Messsequenzen für die MR-Bildgebung

Um ein MR-Bild zu erhalten, bedarf es einer Serie von zeitlich regelmäßig aufeinanderfolgenden HF-Anregungsimpulsen, die in genau festgelegter Abfolge mit Magnetfeldgradienten kombiniert werden.

Spin-Echo-(SE) Technik

Die SE-Technik basiert auf der Abfolge eines 90°- und eines 180°-Impulses. Um den störenden Einfluss äußerer Magnetfelder auf die präzedierenden Spins zu verhindern (welche zur Abnahme der Synchronisation zwischen den Kreiselbewegungen der einzelnen Spins führt und daher die Querrelaxation beschleunigt), wird in der Mitte des Zeitintervalls zwischen 90°-Anregung und Datenauslese (Zeitpunkt TE/2) ein 180°-Impuls eingestrahlt. Dieser Impuls bewirkt eine Synchronisation der Kreiselbewegungen und somit kommt es zum Zeitpunkt der Datenauslese (nach der Zeit TE) zu einem maximal verstärkten Signal (Echo) (Abb. 25). Da mit dem 180°-Impuls der störende Einfluss der Magnetfeldinhomogenitäten beseitigt wird, verläuft die Querrelaxation nicht mehr mit der Zeitkonstanten T2*, sondern langsamer mit der nur noch gewebespezifischen Konstanten T2. Durch entsprechende Wahl der Sequenzparameter TR und TE können Bilder aufgenommen werden, in denen der Kontrast vorwiegend durch die PD oder durch die Relaxationszeiten T1 und T2 der abgebildeten Strukturen geprägt ist.

Abb. 25 : Puls-Zeit-Diagramm der Spin-Echosequenz

Die Vorteile der Spin-Echo-Technik liegen in der guten Bildqualität, den geringen Suszeptibilitätsartefakten (Suszeptibilität: magnetische Eigenschaft eines Stoffes), der geringen Anfälligkeit auf Inhomogenitäten sowie der Möglichkeit einer starken T2-Gewichtung. Als nachteilig erweist sich bei dieser Technik die lange Messzeit.

Turbo-Spin-Echo-(TSE) Technik

Die TSE- Technik ist eine Variation der konventionellen Spin-Echo-Technik. Bei einer gewöhnlichen Spin-Echo-Sequenz wird pro Anregung (90°-Impuls) ein Echo ausgelesen. Bei einer Turbo-Spin-Echo-Sequenz werden pro Anregung durch zusätzliche 180 Grad HF-Impulse mehrere Echos erzeugt und empfangen. Die aufeinanderfolgenden Echos pro Anregung werden als Echo-Train (Puls-Zug) bezeichnet, ihre Anzahl als Turbo-Faktor. Da nun bei jeder Anregung mehrere Echos ausgelesen werden, wird die notwendige Zahl an Echos zum Bildaufbau schon viel früher erreicht, die Gesamtmesszeit verkürzt sich um den Turbofaktor. Die Vorteile der TSE sind die stark reduzierte Messzeit, eine höhere Auflösung als die SE bei gleicher Messzeit sowie geringere Suszeptibilitätsartefakte als bei der SE (was aber besonders bei der Suche nach kleinen Blutungen auch ein Nachteil sein kann). Die starken Fettsignale, auch bei langer effektiver TE, die geringere Schichtanzahl pro TR und die speziell bei kurzer effektiver TE reduzierte Detailauflösung sind die Nachteile dieser Methode.

