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Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der, insbesondere lokalisierten, NMR (Nuclear Magnetic Resonance)-Spektroskopie. Damit kann eine nicht-invasive Charakterisierung von Meßproben erfolgen, insbesondere – in der sogenannten lokalisierten, das heißt räumlich auf ein dreidimensionales Meßvolumen eingeschränkten in-vivo-NMR-Spektroskopie – die nicht-invasive Untersuchung des Stoffwechsels von intakten Organismen (Tieren oder Menschen).

Von zentraler Bedeutung ist dabei, NMR-Spektroskopieverfahren bereitzustellen, die ein hohes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SRV) ermöglichen. NMR-Spektroskopieverfahren mit inhärent hohem SRV gestatten Messungen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung, da das SRV in erster Näherung dem gemessenen Probenvolumen und der Wurzel der Gesamtmeßzeit proportional ist. Unter den NMR-Spektroskopieverfahren, die die lokalisierte Messung von NMR-Signalen in einem Volumenelement (Voxel) gestatten, gilt das sogenannte PRESS (Point Resolved Spectroscopy)-Verfahren (P.A. Bottomley, Spatial localization in NMR spectroscopy in vivo, Ann. N. Y. Acad. Sci. 508, 333–348 (1987), R. E. Gordon und R. J. Ordidge, Volume selection for high resolution NMR studies, Proc. SMRM 3rd Annual Meeting, 1984, Seiten 272 bis 273, P.A. Bottomley, Selective volume method for performing localized NMR spectroscopy, US Patent 4480228 (1984), R. Ordidge, R. Gordon, Methods and apparatus for obtaining localised NMR spectra, US Patent 4531094 (1984)) als Standardverfahren mit hohem SRV. Weitere wichtige Verfahren sind das sogenannte STEAM (Stimulated Echo Acquisition Mode)-Verfahren, auch VEST oder VOSY genannt (J. Granot, Selective Volume Excitation Using Stimulated Echoes (VEST). Applications to Spatially Localized Spectroscopy and Imaging, J. Magn. Reson. 70, 488–492 (1986). R. Kimmich and D. Hoepfel, Volume-Selective Multipulse Spin-Echo Spectroscopy, J. Magn. Reson. 72, 379–384 (1987). J. Frahm and K.-D. Merboldt and W. Hänicke, Localized Proton Spectroscopy Using Stimulated Echoes, J. Magn. Reson. 72, 502–508 (1987)) und das ISIS (Image Selected Spectroscopy)-Verfahren (R.J. Ordidge, Method and apparatus for obtaining localised NMR spectra, US Patent 4714883. R.J. Ordidge and A. Conelly and J. A. B. Lohmann, Image-Selected in Vivo Spectroscopy (ISIS). A New Technique for Spatially Selective NMR Spectroscopy, J. Magn. Reson. 66, 283–294 (1986)). Das STEAM-Verfahren beruht auf der Detektion eines stimulierten Spinecho-Signals und ergibt daher gegenüber dem PRESS-Verfahren nur ein um 50 Prozent geringes SRV. Das ISIS-Verfahren weist ein zum PRESS-Verfahren (mit kurzer Echozeit TE) vergleichbares, unter Umständen sogar geringfügig höheres SRV auf. Die Lokalisation beruht jedoch auf der Kombination von acht Einzelmessungen, so dass sich eine besondere Anfälligkeit gegenüber Bewegungsartefakten ergibt. Hinsichtlich der in 1H-in-vivo-NMR-Spektroskopie ist somit das PRESS-Verfahren das wichtigste Referenzverfahren, wenn neue NMR-Spektroskopieverfahren mit höherem SRV betrachtet werden.

