per cycle, which are then supplemented in the course of subsequent cycles.
  • b) Fluoroskopie: Wird die gleiche Gradiententrajektorie mit M Hochfrequenzanregun­ gen (Projektionen) bei einer Repetitionszeit TR in ständiger Wiederholung durchlau­ fen, dann kann prinzipiell nach jeder Hochfrequenzanregung ein Bilddatensatz aus den vorausgegangenen M Induktionssignalen nach dem Muster
    berechnet werden. Falls eine ausreichend leistungsfähige Rekonstruktionseinheit vor­ handen ist, so kann dies bei laufender Messung geschehen. Sollen niedrig aufgelöste Zwischenbilder rekonstruiert werden, so empfiehlt es sich, in größeren Inkrementen voranzuschreiten derart, daß erst nach mehreren Umläufen alle Frequenzdaten akqui­ riert sind. So lassen sich beispielsweise bei M = 256 mit den Projektionsteilfolgen (1, 4, 7, . . . , 256) (2, 5, 8, . . . , 254) (3, 6, 9, . . . , 255) drei unterabgetastete beziehungs­ weise reduziert aufgelöste Bilder rekonstruieren. Dies hat den Vorteil, daß erst nach dem Experiment entschieden werden muß, ob eine hohe zeitliche Auflösung bei niedri­ ger Ortsauflösung oder umgekehrt erwünscht ist. Auch bei raschen Signaländerungen ist diese Vorgehensweise vorteilhaft, da sie Bildartefakte verringert. Zusätzlich werden dadurch Echos unterdrückt.
    b) Fluoroscopy: If the same gradient trajectory with M high-frequency excitations (projections) is repeated in a repetition time T R , an image data set from the previous M induction signals can in principle be patterned after each high-frequency excitation
    be calculated. If a sufficiently powerful reconstruction unit is available, this can be done while the measurement is running. If low-resolution intermediate images are to be reconstructed, it is advisable to advance in larger increments in such a way that all frequency data are only acquired after several cycles. For example, with M = 256, the projection partial sequences (1, 4, 7,..., 256) (2, 5, 8,..., 254) (3, 6, 9,..., 255) Reconstruct three subsampled or reduced-resolution images. This has the advantage that a decision must be made only after the experiment as to whether a high temporal resolution with low spatial resolution or vice versa is desired. This procedure is also advantageous in the case of rapid signal changes since it reduces image artifacts. It also suppresses echoes.
6. Festkörperbildgebung6. Solid-state imaging

Die Linienverbreiterung δfT *|2 aufgrund der transversalen Relaxation, gekennzeichnet durch eine Zeitkonstante T *|2, beträgt abhängig von der Dimension n (n = 1, 2, 3) des Experi­ mentes
The line broadening δf T * | 2 due to the transverse relaxation, characterized by a time constant T * | 2, depends on the dimension n (n = 1, 2, 3) of the experiment

Bei einer Signalbandbreite von 500 kHz und 128 Bildpunkten (z. B. δr = 0,5 mm Auflösung bei Gf = 183,5 mT/m) entsprechend einem Frequenzintervall von δf ≈ 4 kHz pro Bildpunkt, können mit der dreidimensionalen Variante der Erfindung bereits amorphe Festkörper mit Relaxationszeiten von
With a signal bandwidth of 500 kHz and 128 pixels (e.g. δr = 0.5 mm resolution at G f = 183.5 mT / m) corresponding to a frequency interval of δf ≈ 4 kHz per pixel, the three-dimensional variant of the invention can already amorphous solids with relaxation times of

scharf abgebildet werden. Die Bildgebung kristalliner Festkörper wird dann greifbar, wenn die Empfängertotzeit τ ≦ 0,5 µs ist.be sharply reproduced. The imaging of crystalline solids becomes tangible when the receiver dead time τ ≦ 0.5 µs.

7. Bildgebung mit speziellen Kernen7. Imaging with special cores

Das Verfahren eignet sich zur Bildgebung mit Kernen, die ein kurzlebiges Signal liefern, wie zum Beispiel 17O und 23Na.The method is suitable for imaging with nuclei that deliver a short-lived signal, such as 17 O and 23 Na.

8. Bildgebung mit Kontrastmitteln8. Imaging with contrast media

Das Verfahren eignet sich besonders gut zur Bildgebung mit Kontrastmitteln. Deren Wir­ kung beruht auf einem höheren Gleichgewichtssignal aufgrund der verkürzten T1-Zeit. Der gegenläufige Einfluß des beschleunigten transversalen Signalzerfalls kommt bei der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu Meßverfahren, welche auf der Aufnahme von Echos gründen, viel schwächer zum Tragen, so daß der Bereich der eindeutigen Zuordnung zwischen Signalstärke und Kontrastmittelkonzentration über einen größeren Bereich von T1-Werten erhalten bleibt. Sollte es mit den kurzen Anregungspulsen nicht gelingen, die Magnetisierung hinlänglich zu sättigen, so kann man in regelmäßigen Abständen Sätti­ gungspulse einschieben. Hervorzuhebende Anwendungen in diesem Zusammenhang sind die Beobachtung der Kontrastmittelanflutung in den Nieren und die projektive Gefäßdar­ stellung.The method is particularly suitable for imaging with contrast media. Their effect is based on a higher equilibrium signal due to the shortened T 1 time. The opposing influence of the accelerated transverse signal decay has a much weaker effect in the present invention, in contrast to measurement methods which are based on the recording of echoes, so that the range of the clear association between signal strength and contrast medium concentration over a larger range of T 1 values preserved. If the short excitation pulses fail to saturate the magnetization sufficiently, you can insert saturation pulses at regular intervals. Particularly noteworthy applications in this context are the observation of contrast medium flooding in the kidneys and the projective vascular imaging.

9. Mikroskopie9. Microscopy

Die erzielbare Ortsauflösung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der gerin­ gen Signalschwächung durch die Diffusion etwa doppelt so hoch wie bei Echo-Verfahren. Im Grenzbereich hoher Ortsauflösung ist zusätzlich auch der Rauschabstand pro Zeiteinheit günstiger als bei Echo-Verfahren. Die erfindungsgemäße Meßmethode eignet sich aus die­ sem Grunde gut für die Mikroskopie. Die Linienverbreiterung δfD aufgrund der Diffusion, beträgt abhängig von der Dimension des Experimentes
The achievable spatial resolution in the method according to the invention is approximately twice as high as in the echo method due to the low signal attenuation by diffusion. In the border area of high spatial resolution, the signal-to-noise ratio per unit of time is also more favorable than with echo methods. For this reason, the measuring method according to the invention is well suited for microscopy. The line broadening δf D due to the diffusion is dependent on the dimension of the experiment

wobei D die Diffusionskonstante und T die Akquisitionszeit pro Induktionssignal sind. Bei einer Gradientenstärke von G = 200 mT/m führt die Linienverbreiterung für Protonen (γ/2π = 42,577 MHz/T; D = 2 . 10-9 m2/s; µ/T = 124 Hz) zu einer Auflösungsgrenze von etwa δr = 10 µm.where D is the diffusion constant and T is the acquisition time per induction signal. With a gradient strength of G = 200 mT / m, the line broadening for protons (γ / 2π = 42.577 MHz / T; D = 2.10 -9 m 2 / s; µ / T = 124 Hz) leads to a resolution limit of approximately δr = 10 µm.

