DE102005023193B4

DE102005023193B4 - Verfahren zum Abbilden eines Untersuchungsvolumens in einem MR-Spektrometer

Info

Publication number: DE102005023193B4
Application number: DE102005023193.4A
Authority: DE
Inventors: Klaus Mayer; Dr. Mohr Cecile
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-05-19
Filing date: 2005-05-19
Publication date: 2015-07-02
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: CN1864628A; JP4731400B2; DE102005023193A1; US20070016002A1; CN100560023C; US7480526B2; JP2006320723A

Abstract

Verfahren zum Abbilden eines großen Untersuchungsvolumens (1) mit einem MR-Spektrometer (2), das die Schritte umfasst: Definieren von wenigstens zwei Untersuchungssegmenten (5a, 5b) in dem Untersuchungsvolumen (1) und Ansteuern einer Positionierungseinrichtung (6) derart, dass ein erstes Untersuchungssegment (5a) in einem optimalen Messvolumen (7) des MR-Spektrometers (2) liegt, gekennzeichnet durch Erfassen von physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten durch eine Erfassungseinrichtung (10), bei denen zyklisch ein Aufnahmezustand, in welchem eine MR-Aufnahme möglich ist, und ein Wartezustand, in welchem keine MR-Aufnahme möglich ist, auftritt, wobei die Verschiebung der Positionierungseinrichtung (6) mit den erfassten physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten synchronisiert wird, derart dass die Positionierungseinrichtung (6) in einem von der Erfassungseinrichtung (10) festgestellten Wartezustand so bewegt wird, dass nach der Bewegung ein nächstes Untersuchungssegment (5b) in dem optimalen Messvolumen (7) des MR-Spektrometers (2) liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messung in einem MR-Spektrometer und insbesondere ein Verfahren zum Abbilden eines Untersuchungsvolumens in einem MR-Spektrometer.
Magnetresonanzmessungen (MR) reagieren empfindlich auf Bewegungen des Patienten, wie z. B. Respirationsbewegungen des Abdomens und des Brustkorbs. Diese Bewegungen führen zu Unschärfen und zu Beeinträchtigungen der Bildqualität.
Eine optimale Bildqualität wird bei MR-Messungen erreicht, wenn das Bild der Messung im Isozentrum des Magneten aufgenommen wird, d. h. dort, wo das magnetische Feld besonders homogen ist.
Moderne MR-Systeme sind mit programmierbaren Positionierungseinrichtungen für den Patienten ausgestattet, die bei der Messung Bewegungen über große anatomische Bereiche zulassen. Diese Bewegungen erfolgen schrittweise in diskreten Intervallen oder dynamisch, d. h. die Positionierungseinrichtung bewegt sich kontinuierlich durch den Magneten (Move During Scan, MDS). Außerdem können auch Messungen isozentrisch durchgeführt werden, d. h. die Positionierungseinrichtung bewegt sich automatisch zur Mitte des Magneten.
Aus der WO 98/46 132 A1 sind bereits eine Methode und eine Vorrichtung bekannt, um eine Reihe von Bildern eines Patienten mit einem Magnetresonanzsystem aufzunehmen, wobei eine einzige Injektion eines Kontrastmittels verabreicht wird, das sich über das Adernsystem des Patienten verteilt. Die Methode beinhaltet das Laden eines ersten Satzes von Parametern für die bildgebende Vorrichtung. Bilddaten werden von einer ersten Ansicht gemäß einem ersten Satz von Parametern gesammelt. Ein zweiter Satz von Parametern wird für die bildgebende Vorrichtung geladen und Bilddaten einer zweiten Ansicht werden gemäß dem zweiten Satz von Parametern gesammelt. Dieser Vorgang kann für die dritte, vierte oder fünfte Reihe von Parametern zur Abbildung zusätzlicher Körperstellen wiederholt werden.
