DE102006018413A1

DE102006018413A1 - MR-Tomograph mit einem System zur Kontrastoptimierung von MRT-Bildern

Info

Publication number: DE102006018413A1
Application number: DE102006018413A
Authority: DE
Inventors: Sultan Haider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-10-25
Also published as: US7570051B2; US20070247157A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen MR-Tomographen mit einem System zur Kontrastoptimierung von MRT-Bildern, mit: einer Eingabeeinheit für Messparameter wie z. B. TR, TE, FOV, Matrix-Größe, flip-Winkel, ... etc; einer Einheit zur Festlegung des zu untersuchenden anatomischen Gebiets im Untersuchungsobjekt; einer Einheit zur Kombination mehrerer mit verschiedenen Messparametern aufgenommener MRT-Bilder und einer Einheit zur Visualisierung und Erstellung eines DICOM-headers für ausgewählte MRT-Bildkombinationen. Der Tomograph weist ferner auf: eine Speichereinheit, in der zu einer Vielzahl wählbarer anatomischer Gebiete eines Untersuchungsobjektes vorbestimmte Erfahrungswerte für Parameter von Gleichungen zur Kombination einer Mehrzahl verschiedener MRT-Bilder gespeichert sind, und eine Aufnahmeeinheit zum Erstellen von MRT-Bildern unter wahlweiser Berücksichtigung der für das zu untersuchende anatomische Gebiet abgespeicherten Erfahrungswerte für Messparameter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen MR-Tomographen mit einem System zur Kontrastoptimierung von MRT-Bildern nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher MR-Tomograph ist aus der DE 101 21 802 A1 bekannt.
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht die nicht invasive Akquisition von Messdaten eines Patienten und deren Verarbeitung zu kontrastreichen Bildern, die Anwendung in der medizinischen Diagnostik finden. Für die MR-Bildgebung stehen verschiedene Pulssequenzen zur Verfügung, die sich durch die unterschiedliche Art der Echoerzeugung (Spinecho, Gradientenecho) und die Einstellung der relevanten Messparameter innerhalb einer gewählten Pulssequenz, wie der Repetitionszeit T_R und der Echozeit T_E des Flipwinkels α etc, unterscheiden.
Gewebespezifische Parameter sind die Spin-Gitter-Relaxationszeit T₁ und die Spin-Spin-Relaxationszeit T₂ sowie die Protonendichte PD. Auf Grund der Gewebespezifität dieser Parameter ist es möglich, durch geeignete Wahl der Repetitionszeit TR und der Echozeit TE Gewebe mit unterschiedlichem Kontrast in einem MR-Bild abzubilden. Je nach der Wahl von T_R und T_E können T₁-gewichtete, T₂-gewichtete oder protonengewichtete MR-Bilder erhalten werden. Es hängt von der diagnostischen Zielsetzung, insbesondere aber der Art der untersuchten Gewebe ab, welche dieser Wichtung das brauchbarste, d.h. kontrastreichste MR-Bild liefert.
Zusätzlich kann der Kontrast durch die Applikation von Kontrastmittel oder durch eine Präparation der Magnetisierung, wie durch MTC (magnetization transfer contrast) beeinflusst werden.
Beispiele für Pulssequenzen, die sich hinsichtlich des Kontrastes der erhältlichen MR-Bilder unterscheiden oder innerhalb derer durch Variation der Messparameter T_R, T_E und α der MR-Bildkontrast stark verändert werden kann, sind die HASTE-Sequenz, die TrueFISP-Sequenz, die DESS-Sequenz, die CISS-Sequenz oder auch die SINOP-Sequenz. Je nach Wahl der obigen Parameter werden T₁- oder T₂-gewichtete MR-Bilder erhalten, in denen wasserähnliche Strukturen oder fetthaltige Strukturen hell kontrastierend dargestellt werden.
Die HASTE-Sequenz liefert für eine relativ kleine effektive Echozeit T_eff, d.h. für einen kurzen zeitlichen Abstand zwischen dem Anregungspuls und dem Echo, bei dem der Phasenkodiergradient die kleinste Amplitude hat, ein schwach T₂-gewichgtetes MR-Bild, während für eine lange effektive Echozeit T_eff start T₂-gewichtete MR-Bilder erhalten werden. Die Multiecho-HASTE-Sequenz ermöglicht die Akquisition von MR-Bildern mit verschiedenem Kontrast. Diese hinsichtlich des Kontrastes unterschiedlichen MR-Bilder können für die Erzeugung eines Kombinationsbildes weiter verwendet werden, das in einem interessierenden anatomischen bereich einen besseren Kontrast aufweist.
