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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernspins
eines Untersuchungsbereiches in einem Untersuchungsobjekt, wie es
insbesondere bei der Magnet-Resonanz-Spektroskopie eingesetzt wird, sowie
ein Magnet-Resonanz-Gerät zur Durchführung eines
derartigen Verfahrens.
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Mit
Hilfe der Magnet-Resonanz-Spektroskopie (im Folgenden als MRS bezeichnet,
MR für
Magnet-Resonanz) lassen sich bestimmte chemische Verbindungen räumlich-selektiv,
nicht-invasiv und nicht-destruktiv nachweisen. In gesundem Gewebe liegen
die mittels MRS nachweisbaren Stoffwechselprodukte (Metabolite)
in im Allgemeinen bekannten, gewebetypischen Gleichgewichtskonzentrationen vor.
Stress, Funktionsstörungen
oder Krankheiten können
zu Verschiebungen der Metaboliten-Konzentrationen führen. Solche Konzentrationsänderungen können mit
der MRS nachgewiesen werden, weswegen die MRS eine wichtige Methode
zur in-vitro- und in-vivo-Untersuchung des Zellstoffwechsels von
Geweben und Organen ist.
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Die
MRS beruht dabei auf den gleichen Grundprinzipien wie die Magnet-Resonanz-Bildgebung
(auch als MRI, engl.: „magnetic
resonance imaging" bezeichnet).
Stark vereinfacht beschrieben werden hierbei durch Einsatz verschiedener
Magnetfelder unterschiedlicher Stärke und räumlicher und zeitlicher Charakteristik
Kernspinresonanzen in einem zu untersuchenden Objekt hervorgerufen,
die ihrerseits wiederum gemessen werden. Aus den aufgezeichneten
Messdaten lassen sich bei der MRI Rückschlüsse über die räumliche Verteilung der angeregten
Kernspins erhalten, woraus Bilder des zu untersuchenden Objektes
angefertigt werden können.
In der MRS lassen sich aus der spektralen Verteilung des gemessenen
Signals auch Informationen über
die Konzentration bestimmter Metabolite in einem zu untersuchenden
Bereich gewinnen.
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Zur
Anregung der Kernspinresonanzen werden die anzuregenden Kernspins
zunächst
in einem vergleichsweise starken äußeren, statischen Magnetfeld
B0 (Feldstärken von üblicherweise 0,2 Tesla bis
zu 7 Tesla und mehr) positioniert, sodass sich die Kernspins in
dem äußeren Magnetfeld,
das auch als Hauptmagnetfeld bezeichnet wird, ausrichten. Die Auslenkung
der ausgerichteten Kernspins aus der Ruhelage gelingt mittels hochfrequenter
elektromagnetischer Wellen. Die erforderliche Energie bzw. Frequenz ω0 der Wellen ist dabei für jeden Kern genau festgelegt;
sie ist bestimmt zum einen durch eine Kerneigenschaft, das „gyromagnetische
Verhältnis" γ, und zum anderen durch die
Stärke
des anliegenden Magnetfeldes B0: ω0 = γ B0. Wird diese Frequenz nur knapp verfehlt,
ist keine Anregung möglich.
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Diese
Tatsache kann dazu ausgenutzt werden, um nur bestimmte, räumlich lokalisierte
Kernspins innerhalb einer Probe zur Resonanz anzuregen. Eine räumlich lokalisierte
Anregung von Kernspins – d.h.
eine volumenselektive Anregung – wird beispielsweise
in der MRS häufig
benutzt, um einen definierten Untersuchungsbereich gezielt zu untersuchen,
in dem Idealerweise lediglich Kernspins des Untersuchungsbereiches
angeregt und deren ausgesendete Kernresonanzsignale gemessen und
ausgewertet werden. Hierzu werden dem statischen Magnetfeld Magnetfeldgradienten überlagert,
sodass die sich ergebende Magnetfeldstärke räumlich variiert. Durch geschickte Überlagerung
von Magnetfeldgradienten während
der Einstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen kann
erreicht werden, dass lediglich Kernspins in einem vordefinierten
Untersuchungsbereich zur Resonanz angeregt werden.
