-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Magnetresonanz-Bildgebung
unter Einhaltung von SAR-Grenzwerten, bei dem ein Patient zur Durchführung einer
Messung in einem Magnetresonanz-Tomographen über zumindest eine Sendeantenne
mit einer Hochfrequenz-Pulssequenz beaufschlagt wird und die erzeugten
Magnetresonanzsignale ortsaufgelöst über zumindest
eine Empfangsantenne erfasst und zur Erzeugung von Magnetresonanz-Bildern
oder -Spektren weiterverarbeitet werden, wobei vor Durchführung der
Messung aktuelle SAR-Werte für
geplante Parameter der Messung bestimmt und die Parameter ggf. verändert werden,
bis die aktuellen SAR-Werte innerhalb der SAR-Grenzwerte liegen. Die Erfindung betrifft
auch eine Magnetresonanz-Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
-
Die
Magnetresonanz-Tomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung
von Bildern des Körperinneren
eines Untersuchungsobjekts. Zur Durchführung der Magnetresonanz-Tomographie
erzeugt ein Grundfeldmagnet ein statisches relativ homogenes Grundmagnetfeld.
Diesem Grundmagnetfeld werden während
der Aufnahme von Magnetresonanz-Bildern schnell geschaltete Gradientenfelder zur
Ortskodierung überlagert,
die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Mit einem oder mehreren Hochfrequenz-Sendeantennen
werden Sequenzen von Hochfrequenz-Pulsen zur Auslösung von Magnetresonanz-Signalen
in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt. Die mit diesen Hochfrequenz-Pulsen hervorgerufenen
Magnetresonanz-Signale werden von Hochfrequenz-Empfangsantennen
empfangen. Auf Basis der aus dem jeweils betrachteten Messfeld (FoV
= Field of View) empfangenen Magnetresonanz-Signale, das ein oder
mehrere Körperschichten des
Patienten umfassen kann, werden Schichtbilder des Körperinneren
des Patienten berechnet und dargestellt. Durch eine Verschiebung
der Patientenliege innerhalb des Mag netresonanz-Tomographen lassen sich
auf diese Weise Schichtbilder aus allen Körperregionen vom Kopf bis zum
Fuß erzeugen.
-
Eine
wesentliche Anforderung an moderne Magnetresonanz-Tomographen ist
die Fähigkeit
zur schnellen Bildgebung. Diese Forderung resultiert einerseits
aus wirtschaftlichen Überlegungen,
um pro Zeitintervall möglichst
viele Patienten untersuchen zu können,
und andererseits aus bestimmten medizinischen Fragestellungen, bei
denen eine schnelle Bildgebung für
das Untersuchungsergebnis erforderlich ist. Ein Beispiel hierfür ist die
Verminderung von Bewegungsartefakten durch Bewegung des Patienten während der
Messung.
-
Die
für eine
schnelle Bildgebung erforderliche hohe Repetitionsrate der Hochfrequenz-Sendepulse
bzw. Sendepulssequenzen führt
jedoch auch zu einer höheren
Belastung des Patienten mit elektromagnetischer Strahlung. Durch
die gesetzlichen Vorschriften sind Grenzwerte dieser SAR-Belastung (SAR
= Specific Absorption Rate) vorgegeben, die bei der Magnetresonanz-Bildgebung
nicht überschritten
werden dürfen.
Da moderne Magnetresonanz-Tomographen technisch in der Lage sind,
den Patienten mit deutlich höheren
SAR-Werten zu belasten, müssen
zur Durchführung
einer Messung sog. SAR-Monitore eingesetzt werden, um die Einhaltung
der Grenzwerte bei der Messung zu gewährleisten. Hierbei müssen neben
den Ganzkörper-SAR-Grenzwerten auch
spezielle Grenzwerte für
verschiedene Körperbereiche
beachtet werden, wobei grundsätzlich zwischen
Ganzkörper-
Teilkörper-
und Lokalexposition unterschieden werden muss.
-
Die
DE 40 42 212 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Magnetresonanzbildgebung, bei dem das magnetische
Primärfeld
bei der Durchführung
einer Messung zur Einhaltung der SAR-Grenzwerte zyklisch zwischen
zwei Feldstärken
gewechselt wird, um den durch die Grenzwerte vorgegebenen Spielraum
möglichst
auszu nutzen. Nähere
Angaben zur Bestimmung der SAR-Werte werden in dieser Druckschrift
nicht gemacht.