Das mittels des PRESS-Verfahrens erreichbare SRV wird jedoch unter anderem durch zwei Faktoren beschränkt, die im übrigen auch für das STEAM-Verfahren und das ISIS-Verfahren gelten:

  • 1. Das NMR-Signal zerfällt nach der Anregung mit einer effektiven Abfallkonstante T2*, die oft wesentlich kürzer als die physikalisch gegebene (und meßtechnisch nicht reduzierbare) Relaxationszeit T2 ist, da statische Magnetfeldinhomogenitäten einen NMR-Signalzerfall verursachen. Die Dauer der Signaldetektion wird daher meist auf ein Zeitintervall beschränkt, das typischerweise nur um einen Faktor 1,25 bis 4 länger als T2* ist. Für viele 1H-Metabolitensignale ist bei einer Magnetfeldstärke von 4,7 T aber T2/T2* ≈ 10–20. Der Faktor steigt noch mit wachsendem B0, das bei sogenannten Hochfeldsystemen vorliegt, die aufgrund der Möglichkeiten, eine höhere räumliche und spektrale Auflösung zu erzielen, zur Zeit weltweit verstärkt installiert werden.
  • 2. Alle Meßpunkte werden mit dergleichen Häufigkeit detektiert bzw. akkumuliert. In der sogenannten k-Raum-Darstellung entspricht dies der gleichmäßigen Wichtung aller Punkte entlang k&ohgr;. Zur Optimierung des SRV wird lediglich das im Zeitbereich gemessene NMR-Signal vor der Fourier-Transformation (FT) mit einer sogenannten Apodisationsfunktion multipliziert (z.B. mit einer abklingenden Exponentialfunktion), was im Frequenzbereich einer Faltung mit einer Punktverbreitungsfunktion entspricht. Beispielsweise bei den Standardverfahren der lokalisierten NMR-Spektroskopie, wie PRESS- oder STEAM-Verfahren, ist eine k-Raum-gewichtete Akkumulationstechnik nicht möglich, da dort das NMR-Signal als FID (Free Induction Decay)-Signal bzw. Spinecho beobachtet und somit alle Daten entlang k&ohgr; gemessen werden.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der, insbesondere lokalisierten, NMR-Spektroskopie bereitzustellen, mit dem höhere SRV als bisher möglich sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren der, insbesondere lokalisierten, NMR-Spektroskopie, umfassend die folgenden Schritte: a) es wird die folgende Schrittabfolge mindestens einmal durchgeführt: ein HF-Anregungspuls mit einem Flipwinkel &agr; sowie gegebenenfalls mindestens ein Refokussierungspuls mit einem Flipwinkel &bgr; werden auf ein Untersuchungsobjekt eingestrahlt, nach einer Zeit T vom HF-Anregungspuls wird ein NMR-Signal während einer Auslesezeit t1 ausgelesen, und eine Sequenz aus N2 Refokussierungspulsen mit einem Flipwinkel &ggr; wird auf das Untersuchungsobjekt eingestrahlt und die resultierenden N2 Spinechos werden jeweils während einer Auslesezeit t10 ausgelesen, b) der Schritt a) wird mindestens einmal mit einer Variation der Auslesezeit t1 und gegebenenfalls einer Variation der Anzahl der Durchführungen der Schrittabfolge je Wiederholung wiederholt.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass der HF-Anregungspuls und die Refokussierungspulse als Bestandteile einer PRESS-Sequenz eingestrahlt werden. Die PRESS-Sequenz dient dabei als Lokalisierungssequenz zur Durchführung von lokalisierter Spektroskopie.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass der HF-Anregungspuls und die Refokussierungspulse Bestandteile einer STEAM-Sequenz eingestrahlt werden.

Wiederum alternativ kann vorgesehen sein, dass der HF-Anregungspuls und die Refokussierungspulse als Bestandteile einer ISIS-Sequenz eingestrahlt werden. Die STEAM- und die ISIS-Sequenzen dienen dabei ebenfalls zur Lokalisierung.

Günstigerweise wird die Zeit T gleich der Echozeit TE gewählt. Die Echozeit stellt dabei die Gesamtzeit vom HF-Anregungsimpuls bis zum Maximum des Spinechos S1 dar.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird bei erstmaliger Durchführung des Schrittes a) die Auslesezeit t1 = t10 gewählt wird und bei jeder Wiederholung des Schrittes a) die Auslesezeit t1 um ein Inkrement &Dgr;t variiert wird.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Inkrement &Dgr;t konstant ist. Vorteilhafterweise wird &Dgr;t ≤ t10 gewählt werden, damit die aus den Spinechos S2, S3 usw. zusammengesetzten Signale eine kontinuierliche Abtastung in k&ohgr; erfolgen kann. Es ist aber grundsätzlich auch denkbar, dass &Dgr;t > t10 ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die N2 Refokussierungspulse zeitlich äquidistant sind.