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Die
Abhängigkeit
der Resonanzfrequenz der Kernspins von dem anliegenden Magnetfeld
bedingt aber auch, dass Kernspins auch eine unterschiedliche Resonanzfrequenz
besitzen, wenn sie sich in unterschiedlichen chemischen Verbindungen
und/oder unterschiedlicher chemischer Umgebung befinden, da in Abhängigkeit
der chemische Verbindungen eine unterschiedliche Ab schirmung des
statischen Magnetfeldes am Ort des Kerns vorliegt. Diese hierdurch bedingte
Verschiebung der Resonanzfrequenz von Kernspins wird auch als „chemische
Verschiebung" bezeichnet.
Beispielsweise weisen Protonen im Fett und im Wasser eine Differenz
in der Resonanzfrequenz von etwa 3,7 ppm (parts per million) auf.
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Derartige
chemische Verschiebungen bilden die Grundlage für die MRS, da die von angeregten Kernspins
ausgesendeten Signale aufgrund der chemischen Verschiebung unterschiedliche
Frequenzen aufweisen, die sich im Frequenzspektrum des gemessenen
Signals widerspiegeln.
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Die
chemische Verschiebung führt
allerdings auch zu Problemen bei der gezielten Anregung eines zu
untersuchenden Bereiches mit Hilfe von dem statischen Magnetfeld überlagerten
Magnetfeldgradienten. Bedingt durch die chemische Verschiebung sind die
angeregten Volumina für
verschiedene Metabolite räumlich
gegeneinander versetzt. Die räumliche Verschiebung
dieser Volumina zueinander hängt
dabei von der Richtung der angelegten Magnetfeldgradienten ab. Dies
bedeutet, dass – bei
Vorliegen unterschiedlicher Metabolite – auch Kernspins außerhalb eines
gewünschten
Untersuchungsbereiches mit angeregt werden können.
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Besonders
problematisch ist dies, wenn dabei Kernspins außerhalb des gewünschten
Untersuchungsbereiches angeregt werden, die ein sehr intensives
Signal liefern. Beispielsweise kann in der Protonenspektroskopie
der Fall auftreten, dass ein zu untersuchender Bereich an Fettgewebe
angrenzt. Wenn nun Magnetfeldgradienten so angelegt werden, dass
vornehmlich Protonen im Untersuchungsbereich angeregt werden, können trotzdem
Protonen des Fettgewebes mit angeregt werden, da die Protonen im
Fettgewebe eine leicht unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen
und daher der Anregungsbereich für
Protonen mit einer fettgewebstypischen chemischen Verschiebung sich
nicht mit dem Untersuchungsbereich, auf den die Anregungsfrequenzen
der Hochfrequenzpulse abgestimmt worden sind, deckt. Das Sig nal
dieser unerwünscht
angeregten Protonen kann in den gemessenen Spektren des Untersuchungsbereiches
dazu führen,
dass eine Auswertung der Spektren nicht mehr möglich ist, da schwächere interessierende
Signale überlagert
und nicht mehr von den unerwünschten
Signalen getrennt werden können.
Dieser Effekt spielt insbesondere bei höheren Feldstärken eine
zunehmende Rolle, da hier eine vergleichsweise große Verschiebung der
Anregungsbereiche für
Metabolite mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen auftritt, da
die Frequenzdifferenzen zwischen den Metaboliten mit der Feldstärke zunehmen.
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Eine
Möglichkeit,
dem Problem abzuhelfen, besteht bislang in einer Modifikation der
Anregungsfrequenz derart, dass der Anregungsbereich für Kernspins,
deren Resonanzfrequenz durch eine bestimmte chemischen Verschiebung – beispielsweise durch
die chemischen Verschiebung von Fett – gekennzeichnet ist, mit dem
Untersuchungsbereich übereinstimmt.
Allerdings liegt dann die Anregungsfrequenz am Rande des Spektrums
und das chemische Verschiebungsartefakt wird für die interessierenden Metabolite
größer.
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Die
DE 10 2005 014 216
A1 offenbart ein Verfahren zur Schaltung eines regionalen
Sättigungspulses
in der Magnetresonanzspektroskopie oder Magnet-Resonanz-Bildgebung,
bei dem unter anderem Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit
von einer Lage des Sättigungspulses
relativ zu einem Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen
Lage des zu sättigenden
Signals gewählt wird.