10. Bildgebung mit polarisierten Gasen10. Imaging with polarized gases

Die Diffusionskonstante von Gasen liegt rund vier Größenordnungen über der von Flüssig­ keiten. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich daher außerordentlich gut zur Bild­ gebung mit polarisierten Gasen, etwa zur funktionellen Bildgebung der Lunge. Die Lini­ enverbreiterung δrD für zwei typische Kerne, die zur Bildgebung der Lunge herangezogen werden, ist in der folgenden Tabelle angegeben, wobei G = 20 mT/m und D = 2 . 10-5 m2/s angenommen wurde. The diffusion constant of gases is around four orders of magnitude higher than that of liquids. The method according to the invention is therefore extremely suitable for imaging with polarized gases, for example for functional imaging of the lungs. The line broadening δr D for two typical nuclei used for imaging the lungs is given in the following table, where G = 20 mT / m and D = 2. 10 -5 m 2 / s was assumed.

11. Angiographie11. Angiography

Das erfindungsgemäße Verfahren ist unempfindlich bezüglich Signalschwächung, welche durch Spinbewegung hervorgerufen wird. Dieser Signalverlust entsteht durch eine Phasen­ dispersion aufgrund von Wirbelbildung, Turbulenz oder steilen Geschwindigkeitsgradien­ ten und führt zu Bildauslöschungen, die zu einer fehlerhaften Beurteilung von Gefäßver­ engungen führt. Dies ist ein ganz gravierender Nachteil der bekannten Kernresonanz- Verfahren im Vergleich zum RÖNTGEN-Verfahren, welches deswegen immer noch als Mittel der Wahl zur zweifelsfreien Diagnose herangezogen wird. Bei dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren treten wesentlich schwächere Signalauslöschungen auf, so daß es sich hervorragend als angiographische Meßmethode eignet. Diese Gefäßdarstellungen können mit Hilfe von Kontrastmitteln oder durch eine der bekannten Magnetisierungspräparationsverfahren ge­ wonnen werden. Bei einem dieser bekannten Verfahren wird die Longitudinalmagnetisie­ rung so präpariert, daß ihre Amplitude proportional zur Geschwindigkeit in einer bestimm­ ten Richtung ist. Dazu werden zum Beispiel Akquisitionen mit vorangestellten Pulsfolgen vom Typ 90 °|α-G-90 °|ß mit geeigneten Phasen α und β aufgenommen und kombiniert. Eine andere Möglichkeit besteht bekanntermaßen darin, zwei Aufnahmen eines Gebietes durchzuführen, wobei bei einer dieser Aufnahmen die in das Gebiet einfließende Magne­ tisierung zuvor invertiert wird. Die geeignete Kombination liefert dann ein Angiogramm. Beim Einsatz von Kontrastmitteln zur Gefäßdarstellung, lassen sich Aufnahmen nach dem bekannten Verfahren der digitalen Subtraktionsangiographie (DSA) der RÖNTGEN-Technik erstellen.The method according to the invention is insensitive to signal weakening, which is caused by spin motion. This signal loss is caused by a phase dispersion due to vortex formation, turbulence or steep speed gradients and leads to image deletions, which leads to incorrect assessment of vascular ver leads to narrow ties. This is a very serious disadvantage of the known nuclear magnetic resonance Process compared to the X-RAY process, which is therefore still a means the choice is used for unequivocal diagnosis. In the Ver drive occur significantly weaker signal cancellations, so that it is excellent suitable as an angiographic measurement method. These vascular representations can be viewed with the help of Contrast agents or by one of the known magnetization preparation methods be won. In one of these known methods, the longitudinal magnetization tion prepared in such a way that its amplitude is proportional to the speed in a certain direction. This includes, for example, acquisitions preceded by pulse sequences of the type 90 ° | α-G-90 ° | ß with suitable phases α and β and combined. Another known way is to take two pictures of an area to perform, with one of these recordings the magne flowing into the area is inverted beforehand. The appropriate combination then provides an angiogram. When using contrast media for vascular imaging, pictures can be taken after the known methods of digital subtraction angiography (DSA) of the X-ray technique create.

12. Projektive Bildgebung12. Projective imaging

Die zweidimensionale Variante des Verfahrens ist vorzüglich zur Gewinnung projektiver Aufnahmen geeignet. Projektive Aufnahmen sind von Vorteil, wenn ein hoher intrinsi­ scher Kontrast vorliegt, etwa bei Perfusionsstudien oder Angiogrammen mit Hilfe von Kontrastmitteln oder bei Verfahren, bei denen ein bestimmter Signalanteil durch geeigne­ te Präparation unterdrückt wird. Es sei daran erinnert, daß die in der klinischen Praxis heute noch mit Gewinn verwendeten RÖNTGEN-Bilder auch nichts anderes als Durchleuchtungsbilder, also projektive Aufnahmen sind. Derartige Projektionsaufnahmen stoßen bei der Verwendung von Feldechos auf erhebliche Schwierigkeiten, da es auf Grund von Ma­ gnetfeldinhomogenitäten zu Signalauslöschungen über die Projektionsrichtung kommt. Bei einem Verfahren, daß auf der Registrierung des freien Induktionssignals beruht, ist das Si­ gnal bei k = 0 unabhängig von seinem Frequenzabstand in Phase, so daß dieser Effekt hier nicht beobachtet wird. Eine mögliche Variante besteht darin, abwechselnd Projektionen entlang verschiedenen Raumrichtungen durchzuführen.The two-dimensional variant of the method is excellent for obtaining projective Suitable recordings. Projective recordings are advantageous if a high intrinsic contrast, such as in perfusion studies or angiograms with the help of Contrast agents or in processes in which a certain signal component can be preparation is suppressed. It should be remembered that in clinical practice X-ray images still used today at a profit, nothing more than fluoroscopic images,  are projective recordings. Such projection recordings come across the use of field echoes on considerable difficulties, since it is due to Ma magnetic field inhomogeneities comes to signal cancellations via the projection direction. At a method that is based on the registration of the free induction signal is the Si gnal at k = 0 regardless of its frequency separation in phase, so this effect here is not observed. A possible variant is alternating projections perform along different spatial directions.

Beschreibung der FigurenDescription of the figures

Es sind 14 Figuren beigefügt.14 figures are attached.

