DE10029585C2 - Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts mit Ermittlung von Lageveränderungen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts beinhaltet folgende Merkmale: DOLLAR A - Bei einer ersten Untersuchung eines Untersuchungsobjektes wird ein erster Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjektes erzeugt, bezüglich dem wenigstens eine erste abzubildende Schicht des Untersuchungsobjektes festgelegt wird, DOLLAR A - bei wenigstens einer weiteren, der ersten zeitlich nachfolgenden Untersuchung des Untersuchungsobjektes wird ein weiterer Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjektes erzeugt, DOLLAR A - zwischen dem ersten und dem weiteren Scout-Bilddatensatz wird eine Lageveränderung ermittelt und DOLLAR A - entsprechend der ermittelten Lageveränderung wird wenigstens eine weitere abzubildende Schicht des Untersuchungsobjektes bestimmt, die hinsichtlich der ersten Schicht eine gleiche Positionierung innerhalb des Untersuchungsobjektes aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Mag­ netresonanzgeräts.

Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik zum Ge­ winnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsob­ jekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem stati­ schen Grundmagnetfeld schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsys­ tem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfre­ quenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Bilddatensätze und Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Bei der funktionellen Magnetresonanzbildgebung werden von einem selben abzubildenden Bereich eines Untersuchungsobjek­ tes in einer zeitlichen Abfolge Bilddatensätze aufgenommen. Dabei sind zum Ausfiltern von Unterschieden zwischen den Bilddatensätzen, die Folge einer Lageveränderung des abzubil­ denden Bereichs bezüglich des Geräts während der zeitlichen Abfolge sind, entsprechende Verfahren bekannt.

Eine Gruppe von Verfahren zur Ermittlung von Lageveränderung aus zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Bilddatensätzen basiert auf einer Beschreibung einer beliebigen Starrkörper­ bewegung im dreidimensionalen Raum mittels sechs Bewegungspa­ rametern, wobei drei Parameter Translationen und drei Parame­ ter Rotationen kennzeichnen. Vorgenannte Parameter werden beispielsweise in einem Spaltenvektor notiert. Die Werte aller Voxel oder ausgewählter Voxel eines ersten Bilddaten­ satzes und eines zweiten Bilddatensatzes, der dem ersten zeitlich nachfolgend erzeugt worden ist, werden in einer ü­ bereinstimmenden Reihenfolge in einem ersten Spaltenvektor und einem zweiten Spaltenvektor notiert. Zur Ermittlung einer Lageveränderung zwischen den Aufnahmezeitpunkten des ersten und des zweiten Bilddatensatzes, d. h. zur Bestimmung der Bewegungsparameter wird nachfolgende Gleichung, die auf einer Taylor-Entwicklung erster Ordnung basiert, beispiels­ weise durch ein iteratives Verfahren gelöst:

Zur genaueren Beschreibung von bilddatensätzenbasierten Lage­ veränderungs-Erfassungsalgorithmen vorgenannter Gruppe wird beispielsweise auf das Buch von R.S.J. Frackowiak et al., "Human Brain Function", Academic Press, 1997, insbesondere Kapitel 3, Seiten 43 bis 58 und auf den Artikel von K.J. Friston et al., "Movement-Related Effects in fMRI Time- Series", Magnetic Resonance in Medicine 35 (1996), Seiten 346 bis 355 verwiesen.

Bei einer weiteren Gruppe von Verfahren zur bilddatensätzen­ basierten Lageveränderungserfassung werden alle oder bestimm­ te ausgewählte Punkte eines ersten im k-Raum beschriebenen Bilddatensatz und eines zweiten Bilddatensatzes, der dem ers­ ten zeitlich nachfolgend erzeugten worden ist, miteinander verglichen. Dabei beruhen die Verfahren darauf, dass sich infolge einer Lageveränderung zwischen den Aufnahmezeitpunk­ ten beider Bilddatensätze bei einem Vergleich von innerhalb beider Bilddatensätzen gleich angeordneten Datenpunkten Translationen und/oder Rotationen des abzubildenden Bereichs in einer Veränderung von Phase und/oder Betrag der Datenpunk­ te widerspiegeln. Ausführungsformen vorgenannten Verfahrens sind beispielsweise im Artikel von L.C. Maas et al., "De­ coupled Automated Rotational and Translational Registration for Functional MRI Time Series Data: The DART Registration Algorithmn", Magnetic Resonance in Medicine 37 (1997), Seiten 131 bis 139 sowie im Artikel von Q. Chen et al., "Symmetric Phase-Only Matched Filtering of Fourier-Mellin Transforms for Image Registration and Recognition", IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 16, No. 12 (1994), Seiten 1156 bis 1168 näher beschrieben.