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Die
US 5,467,016 A offenbart
ein NMR Spektroskopieverfahren, bei dem unter anderem ein Untersuchungsbereich
("region of interest") durch Sättigungsbereiche
definiert wird. Die
US 4,733,185 offenbart
ein weiteres NMR Spektroskopieverfahren.
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Die
US 5,627,468 A offenbart
ein Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung, bei dem unter anderem ein
Magnetisierungs-Transfer-Kontrast-Puls eingesetzt
wird, umfassend eine erste Sequenz mit dem Anwenden des Magnetisierungs-Transfer-Kontrast-Pulses und
eine zweite Sequenz zur Aufzeichnung von Magnet-Resonanz-Angiographie-Daten.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur selektiven
Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich zu ermöglichen,
durch das ein anschließend
aufgenommenes Messsignal in nur geringem Umfang durch Resonanzsignale
von Kernseins, die außerhalb
des Untersuchungsbereiches liegen, kontaminiert wird. Weiterhin
ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Magnet-Resonanz-Gerät bereitzustellen,
mit dem Kernseins in einem Untersuchungsbereich selektiv angeregt
werden können, derart
dass ein anschließend
aufgenommenes Messsignal in nur geringem Umfang durch Signale von Kernseins,
die außerhalb
des Untersuchungsbereiches liegen, kontaminiert wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernseins in einem
Untersuchungsbereich nach Anspruch 1 sowie durch ein Magnet-Resonanz-Gerät nach Anspruch
7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den
Merkmalen der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur selektiven Anregung von Kernseins eines Untersuchungsbereiches
in einem Untersuchungsobjekt anhand von zumindest einem Hochfrequenz-Anregungspuls und
anhand von schichtselektiven Magnetfeldgradienten, werden die schichtselektiven
Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit
einer relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu zumindest einer
den Untersuchungsbereich umgebenden Struktur gewählt. Bei dem Verfahren werden
nun die schichtselektiven Magnetfeldgradienten nicht mehr nur in
Abhängigkeit
der Lage des Untersuchungsbereiches – wie bisher üblich – alleine
gewählt,
sondern ebenfalls unter Berücksichtung
der relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen.
Diese Berücksichtigung
ermöglicht
es nun, eine unerwünschte
Anregung von Kernseins in der umgebenden Struktur zu vermeiden,
die ansonsten aufgrund einer chemischen Verschiebung der Resonanzfrequenzen
von Kernseins der umgebenden Struktur möglich ist.
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Die
schichtselektiven Magnetfeldgradienten werden derart gewählt, dass
ein Anregungsbereich von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten
chemischen Verschiebung charakterisiert ist, weiter entfernt von
der umgebenden Struktur liegt als der Untersuchungsbereich. Dadurch,
dass der Anregungsbereich von Kernseins einer bestimmten chemischen
Verschiebung nun weiter von der umgebenden Struktur entfernt ist
als der Untersuchungsbereich selbst, kann auf sichere Weise eine Anregung
von Kernseins in der umgebenden Struktur mit der bestimmten chemischen
Verschiebung minimiert oder gar vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
entspricht die bestimmte chemische Verschiebung der chemischen Verschiebung
von Kernseins im Fettgewebe. Auf diese Weise kann ein bei MRS-Untersuchungen
eines menschlichen Körpers
häufig
auftretender Fall, nämlich
dass durch Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich unerwünschterweise
auch Kernseins von Fettgewebe, das den Untersuchungsbereich umgibt,
mit angeregt werden, auf einfache und sichere Weise vermieden werden.
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Die
Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten wird in
Abhängigkeit
der relativen Lage des Untersuchungsbereichs zu der zumindest einen
umgebenden Struktur gewählt.
Durch die Wahl der Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten
kann auf besonders einfache Weise die relative Lage des Untersuchungsbereiches
zu umgebenden Strukturen berücksichtigt
werden, ohne dass die einzusetzenden Magnetfeldgradienten in aufwändiger Weise
neu berechnet werden müssen.