  • 1. In der Fig. 1 werden die qualitativ unterschiedlichen Rekonstruktionsergebnisse im zwei­ dimensionalen (2D) und im dreidimensionalen (3D) Fall veranschaulicht. Im Laufe der Beschreibung der Erfindung wird dieser Sachverhalt detailliert untersucht. Zunächst wur­ de auf analytischem Wege das Signal einer Signaldichteverteilung berechnet, welche für den Radius r < R konstant gleich eins und sonst null ist. Aus diesem Signal wurde über die entsprechend diskretisierten Rekonstruktionsvorschriften eine Signaldichteverteilung p berechnet. Dabei wurden pro Induktionssignal N/2 = ν . 512 Digitalisierungspunkte mit jeweils zwei- und sechzehnfacher Überabtastung ν verwendet. Im zweidimensionalen Fall liegt bei ν = 2 ein sichtbarer Rekonstruktionsfehler vor, welcher bei ν = 16 praktisch verschwunden ist. Im dreidimensionalen Fall ist die Rekonstruktion für alle Werte der Überabtastung ν fehlerlos. Die geringfügigen Oszillationen der berechneten Signaldichten sind auf die endliche Anzahl von Digitalisierungspunkten zurückzuführen.1. The qualitatively different reconstruction results are illustrated in FIG. 1 in the two-dimensional (2D) and in the three-dimensional (3D) case. This fact is examined in detail in the course of the description of the invention. First, the signal of a signal density distribution was calculated analytically, which for the radius r <R is constantly equal to one and otherwise zero. A signal density distribution p was calculated from this signal using the appropriately discretized reconstruction instructions. N / 2 = ν per induction signal. 512 digitization points with two and sixteen times oversampling ν are used. In the two-dimensional case there is a visible reconstruction error at ν = 2, which has practically disappeared at ν = 16. In the three-dimensional case, the reconstruction is error-free for all values of the oversampling ν. The slight oscillations of the calculated signal densities are due to the finite number of digitization points.
  • 2. Die Fig. 2 zeigt das in Quadratur aufgenommene Signal S eines Untersuchungsobjektes, welches eine Signalbandbreite von ΔfS ≈ 100 kHz aufweist. In allen hier dargestellten Experimenten beträgt die Abtastrate Δf = 2 MHz. Es wurden pro Projektionsrichtung vier Akquisitionen gemittelt. Zur Anregung wurden Blockpulse mit einer Dauer von 2 µs und Anregungswinkel von rund 1° eingesetzt. Der Signalempfang ist 2 µs nach Ende des Anregungspulses (bei t = 0) störungsfrei. Die ersten drei Digitalisierungspunkte müssen jedoch aufgrund des Einschwingverhaltens der Analog-Digital-Wandler verworfen werden, so daß die effektive Empfängertotzeit (Wartezeit) τ = 4 µs beträgt. Eingezeichnet sind auch extrapolierte Signalwerte. Der wahre Wert des Signals s0 bei t = 0 wurde durch eine Messung bei abgeschalteten Magnetfeldgradienten bestimmt (siehe Fig. 3). Es ist das normierte Zeitsignal S(t)/s0 aufgetragen.2. FIG. 2 shows the signal S, recorded in quadrature, of an examination object, which has a signal bandwidth of Δf S ≈ 100 kHz. In all experiments shown here, the sampling rate is Δf = 2 MHz. Four acquisitions were averaged for each projection direction. Block pulses with a duration of 2 µs and an excitation angle of approximately 1 ° were used for excitation. The signal reception is free of interference 2 µs after the end of the excitation pulse (at t = 0). However, the first three digitization points must be discarded due to the transient response of the analog-digital converter, so that the effective receiver dead time (waiting time) is τ = 4 µs. Extrapolated signal values are also shown. The true value of the signal s 0 at t = 0 was determined by a measurement with the magnetic field gradient switched off (see FIG. 3). The standardized time signal S (t) / s 0 is plotted.
  • 3. In der Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Signalamplitude S des gleichen Untersuchungs­ objektes bei abgeschalteten Magnetfeldgradienten dargestellt. Der Signalbeitrag des Unter­ suchungsobjektes wird von einem Festkörpersignal aus der Spule überlagert (T *|2 = 297 µs). Das Zeitsignal ist auf die extrapolierte Signalamplitude s0 bei t = 0 normiert, welche aus 16 derartigen Signalverläufen mit einem relativen Fehler von 0,7% bestimmt wurde. 3. FIG. 3 shows the time course of the signal amplitude S of the same examination object when the magnetic field gradient is switched off. The signal contribution of the object under investigation is superimposed by a solid-state signal from the coil (T * | 2 = 297 µs). The time signal is normalized to the extrapolated signal amplitude s 0 at t = 0, which was determined from 16 such signal curves with a relative error of 0.7%.
  • 4. Die Fig. 4 zeigt das Verhältnis von 1024 extrapolierten Signalwerten sm für t = 0 zum wahren Signalwert s0 bei t = 0. Dazu wurden M = 1024 Projektionen des oben genann­ ten Untersuchungsobjektes in dreidimensionaler Akquisitionstechnik aufgenommen. Der wahre Wert s0 geht auf Messungen bei abgeschalteten Magnetfeldgradienten zurück (siehe Fig. 3). Zur Extrapolation wurde das Verfahren der linearen Prädiktion unter Verwen­ dung der ersten L = 64 Datenpunkte und J = 16 Koeffizienten herangezogen. Dieses Verfahren ist in der Beschreibung der Erfindung näher erläutert. Das mittlere Verhältnis s der extrapolierten Signalwerte sm zu s0 beträgt hier s = 1,002 ± 0,034.4. FIG. 4 shows the ratio of 1024 extrapolated signal values s m for t = 0 to the true signal value s 0 at t = 0. For this purpose, M = 1024 projections of the above-mentioned examination object were recorded using a three-dimensional acquisition technique. The true value s 0 is based on measurements with the magnetic field gradients switched off (see FIG. 3). The method of linear prediction using the first L = 64 data points and J = 16 coefficients was used for extrapolation. This method is explained in more detail in the description of the invention. The average ratio s of the extrapolated signal values s m to s 0 here is s = 1.002 ± 0.034.
  • 5. Die Fig. 5 zeigt Profile und Bilder eines Probenröhrchens, welche mit der zweidimensiona­ len Variante der Erfindung gewonnen wurden. Das Probenröhrchen hat einen Innendurch­ messer von 10 mm und eine Wandstärke von 1 mm und enthält eine Substanz, welche eine Zerfallszeit von T *|2 = 180,0 ± 0,2 µs aufweist. Das entspricht bei der zweidimensionalen Va­ riante der Erfindung einer Linienbreite von 1,355 kHz beziehungsweise einer Ortsunschärfe von 347 µm bei einem Frequenzkodiergradienten von Gf = 91,75 mT/m. Wir definieren alle Linienbreiten als die Breite der Kurve auf halber Höhe ihres Maximums (FWHM). Mit ΔfB ist hier und im folgenden die Frequenzbreite bezeichnet, die einem Bildbereich von 2R = 64 mm entspricht. Unter der Darstellung der Profile finden sich Aufnahmen mit jeweils 32 × 32 Bildpunkten und einer Bildpunktbreite von 0,5 mm. Unten links ist eine Aufnahme abgebildet, welche mit einer Feldecho-Impulssequenz (FE) bei einer Echozeit von TE = 1,1 ms und einem Anregungswinkel von α »1° gewonnen wurde. Rechts dane­ ben sind Aufnahmen zu sehen, welche mit der erfindungsgemäßen Methode (FID) erstellt wurden. Unter jeder Aufnahme ist die Bandbreite ΔfB vermerkt. Zur Rekonstruktion wurde das Integral
    direkt diskretisiert. Es finden M = 512 Projektionen mit einem Winkelinkrement von δϕ = 2π/M Verwendung. Die Akquisitionszeit pro Induktionssignal beläuft sich auf T = 1024 µs. Bei ΔfB = 62,5 kHz ist die Abbildung noch unscharf, da die Linienverbreite­ rung aufgrund des Signalzerfalls 1,4 mm beträgt. Das gleiche gilt für die Aufnahme bei ΔfB = 125 kHz, bei welcher die Ortsunschärfe mit 0,7 mm noch über der Bildpunktbreite liegt. Bei ΔfB = 250 kHz sinkt die Linienverbreiterung auf 0,35 mm und man erhält ein scharfes Bild. Anhand der Profile ist dies genauer zu erkennen. Bei der höchsten Band­ breite wird die Kante des Röhrchens ohne Verschleifung dargestellt. Die Bildamplitude verschwindet am Rande des Röhrchens nicht sofort. Ursache dafür ist ein Festkörpersignal aus der Kunststoffwand des Probenröhrchens. Dessen Zerfallskonstante liegt noch unter der der Probenlösung, so daß die Abbildung der Röhrchenwand bei ΔfB = 250 kHz noch unscharf ist. Verwendet man als Probenlösung physiologische Kochsalzlösung, so tritt die­ ser Effekt deutlicher zu Tage, weil sich die beiden Signalanteile in ihrer Zerfallszeit stärker unterscheiden (siehe Fig. 7).