Außerdem ist denkbar, dass die Anzahl der Durchführung der Schrittabfolge in Schritt a) konstant ist. Dann erfolgt keine zusätzliche k-Raum-gewichtete Akkumulation. Das Verfahren beinhaltet dann aber immer noch eine inhärente k-Raum-gewichtete Akkumulation, da durch die Inkrementierung der Auslesezeit t1 bereits eine Wichtung im k-Raum erfolgt.

In einer besonderen Ausführungsform wird nur ein Teil der NMR-Signale ausgewertet. Dadurch wird, abhängig von T2 und T2', eine zusätzliche Erhöhung des SRV möglich. Dabei ist auch die ungleiche Behandlung gerader und ungerader Spinechos wegen der Spiegelung im k-Raum zu beachten.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass die NMR-Signale einzeln verarbeitet werden.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Erzeugung von Multi-Echo-Sequenzen in Kombination mit einer k-Raum-gewichteten Akkumulation eine deutliche Erhöhung des SRV ermöglicht wird.

Im Vergleich zu Standard-Experimenten, in denen das NMR-Signal unter einem exponentiellen Abfall mit der Abfallkonstante T2* beobachtet wird, ermöglicht der Einsatz einer Sequenz von N2 Refokussierungspulsen eine SRV-Steigerung, da – auch wenn die einzelnen Spinechos mit einer Abfallkonstante T2* abfallen – die Maxima der jeweiligen Spinechos einer Einhüllenden folgen, die nur mit der Relaxationskonstante T2 abfällt. Diese SRV-Steigerung ergibt sich jedoch nur, wenn T2 >> T2* ist. Letzteres ist jedoch in in-vivo meist der Fall.

Zudem wird durch die Erhöhung der Auslesezeit t1 ein unterschiedlich großer Bereich entlang k&ohgr; abgetastet. Die N2 Spinechos umfassen dagegen gleichlange Bereich entlang k&ohgr;, deren Länge durch die Auslesezeit t10 und deren Position durch die Länge von t1 gegeben ist.

Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, die Teilexperimente unterschiedlich oft zu wiederholen, so dass eine zusätzliche k-Raum-gewichtete Akkumulation entlang k&ohgr; erfolgen kann und somit eine weitere Steigerung des SRV möglich ist.

Die Verarbeitung der NMR-Signale kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Insbesondere können alle N2 + 1 NMR-Signale, die sich jeweils durch Kombination von N1 Teilexperimente ergeben und die zudem unterschiedlich oft durchgeführt werden können, einzeln verarbeitet werden. Die Ergebnisse, durch Apodisation und Fourier-Transformation berechnete NMR-Spektren oder durch Anfitten von Modellfunktionen im Zeit- oder Frequenzbereich bestimmte Parameter, können dann kombiniert, im einfachsten Fall addiert werden. Zur Maximierung des SRV kann zudem nur ein Teil der N2 + 1 NMR-Signale ausgewertet werden.

Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße NMR-Spektroskopieverfahren auch für nicht lokalisierte NMR-spektroskopische Messungen sinnvoll einsetzbar, sofern die Bedingung T2* << T2 erfüllt ist. Besonders vorteilhaft ist es für alle Bereiche der lokalisierten NMR-Spektroskopie, insbesondere die in-vivo NMR-Spektroskopie.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachstehenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt:

1 ein zeitliches Schema eines Teilexperiments einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 Ergebnisse von Simulationsrechnungen des SRV in beliebigen Einheiten in Abhängigkeit von der Abklingkonstante T2 für ein Verfahren der lokalisierten NMR-Spektroskopie mit einer Standard-PRESS-Sequenz und für eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine durch Magnetfeld B0-Inhomogenitäten verursachte Linienverbreitung von 8 Hz;