Die US 2002/0 173 715 A1 beschreibt ein Magnet-Resonanz-Angiographie(MRA)-System, das Daten eines großen Untersuchungsbereiches aufnimmt, indem der Patient durch die Öffnung des Magnetresonanzsystems bewegt wird, wobei dreidimensionale MRA-Datensätze aufgenommen werden. Die Bewegung des Patiententisches wird so kontrolliert, um der Ausbreitung des Kontrastmittels zu folgen, während dieses durch den Aufnahmebereich fließt. Fluoroskopische Bilder können während der Untersuchung aufgenommen werden, um eine genaue Verfolgung der Ausbreitung des Kontrastmittels zu ermöglichen. Abschließend wird ein zusammenhängendes Bild der gesamten Untersuchungsregion rekonstruiert.
Die MR-Messsysteme nach dem Stand der Technik haben jedoch den Nachteil, dass die Bildqualität physiologischen Schwankungen unterworfen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abbilden eines großen Untersuchungsvolumens in einem MR-Spektrometer zu schaffen, bei dem die Bildqualität gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren zum Steuern einer Positionierungseinrichtung nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß werden zusätzlich zu der MR-Messung physiologische Daten des Patienten aufgenommen. Die vorhandene physiologische Information wird genutzt, um das Transportsystem derart zu bewegen, dass sich eine optimale Bildqualität erzielen lässt. Dazu wird die Tischbewegung mit den Stufen ”Fahren”/”Anhalten”/”Geschwindigkeit anpassen” mit dem respiratorischen Zyklus (Einatmen, Ausatmen) oder einem anderen physiologischen Zyklus (z. B. Herzzyklus, Blutdruck, ...) synchronisiert. So lässt sich sehr effizient die Bildqualität verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abbilden eines großen Untersuchungsvolumens mit einem MR-Spektrometer umfasst die Schritte: Definieren von wenigstens zwei Untersuchungssegmenten in dem Untersuchungsvolumen und Ansteuern einer Positionierungseinrichtung derart, dass ein erstes Untersuchungssegment in einem optimalen Messvolumen des MR-Spektrometers liegt, das gekennzeichnet ist durch Erfassen von physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten durch eine Erfassungseinrichtung, bei denen zyklisch ein Aufnahmezustand, in welchem eine MR-Aufnahme möglich ist, und ein Wartezustand, in welchem keine MR-Aufnahme möglich ist, auftritt, wobei die Verschiebung der Positionierungseinrichtung mit den erfassten physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten synchronisiert wird, derart dass die Positionierungseinrichtung in einem von der Erfassungseinrichtung festgestellten Wartezustand so bewegt wird, dass nach der Bewegung ein nächstes Untersuchungssegment in dem optimalen Messvolumen des MR-Spektrometers liegt.
Insbesondere ist der physiologische Vorgang die Atmung und die Erfassungseinrichtung eine Atemfrequenz-Erfassungseinrichtung, wobei der Aufnahmezustand dem Ausatmen entspricht und der Wartezustand dem Einatmen entspricht. Dies lässt eine so genannte MDS-(move during scan)Messung zu.
Alternativ kann als physiologischer Vorgang die Herztätigkeit verwendet werden und als Erfassungseinrichtung eine Herzfrequenz-Erfassungseinrichtung eingesetzt werden, wobei der Aufnahmezustand der diastolischen Phase entspricht und der Wartezustand der systolischen Phase des Blutdrucks entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat u. a. den Vorteil, dass sich die Messzeit verkürzen lässt, da die ”Totzeit” zwischen den einzelnen Messschritten genutzt wird, um den Patienten in eine neue Messposition zu bringen, so dass die Gesamtmesszeit effektiver genutzt wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
1A und 1B zeigen jeweils schematisch die erfindungsgemäße Positionierung eines Patienten in einem MR-Spektrometer in einer ersten und einer zweiten Position.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Positionierung eines Patienten in einem MR-Spektrometer.
3A und 3B zeigen zur Erläuterung ein praktisches Beispiel für eine MR-Aufnahme im Spektrometer.