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In
einer besonders einfachen auszubildenden Ausführungsvariante wird die Orientierung
der schichtselektiven Magnetfeldgradienten durch Wahl der Polarität des Magnetfeldgradienten
zumindest einer Gradientenspule bestimmt. Auch diese Ausführungsvariante
ermöglicht
eine besonders einfache Berücksichtigung
der relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen
ohne aufwändige
Neuberechnung der Magnetfeldgradienten.
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Bei
einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Untersuchungsbereich
anhand eines Übersichtsbildes
festgelegt. Dies ermöglicht
eine einfache Anpassung einer MRS-Untersuchung an die vorliegenden
anatomischen Verhältnisse.
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In
einer möglichen
Ausführungsvariante
erfolgt die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten automatisch.
Diese Ausführungsvariante
eignet sich vornehmlich bei MRS-Untersuchungen
bei bekannten anatomischen Verhältnissen,
bei denen die relative Lage eines Untersuchungsbereichs zu umgebenden
Strukturen bekannt ist, sodass die Qualität von Ergebnissen bei derartigen
Untersuchungen automatisch verbessert werden kann.
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In
einer anderen möglichen
Ausführungsvariante
erfolgt die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten durch
Interaktion mit einem Anwender. Diese Ausführungsvariante eignet sich
besonders bei variablen anatomischen Verhältnissen, bei denen eine automatische
Wahl der Magnetfeldgradienten mitunter nicht zu gewünschten
Ergebnissen führt.
Durch die Interaktion kann ein Anwender prüfen, ob eine bestimmte Wahl
der Magnetfeldgradienten die Lage von umgebenden Strukturen korrekt
berücksichtigt
und die Wahl der Magnetfeldgradienten gegebenenfalls abändern. Hierdurch
erhöhen
sich die Flexibilität
und der Einsatzbereich des Verfahrens.
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In
einer bevorzugten Ausführungsvariante wird
ein Anwender bei der Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten
dadurch unterstützt,
dass in einem Übersichtsbild
der Untersuchungsbereich dargestellt wird und zusätzlich der
Anregungsbereich von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten
chemischen Verschiebung charakterisiert ist. Hierdurch kann der
Anwender anschaulich überprüfen, ob
durch die Wahl der Magnetfeldgradienten die Lage umgebender Strukturen
korrekt berücksichtigt
wird. Auf diese Weise wird ein Anwender bei der Wahl der schichtselektiven
Magnetfeldgradienten auf effektive und einfache Weise unterstützt.
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Das
erfindungsgemäße Magnet-Resonanz-Gerät umfasst
eine Rechnereinheit, die zur Durchführung eines Verfahrens nach
einem der Ansprüche
1 bis 6 ausgebildet ist.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
werden nun anhand von Ausführungsbeispielen
bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Es
zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes
nach dem Stand der Technik,
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2 ein
schematisches Diagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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3 ein
anhand von drei zueinander orthogonalen Übersichtsbildern dargestelltes
Phantom,
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4 den
zeitlichen Verlauf angelegter Magnetfeldgradienten zur volumenselektiven
Anregung,
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5 den
zeitlichen Verlauf angelegter Magnetfeldgradienten mit teilweise
ungekehrter Polarität,
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6 ein
Frequenzspektrum des gemessenen Signals mit Kontamination durch
Protonen einer fetthaltigen Substanz,
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7 ein
weiteres Frequenzspektrum eines gemessenen Signals mit deutlich
reduzierter Kontamination.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1.
Die Komponenten des Magnet-Resonanz-Gerätes 1, mit denen die
eigentliche Messung durchgeführt
wird, befinden sich in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten
Messkabine 3. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung
zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen
Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder
auf den Körper
eingestrahlt.
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Ein
starker Magnet, üblicherweise
ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen Öffnung, erzeugt ein statisches
starkes Hauptmagnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis
7 Tesla und mehr beträgt, und
das innerhalb eines Messvolumens weitgehend homogen ist. Ein zu
untersuchender Körper – hier nicht
dargestellt – wird
auf einer Patientenliege 9 gelagert und in dem Hauptmagnetfeld 7,
genauer im Messvolumen, positioniert.
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Die
Anregung der Kernseins des Körpers
erfolgt über
magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Kör perspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne
eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von
einer Pulserzeugungseinheit 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert
wird. Nach einer Verstärkung
durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden
sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem
ist lediglich schematisch angedeutet. Üblicherweise werden mehrere
Hochfrequenzantennen in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt
und teilweise auch mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15 und mehr
als ein Hochfrequenzverstärker 19 verwendet.