3 Ergebnisse von Simulationsrechnungen des SRV in beliebigen Einheiten in Abhängigkeit von der Relaxationszeit T2 für ein Verfahren der lokalisierten NMR-Spektroskopie mit einer Standard-PRESS-Sequenz und für eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine durch Magnetfeld B0-Inhomogenitäten verursachte Linienverbreitung von 18 Hz;

4 das Ergebnis einer Phantommessung mittels der besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens an einem sphärischen mit 75 mM Myo-Inosit und 25 mM NAA gefülltem Phantom;

5 das Ergebnis einer Phantommessung mittels des Verfahrens der lokalisierten Spektroskopie mit der Standard-PRESS-Sequenz an einem sphärischen mit 75 mM Myo-Inosit und 25 mM NAA gefülltem Phantom zum Vergleich;

6 Ergebnisse von Simulationsrechnungen des SRVt in beliebigen Einheiten in Abhängigkeit von der Relaxationszeit T2 für ein Verfahren der lokalisierten NMR-Spektroskopie mit einer Standard-PRESS-Sequenz und für eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine durch Magnetfeld B0-Inhomogenitäten verursachte Linienverbreiterung LB von 18 Hz ohne Optimierung der Sequenzparameter und ohne gewichtete Mittlung;

7 entsprechende Ergebnisse von Simulationsrechnungen mit Optimierung der Sequenzparameter und ohne gewichtete Mittlung;

8 entsprechende Ergebnisse ohne Optimierung der Sequenzparameter und mit gewichteter Mittlung; und

9 entsprechende Ergebnisse mit Optimierung der Sequenzparameter und mit gewichteter Mittlung.

1 zeigt ein Teilexperiment von N1 Teilexperimenten, aus denen eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein Verfahren der lokalisierten NMR-Spektroskopie, da jedes Teilexperiment mit einer Lokalisationssequenz (LS) in Form einer PRESS-Sequenz beginnt. Die PRESS-Sequenz umfasst einen HF-Anregungspuls AP mit einem Flipwinkel &agr; = 90 Grad, an den sich nach einer Zeit ta ein Refokussierungspuls RP1 mit einem Flipwinkel &bgr; von 180 Grad und nach einer Zeit ta + tb ein Refokussierungspuls RP2 mit einem Flipwinkel &bgr; von 180 Grad anschließt. Alle drei Pulse AP, RP1 und RP2 werden durch entsprechende Schichtselektionsgradienten Gz, Gx und Gy schichtselektiv eingestrahlt. Die beiden Refokussierungspulse RP1 und RP2 sind jeweils durch entsprechende Spoilergradienten bzw. Crusher SG umgeben. Besagte Spoilergradienten sichern, dass die gewünschten Kohärenzen ausgewählt und die nicht erwünschten Kohärenzen unterdrückt werden.

Nach einer Echozeit TE = 2 × ta + 2 × tb wird dann die transversale Magnetisierung während einer Auslesezeit t1 = t10 + n&Dgr;t (0 ≤ n ≤ N1 – 1) in Abwesenheit externer Magnetfeldgradienten detektiert. Als NMR-Signal S1 wird – wie häufig – lediglich die abfallende Hälfte des auftretenden Spinecho-Signals akquiriert (sogenanntes Pseudo-FID (Free Induction Decay)).

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Auslesezeit t1 von Teilexperiment zu Teilexperiment um ein konstantes Inkrement &Dgr;t variiert, das heißt jedes Teilexperiment mit einer anderen Auslesezeit t1 durchgeführt. Es erfolgt keine zusätzliche k-Raum-gewichtete Akkumulation. Wie oben ausgeführt, enthält das Verfahren aber zumindest eine inhärente k-Raum-gewichtete Akkumulation.

Danach werden auf das Untersuchungsobjekt N2 Refokussierungspulse, von denen nur die ersten vier gezeigt und mit R1 bis R4 gekennzeichnet sind, mit einem Flipwinkel &ggr; von 180 Grad mit begleitenden Spoilergradienten SG zeitlich äquidistant, das heißt mit einem Abstand &Dgr;TE eingestrahlt. Daraus resultieren jeweilige Spinechos, von denen lediglich S2 bis S5 gezeigt sind, die jeweils während einer Auslesezeit t10 ausgelesen werden.