Die Darstellung in den Figuren ist nicht maßstäblich.
Aus Gründen der Klarheit wird die Erfindung im Folgenden anhand eines Respirationszyklus beschrieben.
In 1A ist ein Patient als großes Untersuchungsvolumen 1 gezeigt, von dem mit einem MR-Spektrometer 2 Aufnahmen gemacht werden sollen.
Das MR-Spektrometer 2 umfasst am Eingang und am Ausgang jeweils eine supraleitende Schirmspule 3. Zwischen den beiden Schirmspulen 3 befinden sich mehrere supraleitende Feldspulen 4. Durch diese Spulen 3 und 4 wird ein Magnetfeld erzeugt, das die MR-Messung ermöglicht. Für eine gute Bildqualität ist ein möglichst homogenes Magnetfeld notwendig. Das von den Spulen 3 und 4 erzeugte Magnetfeld in dem MR-Spektrometer ist besonders homogen in einem Messvolumen 7. Dieses Messvolumen 7 ist in 1A als Kasten mit fett gestricheltem Rand gezeigt.
Um eine Aufnahme von einem großen Bereich des Untersuchungsvolumens 1, d. h. hier des Patienten machen zu können, werden in diesem Untersuchungsvolumen 1 mehrere Untersuchungssegmente definiert, von denen in 1A schematisch die beiden Segmente 5a und 5b gezeigt sind. Diese Untersuchungssegmente 5a und 5b werden nacheinander in Deckung mit dem Messvolumen 7 gebracht, in dem die optimalen Bedingungen für eine MR-Aufnahme gegeben sind.
Dazu wird der Patient auf eine Positionierungseinrichtung bzw. einen Tisch 6 gebettet, und die Positionierungseinrichtung 6 wird in der Weise verschoben, dass beispielsweise das Untersuchungssegment 5a mit dem Messvolumen 7 des MR-Spektrometers 2 zur Deckung gelangt.
Damit ist eine optimale Bildqualität gewährleistet.
Wenn anschließend das Untersuchungssegment 5b aufgenommen werden soll, so wird die Positionierungseinrichtung 6 derart verschoben, dass nun das Untersuchungssegment 5b mit dem Messvolumen 7 zur Deckung gelangt. Dies ist schematisch in 1B gezeigt. Die Bewegung kann dabei parallel zur Hauptachse des Magnetfeldes verlaufen, d. h. in z-Richtung, oder sie kann ebenso gut quer zu dieser Richtung verlaufen, z. B. in x-Richtung. Gegebenenfalls kann der Tisch auch in der Höhe verstellt werden (nicht dargestellt).
Erfindungsgemäß wird die Verschiebung der Positionierungseinrichtung 6 mit physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten synchronisiert, bei denen zyklisch ein Aufnahmezustand, in welchem eine MR-Aufnahme möglich ist, und ein Wartezustand, in welchem keine MR-Aufnahme möglich ist, auftritt.
Dazu werden die genannten physiologischen Vorgänge durch eine Erfassungseinrichtung 10 erfasst. Wenn bei der Erfassung erkannt wird, dass der momentane physiologische Zustand eine MR-Aufnahme zulässt, so wird diese aufgenommen (Aufnahmezustand). Wird dagegen bei der Erfassung festgestellt, dass der momentane physiologische Zustand des Patienten eine solche Aufnahme nicht zulässt, so wird erfindungsgemäß diese Erkenntnis genutzt, um in dieser Ruhephase den Patienten so zu verschieben, dass sich das nächste Untersuchungssegment 5b im ”Fokus” des MR-Spektrometers befindet. D. h. in dem Wartezustand wird die Positionierungseinrichtung 6 so bewegt, dass nach der Bewegung das nächste Untersuchungssegment 5b in dem Messvolumen 7 des MR-Spektrometers 2 liegt für eine Aufnahme mit optimaler Bildqualität.