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Weiterhin
verfügt
das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradientenspulen 21,
mit denen bei einer Messung Gradientenfelder zur selektiven Schicht-
bzw. Volumenanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt
werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteuert,
die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in
Verbindung steht.
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Die
von den angeregten Kernseins ausgesendeten Signale werden von der
Körperspule 13 und/oder
von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und
von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitalisiert.
Die Empfangsspulen können
dabei auch mehrere Spulenelemente umfassen, mit denen Kernresonanzsignale
zugleich aufgezeichnet werden.
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Bei
einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben
werden kann, wie z.B. die Körperspule 13,
wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete
Sende-Empfangs-Weiche 39 geregelt.
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Eine
Bildverarbeitungseinheit 31 erzeugt aus den Messdaten ein
Bild, das über
eine Bedienkonsole 33 einem Anwender dargestellt oder in
einer Speichereinheit 35 gespeichert wird. Eine zentrale
Rechnereinheit 37 steuert die einzelnen Anlagekomponenten.
Die Rechnereinheit 37 und die weiteren Komponen ten sind
dabei so ausgebildet, dass mit ihnen das erfindungsgemäße Verfahren
durchgeführt werden
kann.
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Anhand
von 2 erfolgt nun die Darstellung wesentlicher Verfahrensschritte
einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Verfahrensschritt 41 wird ein Untersuchungsbereich
in einem zu untersuchenden Objekt ausgewählt. Dieser Untersuchungsbereich soll
mit Hilfe der Magnet-Resonanz-Spektroskopie untersucht werden, indem
Kernseins des Untersuchungsbereiches gezielt angeregt werden und
deren ausgesendete Messsignale ausgewertet werden.
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Die
Auswahl des Untersuchungsbereiches kann beispielsweise anhand eines Übersichtsbildes durch
Interaktion mit einem Anwender erfolgen, der den Untersuchungsbereich
im Übersichtsbild
markieren kann. Bei bekannten anatomischen Verhältnissen und standardisierten
Untersuchungen kann die Auswahl des Untersuchungsbereiches aber
auch automatisch erfolgen, gegebenenfalls in Verbindung mit bekannten
Mustererkennungsalgorithmen bzw. Segmentierungsalgorithmen.
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Anhand
der räumlichen
Lage des Untersuchungsbereiches im Untersuchungsobjekt können nun
Hochfrequenz-Anregungspulse und Magnetfeldgradienten derart aufeinander
abgestimmt werden, dass vornehmlich nur diejenigen Kernseins zur
Resonanz angeregt werden, die sich im Untersuchungsbereich befinden.
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Während bei
herkömmlichen
Verfahren die Magnetfeldgradienten allein aufgrund der räumlichen Lage
des Untersuchungsbereiches passend gewählt wurden, wird nun im Gegensatz
hierzu in einem zweiten Verfahrensschritt 43 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
die relative Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen
bestimmt. In einem dritten Verfahrensschritt 45 werden
die Magnetfeldgradienten auch in Abhängigkeit der relativen Lage des
Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen gewählt. Auf
diese Weise kann bei der Wahl der Magnetfeldgradienten berücksichtigt
werden, dass Kernseins der umgebenden Strukturen auch dann nicht
mit angeregt werden, wenn deren chemische Verschiebung dazu führt, dass
deren Anregungsbereich nicht mit dem Untersuchungsbereich übereinstimmt.
Dies wird im Folgenden anhand von 3 näher erläutert.