In der EP 0 909 958 A2 ist zum Erzeugen eines sogenannten animierten Magnetresonanzbildes, bei dem unterschiedliche Teile des Magnetresonanzbildes zeitlich versetzt fortlaufend neu gemessen werden, und ein jeweils aktualisiertes Magnetre­ sonanzbild rekonstruiert wird, eine Echoplanartechnik be­ schrieben. Dabei wird jedem Hochfrequenzpuls einer zugehöri­ gen Echoplanarsequenz nachfolgend ein Navigatorecho erzeugt und aufgenommen. Die Navigatorechos werden dabei zum Ermit­ teln und Korrigieren von Bewegungen eines abzubildenden Be­ reichs während der Bildgebung genutzt. Dazu werden Navigator­ echos mit einem zeitlich vorausgehenden, als Referenz verwen­ deten Navigatorecho im k-Raum verglichen, wobei in Abhängig­ keit vom neu gemessenen Teil des Magnetresonanzbildes jeweils ein entsprechend anderes Navigatorecho als Referenz verwendet wird.

Im Rahmen einer Verlaufskontrolle ist es üblich, einen zu kontrollierenden Bereich eines Untersuchungsobjektes mehrmals durch aufeinanderfolgende und voneinander zeitlich beabstan­ dete Untersuchungen mit einem Magnetresonanzgerät entspre­ chend abzubilden. Dabei erfolgen die Untersuchungen bei­ spielsweise in einem zeitlichen Abstand von einigen Stunden oder Wochen. Dabei versucht ein Bediener des Magnetresonanz­ gerätes bei einer, einer ersten Untersuchung zeitlich nach­ folgenden Untersuchung durch manuelle Eingaben das Untersu­ chungsobjekt derart im Gerät zu positionieren und das Gerät derart einzustellen, dass die aufzunehmenden Bilder bezüglich einer Positionierung innerhalb des Untersuchungsobjektes mög­ lichst denen der ersten Untersuchung entsprechen. Aufgrund des manuellen Einstellens wird dabei lediglich eine mäßige Übereinstimmung erzielt. Ferner ist ein Grad der Übereinstimmung vom jeweiligen Bediener abhängig. Desweiteren ist vorge­ nanntes manuelles Einstellen vergleichsweise zeitaufwendig.

In der Magnetresonanztechnik wird im üblichen Sprachgebrauch ein Basis- oder Übersichtsmagnetresonanzbild, das als Vorlage für eine graphische Positionierung von Schichten dient, als Scout bezeichnet. Dazu ist beispielsweise in der US 5,323,111 ein erstes, an einem Bildschirm angezeigtes Magnetresonanz­ bild, anhand dessen mittels Linien-Cursors weitere abzubil­ dende Schichten ausgewählt werden, als Scout bezeichnet. Fer­ ner ist in dem Buch von S.S. Rajan "MRI. A Conceptual Over­ view", Springer-Verlag, 1998, Seiten 76-78 beschrieben, dass das Auswählen von abzubildenden Schichten durch ein graphi­ sches Platzieren von Cursors in Scout-Bildern durchgeführt wird. Dabei sind die Scout-Bilder Magnetresonanzbilder, die entlang einer oder mehrerer Orientierung um ein Isozentrum eines Grundfeldmagneten herum, in der Regel mit einer Gra­ dientenechotechnik schnell aufgenommen werden. Des Weiteren ist aus der DE 198 05 112 A1 vor einer eigentlichen Bildda­ tenermittlung ein Durchführen eines Scouts bekannt, für den Schnittbilder in axialer, koronaler und sagittaler Orientie­ rung genau durch ein Zentrum eines durch einen Grundfeldmag­ neten und ein Gradientenspulensystem bestimmtes Magnetreso­ nanz-Koordinatensystem verlaufend erzeugt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts zu schaffen, das unter anderem im Rahmen einer Verlaufskontrolle vorgenannte Nachteile vermindert.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts gemäß dem Anspruch 1 beinhaltet dabei folgende Merkmale:

• - Bei einer ersten Untersuchung eines Untersuchungsobjektes wird ein erster Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjek­ tes erzeugt, bezüglich dem wenigstens eine erste abzubil­ dende Schicht des Untersuchungsobjektes festgelegt wird,
• - bei wenigstens einer weiteren, der ersten zeitlich nachfol­ genden Untersuchung des Untersuchungsobjektes wird ein wei­ terer Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjektes er­ zeugt,
• - zwischen dem ersten und dem weiteren Scout-Bilddatensatz wird eine Lageveränderung ermittelt und
• - entsprechend der ermittelten Lageveränderung wird wenigs­ tens eine weitere abzubildende Schicht des Untersuchungsob­ jektes bestimmt, die hinsichtlich der ersten Schicht eine gleiche Positionierung innerhalb des Untersuchungsobjektes aufweist.