    5. Fig. 5 shows profiles and images of a sample tube, which were obtained with the two-dimensional variant of the invention. The sample tube has an inner diameter of 10 mm and a wall thickness of 1 mm and contains a substance that has a disintegration time of T * | 2 = 180.0 ± 0.2 µs. In the two-dimensional variant of the invention, this corresponds to a line width of 1.355 kHz or a location blur of 347 μm with a frequency coding gradient of G f = 91.75 mT / m. We define all line widths as the width of the curve halfway up its maximum (FWHM). Δf B denotes the frequency width here and below, which corresponds to an image area of 2R = 64 mm. The display of the profiles contains images with 32 × 32 pixels each and a pixel width of 0.5 mm. At the bottom left is a picture that was obtained with a field echo pulse sequence (FE) with an echo time of T E = 1.1 ms and an excitation angle of α »1 °. On the right there are images that were created with the method according to the invention (FID). The bandwidth Δf B is noted under each image. The integral was used for reconstruction
    discretized directly. M = 512 projections with an angular increment of δϕ = 2π / M are used. The acquisition time per induction signal amounts to T = 1024 µs. At Δf B = 62.5 kHz, the image is still blurred because the line broadening is 1.4 mm due to the signal decay. The same applies to the recording at Δf B = 125 kHz, at which the location blur is still 0.7 mm above the pixel width. At Δf B = 250 kHz the line broadening drops to 0.35 mm and a sharp image is obtained. This can be seen more clearly from the profiles. At the highest band width, the edge of the tube is shown without grinding. The image amplitude does not immediately disappear on the edge of the tube. The reason for this is a solid-state signal from the plastic wall of the sample tube. Its decay constant is still below that of the sample solution, so that the image of the tube wall at Δf B = 250 kHz is still not clear. If physiological saline solution is used as the sample solution, this effect becomes more apparent because the two signal components differ more in their decay time (see FIG. 7).
  • 6. Die Fig. 6 zeigt ein Profil der oben genannten Probe in zwei verschiedenen Skalierungen bei ΔfB = 250 kHz. Bei der Rekonstruktion des dargestellten Profils wurde die Akquisi­ tionszeit T pro Induktionssignal auf 370 µs beschränkt, um den optimalen Rauschabstand zu erzielen. Die Frequenzauflösung entspricht bei dieser Wahl von T genau der Linienver­ breiterung durch den Signalzerfall. Bei negativen Koordinatenwerten sind in der Höhe des Rauschniveaus in der Nähe des Untersuchungsobjektes noch schwache Festkörperbeiträge aus der Spule zu erkennen. Die am Rande des dargestellten Bereiches gerade noch erkenn­ baren Strukturen lassen sich auf die endliche Anzahl von Projektionen zurückführen.6. FIG. 6 shows a profile of the above-mentioned sample in two different scalings at Δf B = 250 kHz. During the reconstruction of the profile shown, the acquisition time T per induction signal was limited to 370 µs in order to achieve the optimal signal-to-noise ratio. With this choice of T, the frequency resolution corresponds exactly to the line broadening due to the signal decay. In the case of negative coordinate values, weak solid-state contributions from the coil can still be seen at the level of the noise in the vicinity of the examination object. The structures just barely recognizable at the edge of the area shown can be traced back to the finite number of projections.
  • 7. Die Fig. 7 zeigt mit der zweidimensionalen Variante der Erfindung gewonnene Profile und Bilder eines Probenröhrchens mit den oben bereits genannten Abmessungen. Das Röhr­ chen enthält physiologische Kochsalzlösung (NaCl 0,9%). Bei niedriger Signalbandbreite liefert das Festkörpersignal der Röhrchenwand kaum einen Bildbeitrag. Mit wachsender Signalbandbreite nimmt sein Gewicht zu, erkennbar an der Amplitudenüberhöhung im Bereich der Röhrchenwand. Bei ΔfB = 333,3 kHz ist die Darstellung der Röhrchenwand immer noch unscharf, so daß man schließen muß, daß die Zerfallszeit des Festkörpersignals aus der Röhrchenwand unter T *|2 ≈ 100 µs liegt. Rechts neben den Profilen ist schematisch angedeutet, wie sich die Bildbeiträge von Röhrchenwand und Probenlösung überlagern. Unter der Darstellung der Profile befindet sich eine Reihe von Bildern des Untersuchungs­ objektes. Die entsprechende Bandbreite ΔfB ist unter jedem Bild angegeben. Dargestellt ist wieder jeweils eine 32 × 32 Matrix mit einer Bildpunktbreite von 0,5 mm. Es wurden 512 Projektionen verwendet. 7. With the two-dimensional variant of the invention, FIG. 7 shows profiles and images of a sample tube with the dimensions already mentioned above. The tube contains physiological saline (NaCl 0.9%). If the signal bandwidth is low, the solid-state signal of the tube wall provides hardly any picture contribution. As the signal bandwidth increases, its weight increases, as can be seen from the excessive amplitude in the area of the tube wall. At Δf B = 333.3 kHz the representation of the tube wall is still not clear, so that one has to conclude that the decay time of the solid state signal from the tube wall is below T * | 2 ≈ 100 µs. To the right of the profiles is schematically indicated how the picture contributions of tube wall and sample solution overlap. Below the presentation of the profiles is a series of pictures of the examination object. The corresponding bandwidth Δf B is given under each picture. A 32 × 32 matrix with a pixel width of 0.5 mm is shown again. 512 projections were used.
  • 8. In der Fig. 8 sind Profile des oben erwähnten Probenröhrchens mit Kochsalzlösung für ΔfB = 62,5 kHz und eine Akquisitionszeit von T = 2048 µs pro Induktionssignal über einen größeren Bereich dargestellt. Die durchgezogenen Kurven zeigen das Rekonstruk­ tionsergebnis bei Verwendung eines Exponentialfilters e-t/τF für das Zeitsignal. Die Fil­ terkonstante τF ist so gewählt, daß die eindimensionale Linienverbreiterung gerade der Frequenzbreite eines Bildpunktes
    entspricht: 1/τF = πδf. Das Filter unter­ drückt Rauschen, läßt jedoch etwaige Störungen in der Umgebung von k = 0 im Ortsfre­ quenzraum nahezu unbeeinflußt. Solche Störungen - etwa durch Extrapolationsfehler oder durch Signalverzerrung - würden zu niederfrequenten Bildamplitudenvariationen führen, und zwar auch dort, wo kein Signalbeitrag durch das Untersuchungsobjekt vorliegt (siehe Fig. 1). Die Tatsache, daß die Bildamplitudenwerte in den signalfreien Bereichen nach Anwendung des Filters weiter gegen Null streben, zeigt, daß Rekonstruktionsfehler zu vernachlässigen sind. Die am Rande des dargestellten Bereiches gerade noch erkennbaren Strukturen sind auch in den folgenden Profilen der Fig. 9-11 bei höheren Bandbrei­ ten ΔfB in gleicher Form vorhanden. Sie lassen sich auf die endliche Anzahl von Projek­ tionen zurückführen. Die Schwankung der extrapolierten Werte für S(0), welche mit dem Verfahren der linearen Prädiktion unter Verwendung der ersten L = 128 Datenpunkte und J = 32 Koeffizienten bestimmt wurde, beträgt bezogen auf ihren Mittelwert 2%.
    8. FIG. 8 shows profiles of the above-mentioned sample tube with saline for Δf B = 62.5 kHz and an acquisition time of T = 2048 μs per induction signal over a larger area. The solid curves show the reconstruction result when using an exponential filter e -t / τ F for the time signal. The filter constant τ F is chosen so that the one-dimensional line broadening is precisely the frequency width of a pixel