-
Die
SAR-Belastung ist einerseits von den individuellen Patientendaten
und andererseits von der Position des Patienten relativ zur Sendeantenne,
der Art der Sendeantenne, und den Messparametern wie der Sendeleistung,
der Repetitionsrate, der Art der Pulssequenz, der Anzahl der zu
vermessenden Schichten und der Position der Schichten im Patientenkörper abhängig. Die
Parameter der Messung sind hierbei in der Regel in einem Messprotokoll
zusammengefasst.
-
Um
eine Überschreitung
der vom Gesetzgeber vorgegebenen SAR-Grenzwerte während der Messung zu verhindern,
misst der SAR-Monitor
die tatsächlich
vom System abgestrahlte HF-Energie, um bei einer Überschreitung
der gesetzlich erlaubten akkumulierten HF-Energie innerhalb des
vorgegebenen Zeitintervalls ggf. das HF-System abzuschalten. Vor
jeder Messung wird zusätzlich
eine Vorhersage durchgeführt,
bei der die SAR-Werte für
die geplanten Parameter der Messung bestimmt werden.
-
Durch
diese Vorhersage wird eine Überschreitung
der SAR-Grenzwerte
für die
geplante Messung bereits im Vorfeld erkannt, so dass Messprotokoll
ggf. verändert
werden kann, um die Grenzwerte einzuhalten. Eine Vorhersage beruht
darauf, zu jedem Zeitpunkt der Messzeit eines Messprotokolls diejenige
Gesamtenergie zu ermitteln, die jeweils innerhalb des vom Gesetzgeber
vorgeschriebenen Zeitintervalls für den jeweiligen SAR-Grenzwert
aufläuft.
Diese Gesamtenergie in einem jeden Zeitintervall darf dann die gesetzlich
vorgeschriebene obere Grenze, den jeweiligen SAR-Grenzwert, nicht überschreiten.
Einige der gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte beruhen auf einer
Mittelung der eingestrahlten HF-Energie über einem Zeitraum von einigen
Minuten, z. B. 5 oder 15 Minuten.
-
Bei
den bisher durchgeführten
Vorhersagen werden neben den Patientendaten die Parameter für die geplante
Messung, d. h. das Messprotokoll, für die Bestimmung der aktuellen
SAR-Werte herangezogen. Magnetresonanz-Messungen sind jedoch oft kürzer als
die Mittelungszeiten, die den SAR-Grenzwerten zugrunde liegen. Da
in vielen Fällen
mehrere von einander unabhängige
Messungen am Patienten durchgeführt
werden, wird bisher aus Sicherheitsgründen bei der Berechnung der
aktuellen SAR-Werte für
die geplante Messung für
das Zeitintervall vor Beginn der Messung, das noch innerhalb der
Mittelungszeit für
den jeweiligen SAR-Grenzwert liegt, eine maximale HF-Exposition
angenommen. Diese konservative Vorhersage führt jedoch dazu, dass beispielsweise
selbst bei sehr kurzen, einmaligen Messungen am Patienten die eigentlich
erlaubte Energie-Absorption um den Quotienten „Laufzeit des Protokolls/vorgeschriebener
Mittelungszeitraum" reduziert
wird.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Magnetresonanz-Bildgebung
unter Einhaltung von SAR-Grenzwerten anzugeben, die eine bessere
Ausnutzung der Leistung eines Magnetresonanz-Tomographen bei der
Magnetresonanz-Bildgebung ermöglicht.
-
Die
Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Anlage gemäß den Patentansprüchen 1 bzw.
5 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der
Unteransprüche.
-
Beim
vorliegenden Verfahren erfolgt die Bestimmung der aktuellen SAR-Werte
für eine
geplante Messung unter Einbeziehung von abgespeicherten Daten, die
den zeitlichen Verlauf der HF-Belastung des
Patienten während
einer oder mehrerer vorausgegangener Messungen sowie eine Information
beinhalten, aus der der Zeitabstand der HF-Belastung der vorangegangenen
Messungen zur geplanten Messung ermittelt werden kann. Beim vorliegenden
Verfahren wird somit die tatsächliche
HF-Belastung des Patienten in der Vergangenheit in die für die Berechnung
der SAR-Werte erforderliche Mittelungszeit mit einbezogen, sofern
vorausgegangene Messungen noch innerhalb dieser Mittelungszeit liegen.