Dadurch wird erreicht, dass das Magnetresonanzgerät bei der weiteren Untersuchung automatisch, hochgenau und in zeiteffi­ zienter Weise so eingestellt wird, dass die bei der weiteren Untersuchung zu erzeugenden Magnetresonanzbilder hinsichtlich einer Positionierung innerhalb des Untersuchungsobjektes mit denen der ersten Untersuchung exakt übereinstimmen. Dadurch ist eine Vergleichbarkeit der Magnetresonanzbilder maximal. Unterschiede zwischen Magnetresonanzbildern der ersten und der weiteren Untersuchung infolge einer ungenauen Einstellung bei der weiteren Untersuchung sind dadurch ausgeschlossen, so dass beispielsweise pathologische Veränderungen als solche eindeutig diagnostizierbar sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zum Ermitteln der Lageveränderung das bereits eingangs erläuterte Verfahren zum Ermitteln von Lageveränderungen aus Bilddatensätzen auf Basis einer Taylor-Entwicklung erster Ordnung eingesetzt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Scout- Bilddatensätze als dreidimensionale Bilddatensätze, insbeson­ dere mit einer Schnellbildtechnik, beispielsweise einem E­ choplanarverfahren, erzeugt. Dadurch sind beliebige Rotationen und/oder Translationen im dreidimensionalen Raum als La­ geveränderungen aus den Scout-Bilddatensätzen ermittelbar. Ferner sind die Scout-Bilddatensätze in zeiteffizienter Weise aufnehmbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Untersuchungs­ objekt bei der weiteren Untersuchung entsprechend für die erste Untersuchung gespeicherter Daten automatisch im Magnet­ resonanzgerät positioniert. Dabei wird in einer ersten Aus­ führung das Untersuchungsobjekt bei der weiteren Untersuchung entsprechend der ersten Untersuchung auf einer Lagerungsvor­ richtung des Geräts gelagert. Bei einem Patienten heißt dies beispielsweise, dass er entsprechend der ersten Untersuchung auf dem Rücken und mit dem Kopf voran gelagert wird. Danach wird ein Verfahren der Lagerungsvorrichtung zum Positionieren des abzubildenden Bereichs des Untersuchungsobjekts im Abbil­ dungsvolumen des Geräts aufgrund der für die erste Untersu­ chung dazu gespeicherten Daten automatisch und ohne einen Zwischenstopp, beispielsweise unter einem den abzubildenden Bereich markierenden Laservisier, durchgeführt. In einer an­ deren Ausführung wird der Patient bei der weiteren Untersu­ chung im Rahmen der vorgegebenen Möglichkeiten beliebig auf der Lagerungsvorrichtung gelagert. Dabei erfasst ein Kamera­ system die Umrisse des Patienten in Abhängigkeit von dessen Lagerungsart. In Verbindung mit den gespeicherten Daten der ersten Untersuchung wird daraus ein Verfahren der Lagerungs­ vorrichtung ermittelt und durchgeführt, so dass bei der wei­ teren Untersuchung derselbe abzubildende Bereich des Patien­ ten im Abbildungsvolumen positioniert wird, wie bei der ers­ ten Untersuchung.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispieles anhand der Zeichnung.

Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Flussdiagramm für eine Verlaufskontrolle anhand von Magnetre­ sonanzbildern. Dabei beginnt die Verlaufskontrolle mit einer ersten Untersuchung 10 zu einem ersten Zeitpunkt. Nach einem Positionieren eines abzubildenden, beispielsweise abdominalen Bereichs eines Patienten im Abbildungsvolumen eines Magnetresonanzgeräts wird im Schritt 11 ein erster Scout-Datensatz des abzubildenden Bereichs erzeugt. Anhand dieses ersten Scout-Datensatzes erfolgt im Schritt 12 durch einen diagnos­ tizierenden Arzt eine Festlegung diagnostisch aussagekräfti­ ger Schichten. Schließlich werden in einem Schritt 13 ent­ sprechend der festgelegten Schichten Magnetresonanzbilder aufgenommen.

