Kap4 - Schattauer

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Schnelle Bildgebung
Verschiedene Methoden
der schnellen Bildgebung
Übersicht über die Methoden schneller Bildgebung:
 Bildgebungssequenzen:
− Turbogradientenecho,
− Turbospinecho,
− Echo Planar Imaging (EPI),
− Spinecho-EPI.
 schnelle k-Raum-Auffüllung und -Auslese:
− Matrixreduktion = Scan Percentage,
− Half-Fourier = Half-Scan,
− Partial Echo,
− rechteckiges FOV (RFOV),
− zentrisches Imaging = Key-Hole-Imaging,
− elliptisch-zentrische Akquisition,
− Spiral-Abtastung (Spiral Scanning),
− Radial-Abtastung (Radial Scanning).
 Parallel Imaging:
− Sensitivity Encoding (SENSE),
− Simultanious Acquisition of Spatial Harmonics
(SMASH).
Schnelle Bildgebungssequenzen
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Die Vor- und Nachteile der schnellen Echosequenzen sind in
Kapitel 2 beschrieben.
Die derzeit schnellste Bildgebungsmethode ist das Echo Planar Imaging (EPI).
Die EPI-Technik reduziert das SNR und tendiert zu chemischen
Verschiebungsartefakten (letzteres besonders bei dem SingleShot-EPI).
Snap-Shot-FLASH und Single-Shot-EPI werden bei schnellen
Herzuntersuchungen benutzt.
Schnelle Bildgebungssequenzen können mit den verschiedenen Formen der beschleunigten k-Raum-Auffüllung und -Auslese kombiniert werden (Abb. 4.1–4.6).
Beschleunigte k-Raum-Füllung und -Auslese
Matrixreduktion = Scan Percentage


Die äußeren oberen und unteren Linien des k-Raums werden
nicht erfasst = Nullung.
Nur etwa 80 % der bis zu 256 k-Raum-Linien werden erfasst
(Abb. 4.7).
Multi Slice Turbo Spin Echo:
90°
90°
TE
90°
90°
TR
Schicht 1
Schicht 2
Schicht 3
z.B. 5 Echos (Turbo Faktor 5) - Faktor 5 Zeitersparnis
Multi Slice GraSE:
90°
90°
TE
90°
TR
90°
Zeit
Schicht 1
Schicht 2
Schicht 3
z.B. 3 Gradientenechos pro Spin Echo: Faktor 9 Zeitersparnis gegenüber
Spin Echo (Turbo-Faktor = 3 und EPI-Faktor = 3)
4.1 Messzeitverkürzung mit Turbofieldecho (TFE = TGE)
4.2 Von Spinecho bis Gradienten- und Spinecho
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Schnelle Bildgebung
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
Vorteil: schnellere Bildgebung.
Nachteil: Verlust an räumlicher Auflösung in Phasenkodierrichtung.
Half-Fourier = Half-Scan
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Ein assymetrischer Teil des Datensatzes wird erfasst.
Es werden etwa 55 % einer Hälfte des k-Raums aufgefüllt.
Der Rest der entgegengesetzten Seite wird aus den vorhandenen Daten berechnet (Abb. 4.8).
Vorteil: schnellere Datenaufnahme, gleiche räumliche Auflösung.
Nachteil: abnehmendes Signal-Rausch-Verhältnis.


Vorteil: schnellere Bildgebung, kürzere Echozeiten.
Nachteil: höheres Bildrauschen = deutlich vermindertes
SNR.
Rechteckiges FOV (RFOV) = Rectangular Field Of View
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
Nur die Hälfte der k-Raum-Linien wird gemessen.
Das Bild wird im k-Raum durch Übertragung in ein rechteckiges Bild mit geringerer Dichte in Phasenkodierrichtung
gemessen (Abb. 4.10).
Vorteil: Halbierung von Aufnahmezeit und FOV.
Nachteil: deutliche Reduktion des SNR.
Zentrisches Imaging = Key-Hole-Imaging
Partial Echo

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Etwas weniger als die Hälfte des k-Raums wird in der Frequenzkodierrichtung nicht direkt gefüllt.
Die nicht gefüllten Anteile entsprechen den nicht gemessenen
partiellen Echos (Abb. 4.9).