Gradientenechosequenzen führen zu Mischkontrasten. So liefert die TrueFISP-Sequenz einen typischen T₂/T₁-Kontrast. Die Cerebrospinalflüssigkeit wird sehr hell dargestellt, während Gewebe wie weiße oder graue Hirnsubstand im MR-Bild nur signalschwach erscheinen. Die DESS-Sequenz umfasst die gleichzeitige Akquisiton eine MR-Bildes auf der Basis der zuvor erwähnten FISP-Sequenz und eines weiteren MR-Bildes unter Anwendung der PSIF-Sequenz, die vereinfacht dargestellt eine Umkehrung der TrueFISP-Sequenz darstellt. Während die FISP-Sequenz den typischen T₂/T₁-Kontrast zeigt, ist das PSIF-MR-Bild stark T₂-gewichtet. Durch die nachfolgende Addition der Beträge der Bilder im Rahmen des DESS-Verfahrens, d.h. der Addition der Signalintensitäten ortsgleicher Pixel, wird ein MR-Bild mit besonders hoher Helligkeit im Bereich von Körperflüssigkeiten erhalten. Die 3D-DESS-Sequenz wird daher vor allem für die orthopädische Bildgebung, beispielsweise für die Differenzierung von Knorpel und Flüssigkeit, verwendet.
Die CISS-Sequenz besteht aus zwei aufeinander folgenden 3D-b-SSFP-Durchläufen und basiert somit ebenfalls auf der True-FISP-Sequenz. Man erhält zwei Bilddatensätze, deren „banding"-Artefakte gegeneinander verschoben sind. Durch „maximum intensity projection" oder einen spezielleren Algorithmus zur Kombination dieser beiden Bilddatensätze wird das „bandingfreie" CISS-Bild erhalten.
Es ist demnach bekannt, zwei auf unterschiedliche Weise erzeugte kongruente Bilder, d.h. Bilder, die den gleichen Ausschnitt im Untersuchungsobjekt abbilden, zu addieren oder zu subtrahieren. Dabei wird für jeden Bildpunkt zu einem oder von einem Betragswert eines Bildpunktes eines ersten Bildes der Betragswert des zugehörigen Bildpunkts des zweiten Bildes addiert bzw. subtrahiert. Auf diese Weise kann ein vorhandener Kontrast verstärkt werden, oder es können neue Kontraste erzeugt werden. Außerdem bietet die Bildaddition oder die Bildsubtraktion die Möglichkeit, Bildartefakte zu vermeiden. Die CISS-Sequenz wird mit dem Ziel der Vermeidung derartiger Artefakte durchgeführt.
Die Nachbearbeitung von Messdaten, wie Rohdaten oder Bilddaten, geschieht unter Anwendung bekannter Algorithmen, wie z.B. des sum-of-squares-Algorithmus.
Eine Bildsubtraktion ist beispielsweise aus der DE 196 16 387 A1 bekannt. Einweiteres Verfahren zur Bilderzeugung wird in der DE 101 21 802 A1 (US 2002/0183612 A1) beschrieben.
DE 196 16 387 A1 betrifft das so genannte HIRE-Verfahren („High Intensity Reduction Sequence"). Nach einer Anregung in zwei Zeitspannen mit verschiedenem Abstand zur Anregung werden zwei Gruppen von Kernresonanzsignalen gewonnen. Das Bild wird durch Subtraktion der Kernresonanzsignale der ersten und der zweiten Gruppe mit jeweils übereinstimmender Ortskodierung gewonnen.
DE 101 21 802 A1 betrifft ein Verfahren zur Bilderzeugung, das die Erzeugung einer ersten Bildmatrix und einer zweiten Bildmatrix und die Addition bzw. Subtraktion der Betragswerte der Bildpunkte mit gleicher Ortskodierung beider Bildmatrices umfasst. Bei diesem Verfahren werden die Betragswerte der Bildpunkte in Abhängigkeit von den lokalen Bildgegebenheiten gewichtet, wodurch die für eine Verbesserung der Bildqualität brauchbaren Bildpunkte herausgefiltert werden. Dieses Verfahren zur Bildnachbearbeitung wird auf Bildmatrices angewendet, die nach dem oben erwähnten HIRE-Verfahren oder dem DESS-Verfahren erhalten wurden.
