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