In 1A und 1B ist die Erfindung dadurch veranschaulicht, dass als physiologischer Vorgang die Atmung betrachtet wird und als Erfassungseinrichtung 10 eine Atemfrequenz-Erfassungseinrichtung eingesetzt wird. Diese ist in 1A und 1B durch einen auf den Brustkorb des Patienten gerichteten Blockpfeil angedeutet. Bei dieser Ausführungsform wird die Positionierungseinrichtung 6 vorzugsweise beim Ausatmen angehalten. Die Bewegung der Positionierungseinrichtung 6 wird dann fortgesetzt, wenn der Atemzyklus des Patienten im Wesentlichen wieder in der gleichen Phase ist, in der eine vorangehende Aufnahme aufgenommen wurde (MDS-Messung). Mit anderen Worten, der Aufnahmezustand entspricht dem Ausatmen, und der Wartezustand entspricht dem Einatmen.
Aber auch andere physiologische Vorgänge können als ”Trigger” verwendet werden. So kann auch die Herztätigkeit herangezogen werden und als Erfassungseinrichtung 10 eine Herzfrequenz-Erfassungseinrichtung oder eine Pulsfrequenz-Erfassungseinrichtung oder eine Blutdruck-Erfassungseinrichtung oder ähnliches eingesetzt werden. So wird in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Herztätigkeit durch eine (nicht dargestellte) Herzfrequenz-Erfassungseinrichtung erfasst, wobei der Aufnahmezustand der diastolischen Phase entspricht und der Wartezustand der systolischen Phase des Blutdrucks entspricht.
In 2 ist der Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufnehmen eines MR-Spektrums gezeigt.
In einem Schritt 11 wird die Positionierungseinrichtung 6 derart bewegt, dass ein erstes Untersuchungssegment, z. B. 5a, in dem Messvolumen 7 des MR-Spektrometers liegt. Anschließend werden in einem Schritt 12 physiologische Daten erfasst, durch die die MR-Messung und insbesondere die Bildqualität des Messergebnisses beeinträchtigt werden könnten. Die Unterscheidung in für die MR-Messung günstige und weniger günstige Zustände folgt in dem Schritt 13, in welchem abgefragt wird, ob eine MR-Messung möglich ist. Falls dies der Fall ist, springt das Verfahren zu dem Schritt 14, in welchem die eigentliche Messung durchgeführt wird. Danach erfolgt ein Rücksprung zur Erfassung von physiologischen Daten in Schritt 12.
Wird in Schritt 13 jedoch festgestellt, dass die erfassten physiologischen Daten keine MR-Aufnahme zulassen, wird in einem weiteren Schritt 15 geprüft, ob das aktuelle Untersuchungssegment, d. h. dasjenige, welches sich gerade in dem Messvolumen 7 befindet, bereits aufgenommen wurde. Ist dies nicht der Fall, so muss ein günstigerer Zeitpunkt für eine Messung abgewartet werden, und daher folgt ein Rücksprung zur Erfassung von physiologischen Daten in Schritt 12. Daran anschließend wird in Schritt 13 wiederum geprüft, ob nun eine MR-Aufnahme möglich ist.
Wenn in Schritt 15 dagegen festgestellt wird, dass das Untersuchungssegment, das sich gerade in dem Messvolumen 7 befindet, bereits aufgenommen worden ist, so wird die ”Totzeit”, in der keine MR-Messung möglich ist, genutzt, um in einem Schritt 16 die Positionierungseinrichtung 6 so zu bewegen, dass das nächste Untersuchungssegment 5b in das Messvolumen 7 gefahren wird. Daran schließt sich wieder ein Rücksprung zur Erfassung von physiologischen Daten in Schritt 12 an.
Somit werden erfindungsgemäß die Tischbewegung und beispielsweise die Respirationsphasen synchronisiert. Diese Synchronisation lässt sich bei konventionellen (”statischen”) Messungen und auch bei MDS-Aufnahmen durchführen.