Vor der eigentlichen Bildaufnahme (z. B. Kontrastmittelgabe
zur Angiographie) erfolgt die Aufnahme eines Referenzbildes
mit Auffüllung des gesamten k-Raums.
Für den dynamischen Teil der Untersuchung wird der zentrale
Anteil des Referenz-k-Raums entfernt.
Reduktion von TR und TE,
keine Reduktion von Phasenkodierlinien (PE).
4.3 FFE-Echo Planar Imgaging (FFE-EPI)
4.4 Multi-Shot-EPI
4.5 Spinecho-EPI
4.6 Gradienten- und Spinecho
Schnelle Bildgebung
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In der Kontrastmittelanreicherung werden nur die zentralen
Anteile des k-Raums erfasst.
Die zentralen k-Raum-Linien werden anschließend mit den
Referenzdaten kombiniert (Abb. 4.11).
Vorteil: schnelle Verfolgung der Kontrastmittelverteilung im
interessierenden anatomischen Abschnitt.
Nachteil: nur im zentralen Teil sind die aktuellen Daten vorhanden (k0).
Anwendungsgebiet: nur bei Zeitserien dynamischer Bilder
(z. B. Angiographie).
Elliptisch-zentrische Akquisition
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
Zunächst wird die Aufnahme des Referenzbildes mit der Aufnahme des gesamten k-Raums durchgeführt.
Während der Dynamik (z. B. der Kontrastmittelgabe) erfolgt
die Aufnahme nur der zentralen k-Raum-Linien in Phasenkodier- und Frequenzkodierrichtung (Abb. 4.12).
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
Damit wird eine noch schnellere Akquisition der dynamischen
Daten mit Verbesserung der Zeit-Kontrast-Effizienz erzielt.
Anwendunsgebiet: dynamische kontrastmittelverstärkte
MR-Angiographie.
Spiral-Scanning
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
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spiralförmige Auffüllung des k-Raums (Abb. 4.13),
Anwendung von Projektions- und Rekonstruktionsalgorithmen = Rückprojektionsalgorithmen.
Vorteile:
 sehr schnelle Bildgebung, Erhöhung von SNR und CNR,
 robust gegenüber Bewegungsartefakten und Flussartefakten.
Nachteil: Gefahr der Rückfaltung in allen Richtungen.
Anwendungsgebiet: dynamische Bildgebung am Herzen.
4.7 k-Raum: Methoden zur Messzeitverkürzung I
4.8 k-Raum: Symmetrieeigenschaften I
4.9 k-Raum: Symmetrieeigenschaften II
4.10 k-Raum: Methoden zur Messzeitverkürzung II
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Schnelle Bildgebung
Radial-Scanning