In WO 2004/095048 A1 wird ein Verfahren zur Erzeugung eines Magnetresonanzbildes offenbart, bei dem mehrere Echosignale mit mindestens zwei verschiednen Echozeitwerten aufgenommen werden. Die Echosignale jedes Zeitwertes werden dann zu einem Zwischenbild verarbeitet, wonach eine Analyse der Zwischenbilder und die abschließende Kombination zu einem Gesamtbild folgen.
Die oben beschriebene Möglichkeit zur Kontrastverbesserung, Kontrasterzeugung und Vermeidung von Artefakten in MR-Bildern stellen eine beträchtliche Bereicherung der MR-Technik dar. Gleichzeitig stellen sie aber auch immer größere Anforderungen an den Anwender, weil zur Lösung gestellter Aufgaben, wie der kontrastreichen oder kontrastverstärkten Abbildung einer Körperregion und der Erzielung des für die diagnostische Verwendung optimalen Kontrastes eine zunehmend unüberschaubare Vielzahl von Parametern berücksichtigt werden muss. Die korrekte Einstellung dieser Parameter kann zunehmend nur noch durch hoch qualifizierte Techniker vorgenommen werden. Außerdem sind Messungen in einem Magnetresonanztomographen relativ kostspielig, so dass es nicht möglich ist, im Anwendungsfall das gewünschte Ergebnis unter Durchführung einer Vielzahl von Vorversuchen am Patienten iterativ zu erreichen. Die Durch führung derartiger Vorversuche wird auch dadurch ausgeschlossen, dass es die Patienten üblicherweise nicht akzeptieren, längere Zeiten bewegungslos in einem Magnetresonanztomographen zu verweilen.
Die Einführung von Bildgebungssystemen in die klinische Routine wird durch eine flexible Software und deren Benutzerfreundlichkeit gefördert. Eine solche Software mit einer benutzerfreundlichen Benutzeroberfläche stellt die SYNGO^®-Plattform dar (eingetragene Marke der FA. Siemens) (Reichert T, Herget M, „SYNGO – The new standard for viewing and workstation software; electromedica, 1999. 67(2): S. 60-63).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen MR-Tomographen mit einem System zur Kontrastoptimierung von MRT-Bildern anzugeben, der eine optimierte Auswahl von Messparametern und Kombinationen von MR-Bildern ermöglicht, so dass MR-Bilder mit verbessertem Kontrast, neuem Kontrast, verringerten Bildartefakten bei gleichzeitig geringer Dauer der Messung erhalten werden können. Hierdurch können die Anwendungskosten verringert werden. Außerdem steigt die Akzeptanz der Patienten bezüglich der Durchführung von Messungen in einem Kernspintomographen.
Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. In den Unteransprüchen sind Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet.
Der erfindungsgemäße MR-Tomograph erlaubt eine hervorragende Visualisierung fluidhaltiger Strukturen und von Läsionen. Die erfindungsgemäße Technik hat die folgenden klinischen Vorteile: Möglichkeit der Charakterisierung fokaler Leberläsionen, Nachweis der akuten Pankreatitis, der akuten Cholecystitis, der biliären Fisten, der leichten Anomalien des bile ductus und des Bauchspeicheldrüsenkanals und Unterscheidung zwischen akuter und chronischer Cholecystitis.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der erfindungsgemäße MR-Tomograph weist in an sich bekannter Weise eine Eingabeeinheit für Messparameter auf. Darunter befinden sich unter anderem die Repetitionszeit (TR), die Echozeit (TE), das Bildfeld (FOV), die Matrixgröße, die Anzahl der Schichten, der Flip-Winkel. Ferner können bildqualitätsverbessernde Maßnahmen gegebenenfalls mit eingegeben werden wie z.B. die Verwendung von Kontrastmitteln.