Voraussetzung hierfür
ist, dass entsprechende Daten bei jeder Messung aufgenommen und
abgespeichert werden. Diese Daten müssen einerseits den zeitlichen Verlauf
der HF-Belastung
des Patienten beinhalten und es andererseits ermöglichen, den zeitlichen Abstand
der HF-Belastung eines beliebigen Zeitpunktes der vorangegangenen
Messungen zu einem beliebigen Zeitpunkt der geplanten Messung zu
bestimmen. Dies kann durch Abspeichern absoluter Zeitinformationen
in Bezug auf die gemessenen HF-Belastungen erfolgen, oder, indem
bspw. die HF-Belastung in definierten kleinen Zeitintervallen auch in
den Pausen zwischen einzelnen unabhängigen Messungen aufgezeichnet
wird, so dass aus der Anzahl der Messdaten auf den Zeitabstand geschlossen
werden kann.
-
Die
zugehörige
Magnetresonanz-Anlage muss hierbei eine Einheit umfassen, die die
im Patienten während
der Messung deponierte HF-Leistung in ihrem zeitlichen Verlauf mitschreibt.
Anstelle der deponierten Leistung können auch getrennt voneinander
die Sendeleistung und die jeweilige Absorption – der Quotient aus der vom
Patienten absorbierten Leistung zu der Gesamt-Sendeleistung – protokolliert werden.
Dieser Quotient variiert mit Änderung
der Lagerung des Patienten relativ zur Sendespule. Weiterhin muss
die Einheit zur Berechnung der aktuellen SAR-Werte derart ausgestaltet
sein, dass sie bei der Bestimmung dieser Werte die abgespeicherten
Daten einbezieht.
-
Bei
dem vorliegenden Verfahren beinhaltet eine Vorhersage daher neben
dem reinen geplanten Messverlauf auch die Vergangenheit unmittelbar
vor der Messung. Die bisherige Leistungshistorie wird von der Vorhersage
mit einbezogen. Für
jeden beliebigen Zeitpunkt der geplanten Messung wird dabei das
gesamte Mittelungsintervall, das dem entsprechenden SAR-Grenzwert zugrunde
liegt, in die Vergangenheit hinein betrachtet. Diese Betrachtung
wird wiederum für
jeden Zeitpunkt der Messung selbst durchgeführt. Vergangenheit und Zukunft
sind für eine
Vorhersage daher nicht mehr getrennt, sondern zu einer kontinuierlichen
Leistungsbetrachtung vereint.
-
Ein
Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass für die Bestimmung
der aktuellen SAR-Werte nun nicht mehr eine Maximalexposition in der
Vergangenheit angenommen werden muss, sondern dass die tatsächliche
HF-Belastung berücksichtigt
wird, der der Patient in der in der Vergangenheit liegenden Mittelungszeit
unterworfen wurde. Im Falle einer niedrigeren Belastung in der Vergangenheit kann
somit eine vergleichsweise höhere
Leistung bei der geplanten Messung in den Patienten eingestrahlt werden,
ohne die erlaubten SAR-Grenzwerte
zu überschreiten.
-
Das
vorliegende Verfahren und die zugehörige Magnetresonanz-Anlage werden nachfolgend
anhand eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
nochmals kurz erläutert. Hierbei
zeigen:
-
1 schematisch
eine Veranschaulichung der HF-Belastung eines Patienten in Abhängigkeit von
der Zeit bei voneinander unabhängigen
Messungen;
-
2 ein
Beispiel für
den prinzipiellen Aufbau eines Magnetresonanz-Tomographen, mit dem das
vorliegende Verfahren durchführbar
ist; und
-
3 ein
Ablaufschema für
die Durchführung
des vorliegenden Verfahrens gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform.