Gradienten-Echo-(GRE) Technik

Kennzeichen aller GRE-Sequenzen ist der Verzicht auf den zusätzlichen 180°-Impuls. Anstelle dessen wird durch Anlegen eines Gradientenmagnetfeldes eine künstliche Magnetfeldinhomogenität erzeugt. Durch die dadurch vom Ort abhängige Lamor-Frequenz kommt es zu einer Dephasierung der Kernspins und damit zu einer Unterdrückung des MR-Signals. Wird nach einer bestimmten Zeit der Magnetfeldgradient umgepolt (Gradientenumkehr), d.h. Orte, die vorher einem höheren Magnetfeld ausgesetzt waren, befinden sich nun in einem entsprechend niedrigeren Feld, können die künstlich dephasierten Spins wieder rephasiert werden, wodurch ein sogenanntes Gradienten-Echo entsteht. (Abb. 26)

Bei Gradientenechosequenzen wird durch die Gradientenumkehr nur die durch den Gradienten erzeugte künstliche Magnetfeldinhomogenität rephasiert. Magnetfeldinhomogenitäten (charakterisiert durch die T2*-Relaxationszeit) werden nicht kom-pensiert. Die Höhe des MR-Signals hängt demnach bei Gradientenechosequenzen von der T1- und der T2*-Relaxationszeit ab.

Möchte man zur Messzeitverkürzung die Zeiten für TR kürzer wählen, kommt es zunehmend zu Sättigungseffekten. Diese können durch einen geringeren Anregungs-winkel (Flipwinkel) von beispielsweise 30° ausgeglichen werden. Dadurch kann die Längsmagnetisierung schneller in den Ausgangszustand relaxieren und somit die Messzeit reduzieren. Die geringere Messzeit, bedingt durch geringere TR, TE und der kleinere Flipwinkel (weniger Bewegungsartefakte), verbunden mit der Möglichkeit einer 3D-Messung mit höchster Auflösung gehören zu den Vorteilen der GE. Nachteilig wirkt sich aus, dass es keine Möglichkeit der Kompensation von Magnetfeldinhomogenitäten gibt und somit kein T2- sondern nur ein T2*-Kontrast möglich ist.

Grundsätzlich können 2D- und 3D-Messungen vorgenommen werden. Der Unterschied besteht darin, dass bei der 2D-Messung jede Schicht selektiv angeregt und ortscodiert wird, während man bei der 3D-Messung das gesamte Volumen mit allen Schichten gleichzeitig anregt.

Die 3D-Messung bietet eine Reihe von Vorteilen. Es ist möglich sehr dünne Schichten ohne dazwischen liegende Lücken zu scannen, so dass auch sehr kleine Läsionen abgebildet werden können. Außerdem lassen sich aus dem gewonnenen Datensatz Bilder in jeder beliebigen Ebene ohne Auflösungsverlust rekonstruieren. Dies verlangt jedoch eine relativ langen Messzeit. Daher werden für 3D-Messungen nur Sequenzen mit kurzer Messzeit verwendet. 3D-Messungen (Abb. 27) werden angewandt, wenn ein guter Kontrast bei höchster Auflösung in allen drei Raumrichtungen gefordert wird. So werden MR-Angiographieuntersuchungen in 3D-Technik durchgeführt. Auch eine Volumenbestimmung bestimmter Hirnareale, wie beispielsweise des äußeren Liquorraums, kann mit Hilfe dieser Technik realisiert werden.

Abb. 27 :

3D-Rekonstruktion

Echo Planar Imaging (EPI)

EPI ist die mit Abstand schnellste Methode in der MR-Bildgebung. Die klassische EPI-Sequenz benutzt eine einzige Anregung und sammelt danach alle Daten in Gradientenechotechnik. Ein MR-Bild kann so in weniger als 100 msec erstellt werden, was die Anfälligkeit gegenüber Bewegungsartefakten minimiert. Der Frequenzcodier-gradient ist bei EPI nicht konstant, sondern oszilliert. Er erzeugt eine Serie von Gradientenechos mit ständig wechselnden Vorzeichen (Abb. 28).

Aufgrund der sehr kurzen Messzeit eignen sich die EPI-Sequenzen besonders gut für das Erfassen von physiologischen Parametern bei der funktionellen Hirnbildgebung.