In den 2 und 3 sind die Ergebnisse von Simulationsrechnungen dargestellt. Es werden die berechneten erreichbaren SRVt (auf konstante Gesamtmeßzeit bezogenes SRV) bei konstanter Gesamtmeßzeit, SRVt, eines angekoppelten Spins für eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Multi-Echo-Sequenz (PRESSME genannt) mit einem bekannten Verfahren der lokalisierten Spektroskopie, das eine Standard-PRESS-Sequenz (PRESS genannt) umfasst, verglichen. Hierfür ist das SRVt in beliebigen Einheiten in Abhängigkeit von T2 für eine von B0-Inhomogenitäten verursachte Linienverbreitung bei einem T2'-Wert, der einer Linienverbreiterung von 8 Hz (2) und 18 Hz (3) entspricht, dargestellt. Für die effektive Abfallkonstante T2* gilt dabei: 1/T2* = 1/T2 + 1/T2' mit Linienverbreiterung LB = 1/(&pgr;·T2'). Die Simulationsrechnungen wurden für T2-Werte zwischen 100 ms und 500 ms durchgeführt und das auf eine konstante Gesamtmeßzeit bezogene SRV (= SRVt) über T2 aufgetragen. Aus den jeweiligen Werten von T2' und T2 ergibt sich dann der zugehörige Wert von T2*. Für beide Verfahren wurde die Akquisitionsdauer in k&ohgr; zur Maximierung des SRVt nach einer bekannten Formel (für PRESS: t1 = 1,26·T2*; für PRESSME: maximaler Wert für t1 = 1,26·T2*) optimiert. Die Möglichkeit der zusätzlichen k-Raum-gewichteten Akkumulation ist hierbei noch gar nicht berücksichtigt. Das heißt, dass jedes Teilexperiment mit einer bestimmten Auslesezeit t1 nur einmal berücksichtigt wurde. Dabei wurden typische Werte für T2 und T2* angenommen. Für Signale J-gekoppelter Spins kann der SRV-Gewinn jedoch reduziert sein, wenn die J-Modulation innerhalb des Echozugs nicht durch einen hinreichend kurzen Abstand der 180°-Refokussierungspulse unterdrückt bzw. zumindest deutlich reduziert wird.

Die wichtigsten Verfahrensparameter waren:

PRESSME

Echozeit TE = 22 ms, Wiederholzeit (zwischen den Teilexperimenten bzw. zwischen Akkumulationen) TR = 3 s, &Dgr;TE = 5 ms, Auslesezeit t10 = 3,2 ms, &Dgr;t = 1,6 ms, t1 = t10 + &Dgr;t = 3,2 ms + n × &Dgr;t mit n = 0, 1, 2 ... N2 – 1 und &Dgr;t = t10/2, N1 = 64, N2 = 64, Bandbreite SW = 20 kHz.

PRESS

TE = 22 ms, TR = 3 s, t1 = 1,26·T2*, 4.096 komplexe Punkte (nur 2.048 wurden verarbeitet), die Zahl der Akkumulationen NA = 64, SW = 20 kHz.

Bei den Simulationsrechnungen wurde ein Einfluß der Spin-Gitter-Relaxationszeit T1 vernachlässigt, das heißt angenommen, dass die Wiederholzeit TR >> T1 ist.

Wie die 2 und 3 zeigen, kann durch PRESSME für Metabolite mit längerer T2 (das heißt T2* << T2) ein höheres SRV erzielt werden. Dieser Vorteil nimmt mit abnehmender T2', das heißt bei höherem B0 zu.