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
radialförmige Auffüllung des k-Raums (Abb. 4.14),
Anwendung von Projektions- und Rekonstruktionsalgorithmen = Rückprojektionsalgorithmen.
Vorteile:
 schnelle Bildgebung, Erhöhung von SNR und CNR,
 robuste Technik gegenüber Bewegungs- und Flussartefakten,
 geringere Gefahr von Rückfaltungsartefakten.
Anwendungsgebiet: dynamische Bildgebung am Herzen.
Parallele Bildgebung (Parallel Imaging)
SENSitivity Encoding (SENSE)
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Die unterschiedlichen räumlichen Funktionen (Spulensensitivitäten) der einzelnen Empfangsspulen einer Array-Spule werden zur Ortskodierung verwendet (Abb. 4.15).
Durch die Aufnahme von nur jeder zweiten, dritten oder bis
achten Datenzeile verdoppelt, verdreifacht oder verachtfacht
sich der Abstand gemessener Datenlinien im k-Raum.
Dementsprechend wird die Messzeit um den Reduktionsfaktor
zwei, drei bis acht beschleunigt (= SENSE-Faktor 2, 3 oder 8).
Durch die Beschleunigung und die Reduktion der Abtastdichte
in der Phasenkodierrichtung wird das FOV um einen entsprechenden Faktor R verringert (Abb. 4.16).
Diese Verringerung des FOV führt bei Objekten größerer Ausdehnung zu Einfaltungen (Fold over).
Mit speziellen P-MRT-Rekonstruktionsmethoden werden diese
Einfaltungen unter Zuhilfenahme der räumlichen Information
der einzelnen Spulen rückgängig gemacht.
Vorteil: signifikante Verkürzung der Bildmesszeit.
Nachteil: Verminderung des SNR.
SiMultanious Acquisition of Spacial Harmonics
(SMASH)
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Die unterschiedlichen räumlichen Funktionen (Spulensensitivitäten) der einzelnen Empfangsspulen einer Array-Spule werden zur Ortskodierung verwendet.
Durch die Aufnahme von nur jeder zweiten, dritten oder bis
achten Datenzeile verdoppelt, verdreifacht oder verachtfacht
sich der Abstand gemessener Datenlinien im k-Raum.
Dementsprechend wird die Messzeit um den Reduktionsfaktor
zwei, drei bis acht beschleunigt.
Durch die Beschleunigung und die Reduktion der Abtastdichte
in der Phasenkodierrichtung wird das FOV um einen entsprechenden Faktor R verringert.
Diese Verringerung des FOV führt bei Objekten größerer Ausdehnung zu Einfaltungen (Fold over).
Mit speziellen P-MRT-Rekonstruktionsmethoden werden diese
Einfaltungen unter Zuhilfenahme der räumlichen Information
der einzelnen Spulen rückgängig gemacht.
Vorteil: signifikante Verkürzung der Bildmesszeit.
Nachteil: Verminderung des SNR.
Charakterisierung von SENSE und SMASH


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SENSE = Rekonstruktionsverfahren der Bildraumklasse: Die multiplen eingefalteten Bildkopien (nach Fourier-Transformation) werden im Bildraum unter Referenz
auf die Empfindlichkeitsfunktion der Einzelspulen einer
pixelweisen Matrixinversion unterzogen und auf das korrekte Gesamtbild zurückgerechnet = Rekonstruktion der
Bildraummasse.
SMASH = Rekonstruktionsverfahren der k-Raum-Klasse: Die fehlenden k-Raum-Linien werden mithilfe benachbarter aufgenommener k-Raum-Linien unter Zuhilfenahme
der bekannten Spulensensitivitäten berechnet. Nach dieser
k-Raum-Restaurierung wird das Bild durch die übliche Fourier-Transformation errechnet.
Anwendungsgebiete der parallelen Bildgebung = Parallel Imaging:
 schnelle Funktionsuntersuchung des Herzens,
 First-Pass-Perfusion,
 MR-Koronarangiographie,
 MR-Gefäßwandimaging.
Schnelle Bildgebung
ky
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
ky
kx (kss)
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
kx (kss)
4.11 Schema des Keyhole Imaging für die CE-MRA (modifiziert nach
McRobbie et al. 2003)
4.12 Schema der elliptisch-zentrischen k-Raum-Auffüllung für die
schnelle CE-MRA (modifiziert nach McRobbie et al. 2003)
4.13 k-Raum: weitere Trajektorien durch den k-Raum (Spiral) I
4.14 k-Raum: weitere Trajektorien durch den k-Raum (Radial) II
4.15 Sensitivity encoding
4.16 SENSE-Faktor 2: 50 % RFOV (halbe Messzeit)
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