Ferner weist der Tomograph eine Einheit zur Festlegung des zu untersuchenden anatomischen Gebiets im Untersuchungsobjekt auf. Untersuchungsobjekt ist in der Regel ein Patient und das anatomische Gebiet ist in der Regel ein Schnitt senkrecht zur Längsachse des in der Tomographenröhre liegenden Patienten, oder ein sagitaler Schnitt oder ein koronarer Schnitt, d.h. im Fall der letzten beiden Schnitte liegen diese in Ebenen parallel zur Längsachse des Patienten.
Erfindungsgemäß weist der Tomograph ein System zur Kontrastoptimierung auf, welches als wesentlichen Kernstück eine Speichereinheit aufweist, in der ein „look-up table" oder ein „anatomischer Atlas" gespeichert ist. In diesem, im folgenden kurz Atlas genannten Speicher sind für jeden wählbaren Schnittbereich, d.h. für jeden zu untersuchenden anatomischen Bereich vorgegebenen Messparameterwerte abgespeichert. Diese wurden bei vergleichbaren Untersuchungsobjekten empirisch erfasst und geben Erfahrungswerte wieder, bei deren vorheriger Verwendung optimale, kontrastreiche MR-Bilder erzeugt worden sind.
Diese werden entweder automatisch für die darauf folgenden Aufnahmen von MR-Bildern berücksichtigt, oder dem Operateur als Einstellungsoption angeboten. Dieser kann die vorgeschlagenen Werte übernehmen oder sie durch selbst gewählte Werte ersetzen.
Das erfindungsgemäße System weist ferner eine Einheit zur Kombination mehrerer mit verschiedenen Messparametern aufgenommener MR-Bilder auf. Dabei werden beispielsweise durch Subtraktions- und/oder Additionsverfahren mehrere Bilder so miteinander kombiniert, dass in den den Operateur interessierenden Bereichen optimale Kontrastverhältnisse herrschen. Dabei muss es sich nicht um lineare Additions- bzw. Subtraktionsprozesse handeln, sondern es sind Wichtungen denkbar, die empirisch ermittelten Alogarithmen folgen, die ebenfalls in der Speichereinheit abgespeichert sind und bei der Bildverarbeitung erzeugt werden.
Nach jeder abgeschlossenen Erstellung eines MR-Bildes, welches den Operateur zufrieden stellt hinsichtlich des erzielten Kontrastes, wird der Atlas upgedated. Das heißt die zuvor dort zum Einsatz kommenden, abgespeicherten Parameterwerte werden durch aktuelle ersetzt. Dadurch wird das System selbstlernend und optimiert sich mit der Zeit von alleine. Das den Operateur zufrieden stellende Bild wird visualisiert und abgespeichert und für ausgewählte MRT-Bildkombinationen wird ein „DICOM header" erstellt.
Die Messparameterwahl wird vom Operateur in Abhängigkeit vom zu erwartenden pathologischen Befund getroffen. Das gleiche trifft für die Wahl der Kombination der zu kombinierenden MR-Bilder zu.
Ergibt die Kontrastoptimierung des Systems nur unbefriedigende Kontrastwerte, so schlägt das System dem Operateur den zusätzlichen Einsatz von Kontrastmitteln vor.
Bei der Bestimmung optimaler Messparameterwerte, wie beispielsweise die T₁, T₂ oder PD-Wichtungen, werden bereits bekannte Mustererkennungsprogramme verwendet.
Eine bewährte Kombination verschiedener MR-Bilder besteht in der Aufnahme eines MR-Bildes mit schwach gewichtetem T₂-Wert und der Aufnahme eines Bildes mit stark gewichtetem T₂-Wert in „HASTE-Technik", wobei anschließend diese Bilder aufeinander addiert bzw. voneinander subtrahiert werden.
Eine weitere Kombination besteht in der Addition bzw. Subtraktion von Bildern, die einmal „inphase" und einmal mit „opposite phase" aufgenommen werden. Dabei können die einzelnen Bildwerte einzelner Bilder vor der Addition bzw. Subtraktion mit einem Faktor gewichtet sein. Ist das Ergebnis dieser Bildkombination aufgrund schwachen Kontrasts weiterhin unbefriedigend schlägt das System die Verwendung bestimmter Filter vor, die in einer Filterdatenbank des Systems abgespeichert sind.