Die 4 und 5 zeigen die Ergebnisse von Phantommessungen mittels PRESSME und mittels PRESS. Die Phantommessungen wurden mit einem 4,7 T-Tomographen (Biospec-System (Bruker, Deutschland)) durchgeführt, der mit selbst abgeschirmten Gradienten (170 mT/m 450 &mgr;s) ausgestattet ist. Eine sattelartige HF-Spule (Innendurchmesser 98 mm) wurde zur homogenen HF-Anregung verwendet. Dieselbe Spule wurde zum Empfangen von Signalen bei den Messungen an einem kugelförmigen Phantom (Innendurchmesser 40 mm) verwendet, das eine Lösung aus 75 mM Myo-Inosit und 25 mM N-Acetylaspartat (NAA) enthielt. Eine 18 mm-Oberflächenspule wurde bei in-vivo-Studien an gesundem Rattengehirn verwendet. Zur Verbesserung der Unterdrückung von Wasser wurde die PRESS-Sequenz in der Weise modifiziert, dass sie aus einem 1-2&tgr;-5.4-&tgr;-5.4-2&tgr;-1-Puls (&tgr; = 1,25 ms, 80°) gefolgt von drei schichtselektiven 180°-Pulsen, bestand. Die Voxelgröße betrug 83 bzw. 43 mm3 (Phantom/in-vivo). TE, TR, N1, t10 und &Dgr;t waren dieselben Parameter wie oben; maximaler Wert von t1 = 96 ms (bei PRESSME), t1 = 102,4 ms (PRESS). Neben dem Spinecho (FID-Signal) wurden N2 = 64 Spinechos durch 140 &mgr;s-Rechteck-HF-Pulse mit einem xyxy-Phasenzyklus ausgelesen. Es wurde eine kontinuierliche Datenerfassung/Auslesung mit einer Bandbreite von 20 kHz mit Unterdrückung des Empfängers während der HF-Pulse durchgeführt. &Dgr;TE und t10 waren dieselben Parameter wie oben. Nach Neuordnung der Daten wurden die Spinechos (FID-Signale) und die N2 Spinechos separat verarbeitet, wobei die Verarbeitung aus Apodisation (6 Hz-Linienverbreiterung), mit Null auffüllen bis 16K, FFT (Fast Fourier Transformation) und automatischer Phasenkorrektur bestand. Danach wurden Spektren von 4 Spinechogruppen, die dem verwendeten vierstufigen Phasenzyklus entsprachen, akkumuliert. Schließlich wurden die FFT-Spektren der FID und der vier Spinechogruppen akkumuliert. Das erzielte SRVt wurde mit FFT-Spektren verglichen, die durch PRESS akquiriert und mit ähnlichen Parametern wie bei der besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bearbeitet wurden. Bereits ohne Nutzung der zusätzlichen k-Raum-gewichteten Akkumulation und mit lediglich einfacher Datenverarbeitung ergab sich für ungekoppelte Signale (z.B. das Methylsignal von NAA) (siehe 4 und 5) ein höheres SRVt als mit PRESS-Messungen.

In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse der Testmessung aufgelistet. Gemessen wurde der Maximalwert des NAA-Methylsignals und die Standardabweichung des Rauschens, woraus sich ein Maß für das SRV ergibt. Es wurden für die je zwei Messungen verschiedene Vorverarbeitungsschritte eingesetzt, um eine Maximierung der SRV zu ermöglichen. Die Möglichkeit zusätzlicher k-Raum-gewichteter Akkumulation wurde noch nicht benutzt.

Im Rahmen der Simulationsrechnungen, deren Ergebnisse in den 6 bis 9 dargestellt sind, wurden folgende Arten von Messungen simuliert:

Messungen mit und ohne Optimierung einiger Sequenzparameter

Für die Standard-PRESS-Sequenz bedeutet dies, dass eine feste Auslesezeit t1 (Abtastbereich in k&ohgr;) des NMR-Signals S1 ohne Optimierung von 96 ms und mit Optimierung 1,26·T2* (Optimum für das SRV, wenn das Zeitsignal mit ~ exp (–t/T2*) abklingt) verwendet wurde. Dabei gilt: 1/T2* = 1/T2 + 1/T2'. Die gleichen Werte wurden auch als maximale Werte für t1 für PRESSME verwendet. Bei PRESSME erfolgte aber zudem eine Optimierung der Anzahl N2 der Spinechos (zwischen 4 und 128) oder es wurden (als Default-Wert) 64 Spinechos (N2 = 64) verwendet. Die Verwendung einer optimalen Anzahl N2 von Spinechos ergibt eine weitere Verbesserung des SRV für PRESSME.