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3 zeigt
drei zueinander orthogonale zweidimensionale Übersichtsbilder 51 eines
Phantoms 53. Das Phantom 53 besteht aus einem
kugelförmigen
zentralen Bereich 55, der von einer fetthaltigen Substanz 57 umgeben
ist. Der zentrale Bereich 55 enthält dabei Substanzen, unter
anderem N-Acetyl-Aspartat, Kreatin, Cholin, Myo-Inositol, deren
Verhältnis
die in einem menschlichen Körper
vorliegenden Bedingungen simulieren. Im zentralen Bereich 55 liegt
ein quaderförmiger
Untersuchungsbereich 59, der mittels der Magnet-Resonanz-Spektroskopie untersucht
werden soll. Der Untersuchungsbereich 59 liegt dabei in
unmittelbarer Näher
einer den zentralen Bereich 55 umgebenden fetthaltigen
Substanz 57. Wenn nun Magnetfeldgradienten derart gewählt werden,
dass vornehmlich Kernseins in diesem Untersuchungsbereich 59 zur
Resonanz angeregt werden, kann es dennoch geschehen, dass auch Kernseins
der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 mit angeregt werden.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass
Kernseins der fetthaltigen Substanz 57 aufgrund der chemischen
Verschiebung eine geringfügig
unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen als Kernseins im zentralen
Bereich 55. Dies führt
dazu, dass der Anregungsbereich 61 für Kernseins mit der chemischen
Verschiebung von Fett im Vergleich zu dem Untersuchungsbereich 59 räumlich verschoben
liegt. Diese räumliche
Verschiebung hängt
dabei u.a. von der Stärke
und von der Polarität
der Magnetfeldgradienten, die zur Anregung des Untersuchungsbereiches 59 eingesetzt
werden, ab.
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Durch
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die relative Lage der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 zu
dem Untersuchungsbereich 59 berücksichtigt, so dass zur Anregung
der Kernseins eingesetzte Magnetfeldgradienten derart gewählt werden,
dass der dann entstehende verschobene Anregungsbereich 65 für Kernseins mit
einer chemischen Ver schiebung von Fett weiter entfernt von der umgebenden
fetthaltigen Substanz 57 liegt als der Untersuchungsbereich 59 selbst.
Auf diese Weise wird eine Anregung von Kernseins in der umgebenden
fetthaltigen Substanz 57 weitgehend vermieden, sodass das
gemessene Signal eine deutlich geringere Kontamination durch Kernresonanzen aus
der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 aufweist.
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Bei
bekannten anatomischen Verhältnissen ist
die relative Lage von einen Untersuchungsbereich 59 umgebenden
Strukturen zu dem Untersuchungsbereich 59 ebenso bekannt.
In diesem Fall können die
Magnetfeldgradienten auch automatisch so bestimmt werden, dass bei
Anregung von Kernseins im Untersuchungsbereich 59 Kernseins
der umgebenden Struktur in lediglich geringer Weise mit angeregt werden.
Beispielsweise eignen sich Untersuchungen und Messungen am Gehirn
für eine
derartige Ausführungsvariante
des Verfahrens, da hier üblicherweise eine
lediglich geringe interindividuelle Schwankungsbreite in den anatomischen
Verhältnissen
vorliegt.
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In
diesem Fall kann die Wahl der Magnetfeldgradienten z.B. an einem
Modellpatienten festgelegt und in einem Datenspeicher hinterlegt
werden. Bei Durchführung
einer analogen Untersuchung an einem Patienten wird die Wahl der
Magnetfeldgradienten abgerufen und gegebenenfalls an die speziellen Gegebenheiten
angepasst. Zur Verbesserung der automatischen Ausführungsvariante
des Verfahrens können
ggf. Segmentierungsalgorithmen, Mustererkennungsalgorithmen und
Registrierungsverfahren eingesetzt werden, um verbleibende interindividuelle Unterschiede
zu berücksichtigen.
Im einfachsten Fall werden die Gradienten so gewählt, dass das angeregte Volumen
für Resonanzfrequenzen
im Bereich des Fettes immer in Richtung Magnetmitte relativ zum
Messvolumen liegt.
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Vornehmlich
bei nicht vorhersehbaren anatomischen Verhältnissen, wie sie beispielsweise
bei Tumorerkrankungen auftreten, kann eine andere Ausführungsvariante
des Verfahrens zum Einsatz kommen. In diesem Fall werden die anatomischen Verhält nisse
einem Anwender anhand von Übersichtsbildern 51,
wie sie beispielsweise anhand von 3 zu sehen
sind, dargestellt. Ein Anwender kann nun den Untersuchungsbereich 59 markieren.