-
In
der 1 ist schematisch eine von einem Patienten absorbierte
HF-Leistung über
der Zeit für zwei
hintereinander liegende unabhängige
Messungen aufgetragen, die in der Vergangenheit 10 bzw.
in der Zukunft 11 liegen. Die senkrechte Linie beschreibt
hierbei den aktuellen Zeitpunkt, zu dem die aktuellen SAR-Werte
für eine
geplante Messung bestimmt werden sollen. Der Leistungsverlauf 12 der geplanten
Messung ist in der Zukunft 11 aufgetragen. Unterhalb der
Zeitachse dieser Figur sind verschiedene Zeitintervalle dargestellt, über die
die HF-Leistung bei Berechnung der aktuellen SAR-Werte gemittelt
werden muss. Um für
alle Zeitpunkte der geplanten Messung sicherzustellen, dass die
SAR-Grenzen nicht überschritten
werden, muss das durch die Pfeile 13, 14 dargestellte
Zeitfenster vor Beginn der Messung quasi aus der Vergangenheit kommend
in die Zukunft bis zum Ende der geplanten Messung verschoben werden.
Die Verschiebung muss in ausreichend kleinen Zeitschritten geschehen,
so dass eine mögliche Überschreitung
der SAR-Grenze während der
Messung richtig erkannt wird. Die in der Figur mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneten
Zeitintervalle (gestrichelte Pfeile) bzw. -fenster illustrieren
den Zustand, in dem die Vergangenheit noch zum Teil in die SAR-Wertbestimmung
mit eingeht. Die Zeitintervalle 14 (durchgezogene Pfeile)
liegen dagegen komplett in der Zukunft. Die aufsummierten Gesamtenergien der
rechten beiden Zeitintervalle können
bei der Vorhersage sehr einfach bestimmt werden, indem die aus den
Parametern des Messprotokolls entnehmbare Leistung über dem
jeweiligen Zeitintervall aufintegriert wird. Für die Bestimmung der Gesamtenergie in
den linken beiden Intervallen müssen
jedoch Informationen über
die in der Vergangenheit absorbierte Leistung zur Verfügung stehen.
Dies ist beiden bisherigen Verfahren des Standes der Technik nicht
der Fall, so dass aus Sicherheitsgründen angenommen wird, dass
die Leistung in der Vergangenheit so hoch war, wie die maximal erlaubte
durchschnittliche Leistung in einem derartigen Zeitintervall.
-
Liegt
nun ein Fall vor, in dem der Patient noch nicht der erlaubten Maximalenergie – über das gesetzliche
zeitliche Mittelungsintervall – durch
eingestrahlte HF-Energie ausgesetzt war, so kann mit einer Folgemessung
eine höhere
Dosis eingestrahlt werden, ohne die in dem vorgegebenen Zeitintervall erlaubte
durchschnittliche Maximalleistung zu überschreiten. Diese verbesserte
Ausnutzung der Leistung der Magnetresonanz-Anlage bei dem Einsatz des vorliegenden
Verfahrens wird dadurch möglich, dass
für den
Patienten die Leistungsinformationen der Vergangenheit in Form abgespeicherter
Daten vorliegen und ausgewertet werden können.
-
2 zeigt
schematisch ein Schnittbild durch einen Magnetresonanz-Tomographen,
mit dem das vorliegende Verfahren durchgeführt werden kann. In der Figur
sind nur die wesentlichen Bauteile des Gerätes, ein Grundfeldmagnet 1,
ein Gradientenspulensystem 2, eine Hochfrequenz-Sendeantenne 3 sowie eine
Empfangsspule 4 dargestellt. Hierbei kann es sich um eine
reine, für
die spezielle diagnostische Fragestellung optimierte, Empfangsspule
oder auch um eine lokale Sende-Empfangsspule
handeln, wie sie beispielsweise häufig in spektroskopischen Anwendungen
eingesetzt werden. Weiterhin ist ein Patient 5 auf einer
Patientenliege 6 zu erkennen, die in den mit dem Pfeil
dargestellten Richtungen innerhalb des Magnetresonanz-Tomographen
verfahrbar ist. Bei der Messung werden über die als Ganzkörperspule
ausgebildete Hochfrequenz-Sendeantenne 3 Hochfrequenzimpulse
zur Erzeugung von Magnetresonanz-Signalen im Körper des Patienten 5 eingestrahlt.
Die Magnetresonanz-Signale werden mit der Empfangsspule 4 oder
der auch als Empfänger betreibbaren
Hochfrequenz-Antenne 3 erfasst und in Form eines zweidimensionalen
Magnetresonanz-Bildes des jeweils erfassten Messbereiches dargestellt. Zur
Erfassung außerhalb
der Messregion liegender Körperregionen
wird der Patient 5 mit der Patientenliege 6 schrittweise
in der angegebenen Richtung um eine bestimmte Distanz verfahren.