    corresponds to: 1 / τ F = πδf. The filter suppresses noise, but leaves any interference in the vicinity of k = 0 in the local frequency space almost unaffected. Such disturbances - for example due to extrapolation errors or signal distortion - would lead to low-frequency image amplitude variations, even where there is no signal contribution from the examination object (see FIG. 1). The fact that the image amplitude values in the signal-free areas continue to strive towards zero after application of the filter shows that reconstruction errors can be neglected. The structures just barely recognizable at the edge of the area shown are also present in the following profiles in FIGS. 9-11 at higher band widths Δf B in the same form. They can be traced back to the finite number of projections. The fluctuation of the extrapolated values for S (0), which was determined using the method of linear prediction using the first L = 128 data points and J = 32 coefficients, is 2% based on their mean value.
  • 9. In der Fig. 9 sind Profile des oben erwähnten Probenröhrchens mit NaCl-Lösung für ΔfB = 125,0 kHz und eine Akquisitionszeit von T = 1024 µs pro Indukionssignal darge­ stellt. Die Schwankung der extrapolierten Werte für S(0), welche mit dem Verfahren der linearen Prädiktion unter Verwendung der ersten L = 64 Datenpunkte und J = 16 Koeffi­ zienten bestimmt wurde, beträgt bezogen auf ihren Mittelwert 2%. Die Ausführungen zur Fig. 8 treffen entsprechend zu.9. In FIG. 9, profiles of the above-mentioned sample tube with NaCl solution for Δf B = 125.0 kHz and an acquisition time of T = 1024 μs per induction signal are shown. The fluctuation of the extrapolated values for S (0), which was determined using the linear prediction method using the first L = 64 data points and J = 16 coefficients, is 2% based on their mean value. The description of FIG. 8 apply accordingly.
  • 10. In der Fig. 10 sind Profile des oben erwähnten Probenröhrchens mit NaCl-Lösung für ΔfB = 250,0 kHz und eine Akquisitionszeit von T = 512 µs pro Indukionssignal darge­ stellt. Die Schwankung der extrapolierten Werte für S(0), welche mit dem Verfahren der linearen Prädiktion unter Verwendung der ersten L = 32 Datenpunkte und J = 8 Koeffi­ zienten bestimmt wurde, beträgt bezogen auf ihren Mittelwert 5%. Die Ausführungen zur Fig. 8 treffen entsprechend zu. 10. In FIG. 10, profiles of the above-mentioned sample tube with NaCl solution for Δf B = 250.0 kHz and an acquisition time of T = 512 μs per induction signal are shown. The fluctuation of the extrapolated values for S (0), which was determined using the method of linear prediction using the first L = 32 data points and J = 8 coefficients, is 5% based on their mean value. The description of FIG. 8 apply accordingly.
  • 11. In der Fig. 11 sind Profile des oben erwähnten Probenröhrchens mit NaCl-Lösung für ΔfB = 333,3 kHz und eine Akquisitionszeit von T = 384 µs pro Indukionssignal darge­ stellt. Die Schwankung der extrapolierten Werte für S(0), welche mit dem Verfahren der linearen Prädiktion unter Verwendung der ersten L = 24 Datenpunkte und J = 6 Koeffi­ zienten bestimmt wurde, beträgt bezogen auf ihren Mittelwert 4%. Die Ausführungen zur Fig. 8 treffen entsprechend zu.11. In FIG. 11, profiles of the above-mentioned sample tube with NaCl solution for Δf B = 333.3 kHz and an acquisition time of T = 384 μs per induction signal are shown. The fluctuation of the extrapolated values for S (0), which was determined using the linear prediction method using the first L = 24 data points and J = 6 coefficients, is 4% based on their mean value. The description of FIG. 8 apply accordingly.
  • 12. Mit der Fig. 12 sollen die günstigen Eigenschaften der Erfindung in bezug auf Suszeptibi­ litätssprünge belegt werden. Dargestellt ist die Luft-Wasser-Grenze am Einfüllstutzen einer sphärischen Probenflasche. Die verwendete Oberflächenspule leuchtet nur einen kleinen Teil des Untersuchungsobjektes aus. Man blickt von oben auf den Einfüllstutzen. Es wurde wie­ der die zweidimensionale Variante der Erfindung verwendet. An der Luft-Wasser-Grenze herrschen starke lokale Magnetfeldgradienten vor, welche in der Feldechoaufnahme (FE) bei einer Echozeit von TE = 2 ms bereits zu gravierenden Bildartefakten und zu Signal­ auslöschungen führen. In der Aufnahme mit dem erfindungsgemäßen Verfahren (FID) ist nur eine geringfügige Fehlabbildung ohne Signalauschlöschungen zu verzeichnen. In den beiden oberen Aufnahmen ist ΔfB = 125 kHz. In den unteren drei Aufnahmen, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnen wurden (FID), wird demonstriert, wie sich die Luft-Wasser-Grenze bei verschiedenen Signalbandbreiten darstellt. Unter den Bildern sind die Bandbreiten ΔfB angegeben. Die Kontur wird bei ΔfB = 250 kHz vollkommen scharf abgebildet.12. With Fig. 12, the favorable properties of the invention in relation to susceptibility leaps are to be demonstrated. The air-water limit at the filler neck of a spherical sample bottle is shown. The surface coil used only illuminates a small part of the examination object. You can see the filler neck from above. The two-dimensional variant of the invention was used again. Strong local magnetic field gradients prevail at the air-water boundary, which in the field echo recording (FE) with an echo time of T E = 2 ms already lead to serious image artifacts and to signal cancellations. In the recording with the method (FID) according to the invention, only a slight misrepresentation without signal extinctions can be recorded. In the two images above, Δf B = 125 kHz. In the lower three recordings, which were obtained with the method according to the invention (FID), it is demonstrated how the air-water limit is at different signal bandwidths. The bandwidths Δf B are given below the pictures. The contour is reproduced completely sharply at Δf B = 250 kHz.
  • 13. In der Fig. 13 ist die Begrenzung der Auflösung durch die Relaxation bei dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren dargestellt. Um den Einfluß der Relaxation auf die erzielba­ re Ortsauflösung zu untersuchen, wird ein hypothetisches (eindimensionales) Experiment betrachtet, bei dem zur Zeit t = 0 eine breitbandige Hochfrequenzanregung bei einge­ schaltetem Magnetfeldgradienten G stattfindet. Nach einer Zeit t = T wird der Magnet­ feldgradient invertiert, so daß es bei t = 2T zu einem Feldecho kommt. Bezüglich der Signalschwächung durch die Relaxation verhalten sich die Feldecho- und die Spinecho- Impulssequenz gleichartig. Man muß nur bei der Spinecho-Impulssequenz T *|2 durch T2 ersetzen. Bei der Spinecho-Impulssequenz ist an der Stelle t = T ein Refokussierungspuls ohne Inversion des Magnetfeldgradienten einzufügen, so daß sich bei t = 2T ein Spinecho bildet. Wir bezeichen die Feldecho- und die Spinecho-Impulssequenz hier gemeinsam als Echo-Impulssequenzen (ECHO), während das erfindungsgemäße Verfahren als Fid- Impulssequenz (FID) gekennzeichnet ist. Bei der Fid-Impulssequenz gehen wir von zwei Anregungen unter gegensätzlich gepolten Magnetfeldgradienten aus, um auf die gleiche Anzahl von Digitalisierungspunkten wie beim Echo-Verfahren zu kommen. In der oberen Abbildung der Fig. 13 ist der Signalverlauf für T *|2 dargestellt. Für die Linienbreite δr und die Linienhöhe A einer exponentiell zerfallenden Punktquelle Sλ(η) = exp(-ηλ) mit η = t/T und λ = T/T *|2 ergibt sich bei Amplitudenrekonstruktion für λ » 1
    wobei ζ = fT ist und die FOURIER-Transformation bezeichnet. Die Linienbreite ist bei Echo-Impulssequenzen wegen des asymmetrischen Signalverlaufs im Ortsfrequenzraum um den Faktor √3 größer als bei der Fid-Impulssequenz. Weitaus gravierender schlägt jedoch der Signalverlust bei Echo-Impulssequenzen zu Buche: Bei λ = 1 beträgt die Signalampli­ tude bei Echo-Impulssequenzen ein Viertel des Wertes der Fid-Impulssequenz, bei λ = 2 sinkt das Verhältnis bereits auf drei Prozent. In der mittleren Abbildung der Fig. 13 ist die Abhängigkeit der Linienbreite