Bei konventionellen (”statischen”) Messungen bedeutet dies, dass die Positionierungseinrichtung so bewegt wird, dass sich das Untersuchungssegment 5a oder 5b immer im Isozentrum des Magneten befindet. Dies ist insbesondere von Bedeutung für axiale Untersuchungen des Abdomen. Es gibt keinen Zeitverlust mehr, da die Tischbewegung in den Zeiten vorgenommen wird, die ansonsten physiologische ”Totzeiten” sind (z. B. Ausatmen). Es besteht die Möglichkeit auf einfache Art Studien mit mehreren Atemanhaltephasen durchzuführen, wo das System die ”Totzeiten” nutzt, in das Isozentrum zu fahren. Auf diese Art lässt sich die Bildqualität deutlich verbessern.
Bei MDS-Messungen synchronisiert sich das System automatisch mit der Atmung oder mit anderen physiologischen Vorgängen, die ansonsten zu einer Verschlechterung des Bildes beitragen. So werden auch bei diesem Messverfahren außerordentlich gute Bildqualitäten erreicht.
Im einzelnen bedeutet dies, dass bei konventionellen (”statischen”) Messungen ein Programm die Atmungsinformation von der Erfassungseinrichtung 10 verwendet. Wenn durch die Erfassungseinrichtung 10 ein Ausatmungsvorgang erkannt wird, wird ein Befehl an die Positionierungseinrichtung 6 ausgegeben, so dass der Tisch in der ”Isocenter”-Funktion derart verfahren wird, dass die Aufnahme des nächsten Untersuchungssegmentes 5b in dem Messvolumen 7 erfolgen kann. Dies kann z. B. immer dann geschehen, wenn der Patient den Atem anhält. Das System erkennt, dass der Patient den Atem anhält, und es wird eine automatische Bewegung zu der Mitte des nächsten Schnittes für die nächste Aufnahme durchgeführt.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn axiale Aufnahmen des Abdomen gemacht werden sollen und der Tisch in z-Richtung (Richtung des Magnetfeldes) verschoben wird, so dass die Schnittebenen jeweils an die optimale Position im Magneten verlegt werden, d.h. in das Messvolumen 7 oder das Isozentrum, um die Bildqualität zu verbessern.
Bei MDS-Messungen wird der Tisch kontinuierlich bewegt. Der Patient hält phasenweise den Atem an. Bei den Systemen nach dem Stand der Technik wird dazu die Atmung bei der MR-Messung mit einem ”Navigator”-Signal oder einem Atmungsgürtel überwacht. In beiden Fällen wird auf diese Art erfasst, ob der Patient ein- oder ausatmet. Üblicherweise wird die Datenaufnahme während der Ausatmungsphase unterbrochen und während der Einatmungsphase wieder aufgenommen. Während der Einatmungs- oder Atemanhaltephasen bewegt sich der Tisch, und es werden Daten aufgenommen. Um die Messung und damit die Bewegung des Tisches rechtzeitig zu unterbrechen, wenn der Patient den Atem anhält, muss das Bedienungspersonal des MR-Spektrometers beim Stand der Technik den Patienten bitten auszuatmen. Dann wird der Tisch 6 angehalten, und die Tischbewegung wird erst wieder aufgenommen, wenn der Respirationszyklus des Patienten in einer ähnlichen Phase ist wie die, in der die vorherigen Daten aufgenommen wurden. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Daten in einem vergleichbaren physiologischen Zustand aufgenommen werden und so die Bildqualität optimal ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erkennt das System automatisch, wenn der Patient ausatmet, und die Bewegung wird unterbrochen. Sobald der Patient wieder den Atem anhält, beginnt die Aufnahme erneut. Ein Eingriff des Bedienungspersonals für das MR-Spektrometer ist nicht mehr notwendig.
Damit wird 1) die ”Totzeit” während der respirationssynchronisierten Aufnahmen verwendet, um den Tisch in das Isozentrum des Magneten zu bewegen, wo die Homogenität des Magnetfeldes und damit die Bildqualität am besten sind, und 2) wird die Respirationsinformation genutzt, um die Tischbewegung bei MDS-Aufnahmen intelligent zu steuern, so dass die Bildqualität maximiert wird.