-
In
der Figur ist weiterhin eine Einheit 7 zur Berechnung der
SAR-Werte, der sog. SAR-Monitor, dargestellt. Diese Einheit 7 hat
Zugriff auf abgespeicherte Daten 8, die den zeitlichen
Verlauf einer HF-Belastung des Patienten während einer oder mehrerer vorausgegangener
Messungen sowie eine Information beinhalten, aus der der Zeitabstand
der vorangegangenen HF-Belastung
zur geplanten Messung ermittelt werden kann. Dieser abgespeicherte Zeitverlauf
entspricht einem Datensatz, wie er bspw. in der 1 in
der Vergangenheit 10 dargestellt ist. Im vorliegenden Fall
ist die Uhrzeit von Beginn und Ende der Vormessung ebenfalls abgespeichert,
so dass die HF-Belastung zu jedem Zeitpunkt sowie der Zeitabstand
zur geplanten Messung ermittelt werden können.
-
Diese
Daten 8 werden während
der Messung durch eine Protokolliereinheit 9 zusammen mit
der Uhrzeit von Beginn und Ende der Messung abgespeichert. Die Protokolliereinheit 9 spei chert
die tatsächlich
eingestrahlte HF-Leistung in festen geringen Zeitabständen ab,
so dass eine bestimmte Anzahl von abgespeicherten Messwerten einem
bestimmten Zeitintervall entspricht.
-
3 zeigt
anhand eines Ausführungsbeispiels
ein Ablaufschema zur Durchführung
des vorliegenden Verfahrens. Hierbei wird der Patient 5 zunächst auf
der Patientenliege 6 gemäß der beabsichtigten Messung
positioniert (Schritt 15). Anschließend werden im Schritt 16 die
aktuellen SAR-Werte für
das geplante Messprotokoll bestimmt. Hierbei werden abgespeicherte
Daten 8 einbezogen, die Informationen über den zeitlichen Verlauf
einer HF-Belastung des Patienten bei einer oder mehreren vorausgegangenen
Messungen sowie eine Information beinhalten, aus der der zeitliche
Abstand der vorausgegangenen Messungen zur geplanten Messung ermittelt
werden kann. Die SAR-Werte werden in Schritt 16 daher unter
Einbeziehung der HF-Belastung des Patienten in der Vergangenheit
ermittelt, soweit diese Belastung noch im Mittelungsintervall für den jeweiligen
SAR-Wert liegt.
-
Nach
dieser Bestimmung der aktuellen SAR-Werte für die geplanten Messparameter
wird ein Vergleich mit den SAR-Grenzwerten durchgeführt, um
bei Überschreiten
der Grenzwerte die Parameter nochmals zur Einhaltung der Grenzwerte
verändern
zu können
(Schritte 17, 18). Werden die SAR-Grenzwerte mit
den geplanten Messparametern eingehalten, so kann die eigentliche
Messung 19 erfolgen. Bei dieser Messung wird der zeitliche
Verlauf der HF-Belastung zusammen mit einer absoluten Zeitinformation
wiederum in einem Speicherbereich 8 abgespeichert.
-
Eine Änderung
der Parameter kann entweder automatisch erfolgen oder durch den
Anwender per Software-Dialog durchgeführt werden. Da es in der Regel
mehrere sinnvolle Möglichkeiten
zur Änderung
dieser Parameter gibt, werden diese dem Anwender vorzugsweise per
Software-Dialog zur Auswahl angezeigt.
-
Beim
vorliegenden Verfahren wird somit die von einem Patienten absorbierte
HF-Leistung über der
Zeit mitprotokolliert, so dass eine sog. Leistungs-Historie entsteht.
Diese Leistungs-Historie besteht aus Werten tatsächlich absorbierter HF-Leistung über der
Zeit. im Falle einer Vorhersage wird diese Historie in die Zukunft
hinein mit berechneten Leistungswerten über der Zeit erweitert. Damit
können
die Gesamtenergien aller Zeitintervalle auch dann berechnet werden,
wenn sich diese ganz oder auch nur zum Teil in der Vergangenheit
oder in der Zukunft befinden. Die energetische Vorgeschichte einer
Messung muss nun nicht mehr mit einer Höchstbelastung angenommen werden.
Vielmehr kann der tatsächliche
Leistungsverlauf zur Berechnung herangezogen werden.