    von T für die Fid-Impulssequenz und Echo-Impulssequenzen aufgetragen. Mit δrT ist die Linienbreite (ohne Signalzerfall) bei gegebener Akquisitionszeit T pro Induktionssignal bezeichnet, δrT *|2 ist die Linienbreite aufgrund der Relaxation. In der unteren Abbildung der Fig. 13 ist die Linienhöhe für die entsprechenden Impulssequenzen dargestellt. Die Parameter sind T *|2 = 180 µs und G = 91,75 mT/m.
    13. In FIG. 13 the limitation of the resolution by the relaxation is shown in the method according to the invention. In order to investigate the influence of relaxation on the achievable spatial resolution, a hypothetical (one-dimensional) experiment is considered in which, at time t = 0, broadband high-frequency excitation takes place with the magnetic field gradient G switched on. After a time t = T, the magnetic field gradient is inverted, so that there is a field echo at t = 2T. The field echo and the spin echo pulse sequence behave in the same way with regard to the signal weakening by relaxation. One only has to replace T * | 2 with T 2 in the case of the spin echo pulse sequence. In the case of the spin echo pulse sequence, a refocusing pulse without inversion of the magnetic field gradient is to be inserted at the point t = T, so that a spin echo is formed at t = 2T. We refer to the field echo and the spin echo pulse sequence here as echo pulse sequences (ECHO), while the method according to the invention is identified as a Fid pulse sequence (FID). With the Fid pulse sequence, we assume two excitations with oppositely polarized magnetic field gradients in order to arrive at the same number of digitization points as with the echo method. . In the upper illustration of Figure 13, the waveform for T * | 2 is shown. For the line width δr and the line height A of an exponentially decaying point source S λ (η) = exp (-ηλ) with η = t / T and λ = T / T * | 2, the result for amplitude reconstruction for λ »1
    where ζ = fT and denotes the FOURIER transformation. The line width in echo pulse sequences is larger by a factor of √3 than in the Fid pulse sequence due to the asymmetrical signal curve in the spatial frequency domain. However, the signal loss with echo pulse sequences has a far more serious impact: With λ = 1, the signal amplitude with echo pulse sequences is a quarter of the value of the Fid pulse sequence, with λ = 2 the ratio drops to three percent. In the middle illustration in FIG. 13 is the dependence of the line width
    plotted by T for the Fid pulse sequence and echo pulse sequences. Δr T denotes the line width (without signal decay) for a given acquisition time T per induction signal, δr T * | 2 is the line width due to relaxation. The line height for the corresponding pulse sequences is shown in the lower illustration in FIG. 13. The parameters are T * | 2 = 180 µs and G = 91.75 mT / m.
  • 14. In der Fig. 14 ist die Begrenzung der Auflösung durch die Diffusion bei dem erfindungs­ gemäßen Verfahren dargestellt. Um den Einfluß der Diffusion auf die erzielbare Orts­ auflösung zu untersuchen, wird das gleiche hypothetisches Experiment wie in der Fig. 13 betrachtet. Bezüglich der Signalschwächung durch die Diffusion, gekennzeichnet durch ei­ ne Diffusionskonstante D, verhalten sich die Feldecho- und die Spinecho-Impulssequenz ebenfalls gleichartig. Die Signalschwächung im Intervall [0, 3T] ist durch
    gegeben, wobei µ3 = γ2G2T3D/3 ist. Dieser Signalverlauf ist in der oberen Abbildung der Fig. 14 dargestellt. In der mittleren Abbildung der Fig. 14 ist die Abhängigkeit der Linienbreite
    von der Akquisitionszeit T pro Induktionssignal für die Fid- Impulssequenz und Echo-Impulssequenzen bei Amplitudenrekonstruktion aufgetragen. Mit δrT ist hier wieder die Linienbreite (ohne Signalzerfall) bei gegebener Akquisitionszeit T pro Induktionssignal bezeichnet, δrD ist die Linienbreite aufgrund der Diffusion. In der un­ teren Abbildung der Fig. 14 ist die Linienhöhe für die entsprechenden Impulssequenzen dargestellt. Die verwendeten Parameter sind D = 2 . 10-9 m2/s und G = 200 mT/m. Die erreichbare Ortsauflösung ist bei der Fid-Impulssequenz etwa doppelt so hoch, wie bei Echo-Verfahren. Wie man sieht, nimmt die Linienverbreiterung bei Echo-Impulssequenzen ab einer gewissen Meßzeit T sogar wieder zu. Die Ursache liegt in dem Signalmaximum bei t/T = √2, welches durch die teilweise Rephasierung derjenigen Spins hervorgerufen wird, welche in dem Zeitintervall [0, T] kaum ihre Bewegungsrichtung geändert haben. Das Verhältnis des Signalmaximums zur Signalamplitude am Echozentrum
    wächst exponentiell mit der Diffusion. Dadurch verstärkt sich die asymmetrische Ampli­ tudengewichtung im Ortsfrequenzraum, so daß die dispersive Komponente des Spektrums an Gewicht gewinnt. Diese ist bei der Amplitudenrekonstruktion für die zunehmende Lini­ enbreite verantwortlich. Das Signalverhalten der Echo-Impulssequenzen macht ihre Opti­ mierung schwieriger als die der Fid-Impulssequenz. Bei der Fid-Impulssequenz kann nach abgeschlossener Messung die Ortsauflösung durch Unterdrückung hoher Ortsraumfrequen­ zen so lange vermindert werden, bis sich ein befriedigender Rauschabstand einstellt. Bei Echo-Impulssequenzen muß diese Entscheidung schon vor dem Experiment gefällt werden. Wird eine zu hohe Ortsauflösung angestrebt, so kann es geschehen, daß das Experiment wegen eines zu geringen Rauschabstandes wiederholt werden muß.
    14. The limitation of the resolution by the diffusion in the method according to the invention is shown in FIG. 14. To investigate the influence of diffusion on the achievable spatial resolution, the same hypothetical experiment as in FIG. 13 is considered. With regard to the signal attenuation by diffusion, characterized by a diffusion constant D, the field echo and the spin echo pulse sequence also behave in the same way. The signal weakening in the interval [0, 3T] is through
    given, where µ 3 = γ 2 G 2 T 3 D / 3. This signal curve is shown in the upper illustration in FIG. 14. The depiction of the line width is in the middle illustration in FIG. 14
    from the acquisition time T per induction signal for the Fid pulse sequence and echo pulse sequences for amplitude reconstruction. With δr T again the line width (without signal decay) is given for a given acquisition time T per induction signal, δr D is the line width due to the diffusion. In the un direct illustration of FIG. 14 is the line height for the corresponding pulse sequences. The parameters used are D = 2. 10 -9 m 2 / s and G = 200 mT / m. The achievable spatial resolution is approximately twice as high with the Fid pulse sequence as with the echo method. As can be seen, the line broadening in echo pulse sequences even increases again after a certain measuring time T. The cause lies in the signal maximum at t / T = √2, which is caused by the partial rephasing of those spins that have hardly changed their direction of movement in the time interval [0, T]. The ratio of the signal maximum to the signal amplitude at the echo center
    grows exponentially with diffusion. This increases the asymmetrical amplitude weighting in spatial frequency space, so that the dispersive component of the spectrum gains weight. This is responsible for the increasing line width in the amplitude reconstruction. The signal behavior of the echo pulse sequences makes their optimization more difficult than that of the Fid pulse sequence. In the case of the Fid pulse sequence, the spatial resolution can be reduced by suppressing high spatial spatial frequencies until a satisfactory signal-to-noise ratio is obtained. With echo pulse sequences, this decision must be made before the experiment. If the aim is to achieve a high spatial resolution, the experiment may have to be repeated because the signal-to-noise ratio is too small.
Literaturliterature