Nach einigen Tagen wird zur Kontrolle eines Behandlungserfol­ ges derselbe abzubildende Bereich desselben Patienten erneut untersucht. Dazu wird im Rahmen einer weiteren Untersuchung 20 derselbe abzubildende Bereich im Abbildungsvolumen des Geräts positioniert. Dabei scheitert ein bezüglich der ersten Untersuchung 10 vollständig identisches Positionieren bereits daran, dass der Patient nicht millimetergenau auf einer Lage­ rungsvorrichtung des Geräts positionierbar ist. Nach dem Po­ sitionieren wird im Rahmen der weiteren Untersuchung 20 ein weiterer Scout-Datensatz 21 erzeugt. In einem Schritt 22 wird in einem Steuersystem des Geräts der weitere Scout-Datensatz mit dem ersten Scout-Datensatz verglichen. Dazu greift das Steuersystem auf eines der bereits eingangs beschriebenen Verfahren zurück. In einem Schritt 23 erfolgt aufgrund der im Schritt 22 ermittelten Lageveränderung ein Festlegen von ab­ zubildenden Schichten so, dass die Schichten der weiteren Untersuchung 20 hinsichtlich einer Positionierung innerhalb des Patienten den Schichten der ersten Untersuchung 10 ent­ sprechen. Schließlich erfolgt im Schritt 24 eine entsprechen­ de Magnetresonanzbilderzeugung der im Schritt 23 festgelegten Schichten. Unterschiede zwischen einem Magnetresonanzbild der ersten Untersuchung 10 und einem Magnetresonanzbild der zwei­ ten Untersuchung 20 für dieselbe Schicht sind für den diag­ nostizierenden Arzt unmittelbare Hinweise auf einen positiven oder negativen Behandlungserfolg. Unterschiede infolge nicht deckungsgleicher Schichten zwischen der ersten Untersuchung 10 und der zweiten Untersuchung 20 sowie daraus herrührende Fehlinterpretationen sind damit sicher ausgeschlossen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betrieb eines Magnetresonanzgeräts, beinhal­ tend folgende Merkmale:
Bei einer ersten Untersuchung eines Untersuchungsobjektes wird ein erster Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjek­ tes erzeugt, bezüglich dem wenigstens eine erste abzubil­ dende Schicht des Untersuchungsobjektes festgelegt wird,
bei wenigstens einer weiteren, der ersten zeitlich nachfol­ genden Untersuchung des Untersuchungsobjektes wird ein wei­ terer Scout-Bilddatensatz des Untersuchungsobjektes er­ zeugt,
zwischen dem ersten und dem weiteren Scout-Bilddatensatz wird eine Lageveränderung ermittelt und
entsprechend der ermittelten Lageveränderung wird wenigs­ tens eine weitere abzubildende Schicht des Untersuchungsob­ jektes bestimmt, die hinsichtlich der ersten Schicht eine gleiche Positionierung innerhalb des Untersuchungsobjektes aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln der La­ geveränderung folgende Merkmale beinhaltet:
Wenigstens ausgewählte Werte des ersten Scout-Bilddaten­ satzes werden in einem ersten Vektor notiert,
entsprechend den ausgewählten Werten des ersten Scout-Bild­ datensatzes werden Werte des zweiten Scout-Bilddatensatzes ausgewählt und in einem zweiten Vektor notiert,
in einem dritten Vektor werden sechs Parameter notiert, mit denen eine beliebige Lageveränderung im dreidimensionalen Raum beschreibbar ist,
gemäß einer Taylor-Entwicklung 1. Ordnung wird eine Glei­ chung gebildet, bei der eine Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Vektor gleich einem Produkt einer Jacobi­ schen Funktionalmatrix mit dem dritten Vektor gesetzt wird, wobei die Jacobische Funktionalmatrix je Zeile partielle Ableitungen des entsprechenden Wertes des ersten Vektors nach den sechs Parametern umfasst, und
die Gleichung zur Bestimmung der sechs Parameter wird durch ein Iterationsverfahren gelöst.

3. Verfahren nach einem der Anspruche 1 oder 2, wobei die Scout-Bilddatensatze als dreidimensionale Bilddatensätze er­ zeugt werden.

4. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, wobei die Scout-Bilddatensatze mit einer Schnellbildtechnik erzeugt werden.

5. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 4, wobei die Scout-Bilddatensatze mit einem Echoplanarverfahren erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der Anspruche 1 bis 5, wobei das Untersuchungsobjekt bei der weiteren Untersuchung entspre­ chend für die erste Untersuchung gespeicherter Daten automa­ tisch im Magnetresonanzgerät positioniert wird.