Bei konventionellen Messungen wird dagegen die ”Totzeit”, die während der Ausatmungsphase gegeben ist, von dem MR-System nicht genutzt. So wird bei Aufnahmen im MDS-Betrieb (der bisher noch in der Entwicklungsphase ist) beim Stand der Technik die Information über die Atmung nicht genutzt, um den Tisch zu positionieren und schließlich anzuhalten, um so die Bildqualität zu verbessern.
Zur weiteren Erläuterung ist in 3A und 3B ein praktisches Beispiel für eine MR-Aufnahme im Spektrometer gezeigt. In 3A ist eine erste Situation gezeigt. Es befinden sich drei Untersuchungssegmente 5 in dem – hier oval und nicht rechteckig dargestellten – Messvolumen 7. Drei weitere Untersuchungssegmente 5 befinden sich wenigstens teilweise außerhalb des Messvolumens 7. Es versteht sich von selbst, dass die Umrandung 7 des Messvolumens nur symbolisch gemeint ist und keine scharfe physikalische Grenze darstellt. Nachdem die drei Untersuchungssegmente 5 in dem Messvolumen 7 aufgenommen wurden, fährt die Positionierungseinrichtung 6 in die negative z-Richtung. Ihre Endposition ist in 3B gezeigt. Sobald die Ausatmung beendet ist und der Patient mit dem Einatmen beginnt, werden die drei nächsten Untersuchungssegmente 5, die sich nun in dem Messvolumen 7 befinden, aufgenommen. Damit erhält man eine optimale Bildqualität bei der Aufnahme von großen Untersuchungsvolumina, die man abschnittsweise erfassen möchte. Umgekehrt wird beispielsweise der Patient nach dem Ausatmen in 3B mit der Positionierungseinrichtung in die positive z-Richtung verfahren. Die Endposition kann nun der Darstellung in 3A entsprechen, und nach dem Ausatmen werden beim Einatmen diejenigen Untersuchungssegmente 5 erfasst, die sich in der in 3A gezeigten Position der Positionierungseinrichtung 6 in dem Messvolumen 7 befinden.

Claims

Verfahren zum Abbilden eines großen Untersuchungsvolumens (1) mit einem MR-Spektrometer (2), das die Schritte umfasst: Definieren von wenigstens zwei Untersuchungssegmenten (5a, 5b) in dem Untersuchungsvolumen (1) und Ansteuern einer Positionierungseinrichtung (6) derart, dass ein erstes Untersuchungssegment (5a) in einem optimalen Messvolumen (7) des MR-Spektrometers (2) liegt, gekennzeichnet durch Erfassen von physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten durch eine Erfassungseinrichtung (10), bei denen zyklisch ein Aufnahmezustand, in welchem eine MR-Aufnahme möglich ist, und ein Wartezustand, in welchem keine MR-Aufnahme möglich ist, auftritt, wobei die Verschiebung der Positionierungseinrichtung (6) mit den erfassten physiologischen Vorgängen im Körper des Patienten synchronisiert wird, derart dass die Positionierungseinrichtung (6) in einem von der Erfassungseinrichtung (10) festgestellten Wartezustand so bewegt wird, dass nach der Bewegung ein nächstes Untersuchungssegment (5b) in dem optimalen Messvolumen (7) des MR-Spektrometers (2) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der physiologische Vorgang die Atmung ist und die Erfassungseinrichtung (10) eine Atemfrequenz-Erfassungseinrichtung ist, wobei der Aufnahmezustand dem Ausatmen entspricht und der Wartezustand dem Einatmen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der physiologische Vorgang die Herztätigkeit ist und die Erfassungseinrichtung (10) eine Herzfrequenz-Erfassungseinrichtung ist, wobei der Aufnahmezustand der diastolischen Phase entspricht und der Wartezustand der systolischen Phase des Blutdrucks entspricht.