[1] C. M. LAI, P. C. LAUTERBUR
A gradient control device for complete three-dimensional nuclear magnetic resonance zeug­ matographic imaging
Journal of Physics E (Sci. Instrum) 13: 747 (1980)
[2] C. M. LAI, P. C. LAUTERBUR
True three-dimensional image reconstruction by nuclear magnetic resonance zeugmatogra­ phy
Phys. Med. Biol, 26(5): 851 (1981)
[3] D. P. MADIO, I. J. LOWE
Ultra-fast imaging using low flip angles and FIDs
Magnetic Resonance in Medicine 34: 525 (1995)
[4] D. P. MADIO, H. M. GACH, I. J. LOWE
Ultra-fast velocity imaging in stenotically produced turbulent jets using RUFIS
Magnetic Resonance in Medicine 39: 574 (1998)
[5] H. M. GACH, I. J. LOWE
Characterization of flow emerging from a stenosis using MRI
Magnetic Resonance in Medicine 40: 559 (1998)
[6] H. M. GACH, I. J. LOWE
Observing Curved flow using RUFIS
Magnetic Resonance in Medicine 41: 1258 (1999)
[7] D. O. KUETHE, A. CAPRIHAN, A. FUKUSHIMA, R. A. WAGGONER
Imaging Jungs using inert fluorinated gases
Magnetic Resonance in Medicine 39: 85 (1998)
[8] A. NAUERTH
US-Patent 5,557,203
[9] S. T. S. WONG, M. S. ROOS
Book of Abstracts, Seite 1178, SMRM 1993
[10] W. H. PRESS, S. A. TEUKOLSKY, W. T. VETTERLING, B. P. FLANNERY
Numerical Recipes in C, Cambridge University Press, 2. Ed, Seite 564-570
[1] CM LAI, PC LAUTERBUR
A gradient control device for complete three-dimensional nuclear magnetic resonance witness matographic imaging
Journal of Physics E (Sci. Instrum) 13: 747 (1980)
[2] CM LAI, PC LAUTERBUR
True three-dimensional image reconstruction by nuclear magnetic resonance zeugmatogra phy
Phys. Med. Biol, 26 (5): 851 (1981)
[3] DP MADIO, IJ LOWE
Ultra-fast imaging using low flip angles and FIDs
Magnetic Resonance in Medicine 34: 525 (1995)
[4] DP MADIO, HM GACH, IJ LOWE
Ultra-fast velocity imaging in stenotically produced turbulent jets using RUFIS
Magnetic Resonance in Medicine 39: 574 (1998)
[5] HM GACH, IJ LOWE
Characterization of flow emerging from a stenosis using MRI
Magnetic Resonance in Medicine 40: 559 (1998)
[6] HM GACH, IJ LOWE
Observing Curved flow using RUFIS
Magnetic Resonance in Medicine 41: 1258 (1999)
[7] DO KUETHE, A. CAPRIHAN, A. FUKUSHIMA, RA WAGGONER
Imaging guys using inert fluorinated gases
Magnetic Resonance in Medicine 39: 85 (1998)
[8] A. NAUERTH
U.S. Patent 5,557,203
[9] STS WONG, MS ROOS
Book of Abstracts, page 1178, SMRM 1993
[10] WH PRESS, SA TEUKOLSKY, WT VETTERLING, BP FLANNERY
Numerical Recipes in C, Cambridge University Press, 2nd Ed, pages 564-570