Das System kann ferner bei Follow up-Untersuchungen am gleichen Untersuchungsobjekt bei signifikanter Abweichung von optimalen Messparametern auf damit einhergehende pathologische Veränderungen hinweisen.
Bei der Überlappung verschiedener MR-Bilder, deren Konturen nicht immer hundertprozentig übereinstimmen müssen, beispielsweise deshalb weil der Patient Atembewegungen ausführt oder bei Follow up-Untersuchungen nicht exakt an der gleichen Stelle im Tomographen liegt, kommen zur Überlagerung an sich bekannte CAD-Verfahren und ein standardisiertes anatomisches Koordinatensystem zum Einsatz.
Nach abgeschlossener Untersuchung und Auswahl eines optimalen MR-Bildes erstellt das System automatisch ein Akquisitionsprotokoll, in dem die Messparameter festgehalten sind sowie ein „postprocessing protocoll", in dem die einzelnen Schritte der Bildkombinationen festgehalten sind. Mit diesen Daten wird dann ein „DICOM header" erstellt, sodass die letztlich erhaltene MR-Aufnahme zum Bestandteil eines elektronischen Patienten-Reports bzw. Diagnose-Reports werden kann.
Der erfindungsgemäße MR-Tomograph ermöglicht somit dem Operateur MR-Bilder mit verbessertem Kontrast bei gleichzeitig geringerer Dauer der Messung zu erhalten, wodurch sich die An wendungskosten verringern und sich die Verweildauer eines Patienten in der Tomographenröhre verringert, was dessen Akzeptanz einer solchen Untersuchung steigert.

Claims

MR-Tomograph mit einem System zur Kontrastoptimierung von MRT-Bildern, mit: – einer Eingabeeinheit für Messparameter wie z.B. TR, TE, FOV, Matrix Größe, flip-Winkel, ...etc; – einer Einheit zur Festlegung des zu untersuchenden anatomischen Gebiets im Untersuchungsobjekt; – einer Einheit zur Kombination mehrerer mit verschiedenen Messparametern aufgenommenen MRT-Bilder, und – einer Einheit zur Visualisierung und Erstellung eines DICOM-headers für ausgewählte MRT-Bildkombinationen gekennzeichnet durch – eine Speichereinheit, in der zu einer Vielzahl wählbarer anatomischer Gebiete eines Untersuchungsobjektes vorbestimmter Erfahrungswerte für Parameter von Gleichungen zur Kombination einer Mehrzahl verschiedener MRT-Bilder gespeichert sind, und – eine Aufnahmeeinheit zum Erstellen von MRT-Bildern unter wahlweiser Berücksichtigung der für das zu untersuchende anatomische Gebiet abgespeicherten Erfahrungswerte für Messparameter.
MR-Tomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das System den Inhalt der Speichereinheit für ein gewähltes anatomisches Gebiet nach jeder Bilderstellung mit den Messparametern aktualisiert, die bei der letzten Nutzung zu optimalem Kontrast geführt haben.
MR-Tomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messparameter Wahl und/oder die Auswahl zu kombinierender MRT-Bilder in Abhängigkeit von in das System eingegebenen pathologischen Befunden erfolgt.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System bei geringen Kontrastwerten nach Kontrastoptimierung dem Operateur die Verwendung von Kontrastmitteln vorschlägt.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung optimaler Messparameterwerte, wie T₁, T₂, ..., PD-Wichtungen ein Mustererkennungsprogramm verwendet wird.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kombination verschiedener MRT-Bilder Aufnahmen mit schwach gewichtetem T₂ wert in „Haste-Technik" aufgenommen werden.
MR-Tomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kombination verschiedener MRT-Bilder „inphase" und „opposite phase" aufgenommene Bilder miteinander kombiniert werden.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System bei geringem Kontrastwerten nach Kontrastoptimierung die Verwendung von bestimmten Filtern aus einer Filterdatenbank vorschlägt.
MR-Tomograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System nach Aktualisierung der Messparameter bei signifikanter Änderung von Messparametern während einer fol-low-up Untersuchung auf korrelierte pathologische Veränderungen hinweist.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Parameter je nach Operator Präferenzen frei wählbar sind.
MR-Tomograph nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kombination verschiedener MRT-Bilder zur Optimierung der Überlappung CAD-Verfahren und ein standardisiertes anatomisches Koordinatensystem verwendet werden.