Mit oder ohne gewichtete Mittlung

Mit Mittlung ist eine k-Raum-gewichtete Akkumulation gemeint. Diese war selbstverständlich nur für PRESSME möglich. Für PRESSME wurde entweder eine konstante Zahl der Akkumulationen je k&ohgr;-Schritt verwendet oder eine Gewichtung eingeführt, wobei versucht wurde, die Akkumulationszahlen einer mit ≈ exp (–t/T2*) abklingenden Exponentialfunktion anzunähern.

Ansonsten wurden die gleichen Parameter wie oben verwendet:

PRESS: TE = 22 ms, TR >> T1.

PRESSME: TE = 22 ms, TR >> T1, &Dgr;TE = 5 ms, t10 = 3,2 ms, SW = 20 kHz, das heißt Abtastintervall: 50 &mgr;s, Default-Werte: N1 = 64, N2 = 64, t1 = 3,2 ms + n·1,6 ms mit n = 0, 1, 2, ..., N2 – 1, SW = 20 kHz.

Für jede simulierte Messung wurde das zu erwartende SRVt berechnet, das sich ohne bzw. mit Apodisation der Messdaten ergibt. Als Apodisationsfunktion, mit der die Messdaten vor der Fourier-Transformation multipliziert werden, wurde eine exponentiell abfallende Funktion (≈ exp (–t/T2*)) verwendet, was zumindest im Fall von Standard-PRESS hinsichtlich des SRVt ein Optimum darstellt.

Wie die 6 bis 9 zeigen, kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein höheres SRVt erreicht werden, wobei sich der Vorteil durch die Möglichkeit der k-Raum-gewichteten Akkumulation verstärkt.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

APHF-Anregungspuls Gx, Gy, GzSchichtselektionsgradient LSLokalisationssequenz R1, R2, R3, R4Refokussierungspulse RP1, RP2Refokussierungspulse S2, S3, S4, S5Spinechos SGSpoilergradient t1Auslesezeit des NMR-Signals S1 t10Auslesezeit pro Spinecho T2Relaxationszeit T2*effektive Abfallkonstante TEEchozeit &Dgr;tInkrement

Anspruch[de]
  1. Verfahren der, insbesondere lokalisierten, NMR-Spektroskopie, umfassend die folgenden Schritte:

    a) es wird die folgende Schrittabfolge mindestens einmal durchgeführt:

    – ein HF-Anregungspuls (AP) mit einem Flipwinkel &agr; sowie gegebenenfalls mindestens ein Refokussierungspuls (RP1, RP2) mit einem Flipwinkel &bgr; werden auf ein Untersuchungsobjekt eingestrahlt.

    – nach einer Zeit T vom HF-Anregungspuls wird ein NMR-Signal (S1) während einer Auslesezeit t1 ausgelesen, und

    – eine Sequenz aus N2 Refokussierungspulsen (R1, R2, R3, R4) mit einem Flipwinkel &ggr; wird auf das Untersuchungsobjekt eingestrahlt und die resultierenden N2 Spinechos (S2, S3, S4, S5) werden jeweils während einer Auslesezeit t10 ausgelesen,

    b) der Schritt a) wird mindestens einmal mit einer Variation der Auslesezeit t1 und gegebenenfalls einer Variation der Anzahl der Durchführungen der Schrittabfolge je Wiederholung wiederholt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Anregungspuls (AP) und die Refokussierungspulse (RP1, RP2) als Bestandteile einer PRESS-Sequenz eingestrahlt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Anregungspuls (AP) und die Refokussierungspulse Bestandteile einer STEAM-Sequenz eingestrahlt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Anregungspuls (AP) und die Refokussierungspulse als Bestandteile einer ISIS-Sequenz eingestrahlt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit T gleich der Echozeit TE gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erstmaliger Durchführung des Schrittes a) die Auslesezeit t1 = t10 gewählt wird und bei jeder Wiederholung des Schrittes a) die Auslesezeit t1 um ein Inkrement &Dgr;t variiert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Inkrement &Dgr;t konstant ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die N2 Refokussierungspulse (R1, R2, R3, R4) zeitlich äquidistant sind.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Durchführung der Schrittabfolge in Schritt a) konstant ist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die NMR-Signale einzeln verarbeitet werden.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der NMR-Signale ausgewertet wird.
  12. Vorrichtung mit Mitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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