Claims (10)

1. Magnetresonanzbildgebungsverfahren, bei dem
  • a) ein Untersuchungsobjekt, welches Teilchen mit Eigendrehimpuls enthält, in ein weitgehend homogenes Magnetfeld gebracht wird,
  • b) ein Magnetfeldgradient G m, m = 1 vorgegebener Amplitude und Orientierung ange­ legt wird, welcher als Erequenzkodiergradient dient,
  • c) ein Hochfrequenzanregungspuls gesendet wird, welcher zum Zeitpunkt tm, m = 1 endet,
  • d) das durch den Hochfrequenzanregungspuls hervorgerufene Signal mindestens über eine vorgegebene Zeit T empfangen wird,
  • e) dieses Signal mit einer Abtastbandbreite Δf abgetastet wird, wobei pro Anregung n < 1 Signalwerte registriert werden, deren erster bei einer vorgegebenen Wartezeit τ frühestens zur Zeit tm + τ aufgenommen wird,
  • f) die Vorgänge (b)-(e) für eine vorgegebene Anzahl von M - 1 Magnetfeldgradienten G m, m = 2, . . . , M wiederholt werden,
dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß für wenigstens einen der M Vorgänge (b)-(e) - etwa für den m'-ten - der erste Signalwert zur Zeit tm' + τ aufgenommen wird,
  • b) daß die maximale Signalbandbreite ΔfS des Untersuchungsobjektes unter allen ver­ wendeten Magnetfeldgradienten Gm, m = 1, . . . , M mittels der Magnetfeldgradienten G m, m = 1, . . . , M so eingestellt wird, daß τΔfS < 1 gilt,
  • c) daß die Abtastbandbreite gemäß Δf ≧ ΔfS gewählt wird,
so daß der Rekonstruktionsfehler durch fehlende Beiträge nicht gemessener Signalwerte im zeitlichen Bereich der Hochfrequenzanregungspulse und der auf jeden Hochfrequenzanre­ gungspuls folgenden Wartezeit τ reduziert wird.
1. Magnetic resonance imaging method in which
  • a) an examination object, which contains particles with their own angular momentum, is brought into a largely homogeneous magnetic field,
  • b) a magnetic field gradient G m , m = 1 of predetermined amplitude and orientation is applied, which serves as a sequence coding gradient,
  • c) a high-frequency excitation pulse is sent, which ends at time t m , m = 1,
  • d) the signal caused by the high-frequency excitation pulse is received at least over a predetermined time T,
  • e) this signal is sampled with a scanning bandwidth Δf, n <1 signal values being registered per excitation, the first of which is recorded at a time t m + τ at a given waiting time τ at the earliest,
  • f) the processes (b) - (e) for a predetermined number of M - 1 magnetic field gradients G m , m = 2,. . . , M be repeated,
characterized by
  • a) that for at least one of the M processes (b) - (e) - for example for the m'th - the first signal value is recorded at the time t m ' + τ,
  • b) that the maximum signal bandwidth Δf S of the examination object under all ver used magnetic field gradients G m , m = 1,. . . , M by means of the magnetic field gradients G m , m = 1,. . . , M is set such that τΔf S <1,
  • c) that the scanning bandwidth is selected according to Δf ≧ Δf S ,
so that the reconstruction error is reduced by missing contributions of unmeasured signal values in the time domain of the high-frequency excitation pulses and the waiting time τ following each high-frequency excitation pulse.
2. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß τΔfS ≦ 0,8 gilt.2. Magnetic resonance imaging method according to claim 1, characterized in that τΔf S ≦ 0.8 applies. 3. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß τΔfS ≦ 0,5 gilt.3. Magnetic resonance imaging method according to claim 1, characterized in that τΔf S ≦ 0.5 applies. 4. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß τΔfS ≦ 0,25 gilt.4. Magnetic resonance imaging method according to claim 1, characterized in that τΔf S ≦ 0.25 applies. 5. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß τΔfS ≦ 0,125 gilt.5. Magnetic resonance imaging method according to claim 1, characterized in that τΔf S ≦ 0.125 applies. 6. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß τΔfS ≦ 0,05 gilt.6. Magnetic resonance imaging method according to claim 1, characterized in that τΔf S ≦ 0.05 applies. 7. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, daß nicht gemessene Signalwerte im zeitlichen Bereich der Hochfrequenzanregungspulse und der auf jeden Hochfrequenzanregungspuls folgenden Wartezeit τ durch ein Extra­ polations- oder Näherungsverfahren bestimmt werden, so daß der Rekonstruktionsfehler reduziert wird. 7. Magnetic resonance imaging method according to one of the preceding claims characterized, that unmeasured signal values in the temporal range of the high-frequency excitation pulses and the waiting time τ following each high-frequency excitation pulse by an extra Polation or approximation methods can be determined so that the reconstruction error is reduced.   8. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche dadurch gekennzeichnet,
daß der dem Volumenintegral der Signaldichte ρ entsprechende Signalwert
aus dem Signal einer oder mehrerer zusätzlicher Anregungen bei abgeschalteten Magnet­ feldgradienten bestimmt wird, so daß der Rekonstruktionsfehler reduziert wird.
8. Magnetic resonance imaging method according to one of the preceding claims, characterized in
that the signal value corresponding to the volume integral of the signal density ρ
field gradient is determined from the signal of one or more additional excitations when the magnetic field is switched off, so that the reconstruction error is reduced.
9. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom Magnetfeldgradienten G m zum Magnetfeldgradienten G m+1 für mindestens eines der m = 1, . . . , M - 1 schon wahrend des Signalempfanges stattfindet.9. Magnetic resonance imaging method according to one of the preceding claims, characterized in that the transition from the magnetic field gradient G m to the magnetic field gradient G m + 1 for at least one of the m = 1,. . . , M - 1 already takes place during signal reception. 10. Magnetresonanzbildgebungsverfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche dadurch gekennzeichnet, daß eine vorgegebene Gradienten- und/oder Hochfrequenzpulsfolge der Messung vorange­ stellt wird, oder daß diese zu ausgewählten Zeitpunkten wahrend der Messung eingescho­ ben wird, so daß der Kontrast beeinflußt wird.10. Magnetic resonance imaging method according to one of the preceding claims characterized, that a predetermined gradient and / or high-frequency pulse sequence precedes the measurement is set, or that it is inserted at selected times during the measurement ben, so that the contrast is affected.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C.M.LAI, P.C.LAUTERBUR: A gradient control device for complete three-dimensional nuclar magnetic resonance zeugmatographic imaging, Journal of Physics E(Sci.Instrum) 13:747(1980) *
C.M.LAI, P.C.LAUTERBUR: True three-dimensional image reconstruction by nuclear magnetic resonance zeugmatography, Phys.Med.Biol, 26(5):581 (1981) *
D.P.MADIO, H.M.GACH, I.J.LOWE: Ultra-fast velocity imaging in stenotically produced turbulent jets using RUFIS Magnetic Resonance in Medicine 39:574 (1998) *
D.P.MADIO, I.J.LOWE: Ultra-fast imaging using low flip angles and FIDs Magnetic Resonance in Medicine 34:525 (1995) *
H.M GACH, I.J.LOWE: Characterization of flow emerging from a stenosis using MRI Magnetic *
Magn.Reson.Med. 34, 525-529 (1995) *
Magn.Reson.Med. 39, 574-580 (1998) *
Magn.Reson.Med. 39, 85-88 (1998) *
Magn.Reson.Med. 40, 559-570 (1998) *

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