Zusätzlich
zu dem Untersuchungsbereich 59 wird einem Anwender der
Anregungsbereich 61 von Kernseins mit einer bestimmten
chemischen Verbindung dargestellt, der sich bei einer bestimmten
Konstellation von Magnetfeldgradienten ergeben würde. Der Anwender kann nun
kontrollieren, ob sich der Anregungsbereich 61 von Kernseins
mit einer bestimmten chemischen Verschiebung mit den einen Untersuchungsbereich
umgebenden Strukturen überschneidet,
wie dies in 3 der Fall ist. In so einem
Fall kann der Anwender interaktiv eingreifen und die Magnetfeldgradienten
abändern,
so dass der dadurch entstehende verschobene Anregungsbereich 65 weiter
entfernt von den umgebenden Strukturen liegt als der Untersuchungsbereich 59.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Anwender die Polarität der Magnetfeldgradienten ändert. Durch Änderung
der Polarität
der Magnetfeldgradienten verschiebt sich ebenso die relative Lage
des Anregungsbereiches zu dem Untersuchungsbereich 59.
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Die
Lage des in 3 gezeigten Anregungsbereichs 61 bzw.
des verschobenen Anregungsbereichs 65 im Vergleich zum
Untersuchungsbereich 59 ist dabei stärker verschoben dargestellt
als es der Wirklichkeit entspricht. Hierdurch lässt sich allerdings das dem
erfindungsgemäße Verfahren
zu Grunde liegende Prinzip deutlicher erkennen und erläutern.
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4 und 5 zeigen
den zeitlichen Verlauf von Hochfrequenz-Pulsen RF (für „radio
frequency") und
Magnetfeldgradienten, die zur selektiven Anregung von Kernseins
in einem Untersuchungsbereich 59 eingesetzt werden. In
dem hier dargestellten Beispiel wird eine PRESS-Sequenz (PRESS für engl: „Point
Resolved Spectroscopy")
gezeigt, bei der zu dem 90°-Anregungspuls bzw.
den 180°-Rephasierungspulsen
jeweils Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz in x-,
y- bzw. z-Richtung geschaltet werden, um Kernseins im Untersuchungsbereich 59 anzuregen.
Die Magnetfeldgradienten in 4 bzw. 5 unterscheiden
sich insofern, als dass die Magnetfeldgradienten Gx und
Gy in x-Richtung bzw. y-Richtung invertiert
sind, d.h., dass sie eine unterschiedlichere Polarität aufweisen.
Den Magnetfeldgradienten Gx, Gy,
und Gz aus 4 und 5 entspricht
zwar derselbe Untersuchungsbereich 59, die Anregungsbereiche
von Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verschiebung, beispielsweise
der von Fett, weisen jedoch relativ zu dem Untersuchungsbereich 59 eine
unterschiedliche Lage auf. Durch geschickte Wahl der Polarität der Magnetfeldgradienten
Gx, Gy, und Gz kann so erreicht werden, dass der auf diese Weise
festgelegte Anregungsbereich für
Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verschiebung von den den
Untersuchungsbereich 59 umgebenden Strukturen gerade abgewandt
ist, so dass die Anregung von Kernspiels in den den Untersuchungsbereich 59 umgebenden
Strukturen minimiert ist.
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6 und 7 zeigen
jeweils das Frequenzspektrum der gemessenen Signale, wobei die Frequenzspektren
aus 6 und 7 aus Messsignalen eines Untersuchungsbereiches 59 erhalten wurden,
der mit Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz gemäß 4 bzw. 5 angeregt
worden ist. Deutlich zu erkennen ist in 6 ein spektraler
Bereich 63 mit einer besonders hohen Signalintensität. Dieses Signal
stammt von Kernseins der fetthaltigen Substanz 57, das
den Untersuchungsbereich 59 umgibt und das aufgrund der
chemischen Verschiebung von Fett zusammen mit dem Untersuchungsbereich 59 mit
angeregt wurde. Diese unerwünschte
Anregung wurde durch Änderung
der Polarität
der Magnetfeldgradienten Gx, Gy,
und Gz in 5 vermieden,
so dass in dem Frequenzspektrum aus 7 die störende hohe
Signalintensität
in dem spektralen Bereich 63 deutlich reduziert ist. Das
so erhaltende Spektrum kann nun wesentliche gezielter und in verbesserter
Weise ausgewertet werden.