-
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Bestimmung von Objekten mittels einer Magnetresonanzanlage, welche insbesondere hochenergetische Strahlung abschwächen. Darüber hinaus werden eine entsprechend ausgestaltete Magnetresonanzanlage sowie ein Computerprogrammprodukt und ein elektronisch lesbarer Datenträger offenbart.
-
Die
DE 10 2004 043 889 A1 betrifft einen nuklearmedizinischen Magnetresonanzatlas sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines derartigen Magnetresonanzatlas. Darüber hinaus betrifft die
DE 10 2004 043 889 A1 ein Verfahren zum Erzeugen eines nuklearmedizinischen Bildes mit einem derartigen Magnetresonanzatlas.
-
Zaidi, H. und andere; „Magnetic resonance imaging-guided attenuation and scatter corrections in three-dimensional brain position emission tomography”, Med. Phys. 30 (5); May 2003; Seiten 1591–1607 beschreiben eine zuverlässige Dämpfungskorrektur bei der Erzeugung von Bildern bei der Positronen-Emissions-Tomographie (PET).
-
Zaidi, H. und andere; „Comparative assessment of statistical brain MR image segmentation algorithms and their impact an partial volume correction in PET”; NeuroImage, 32 (2006); Seiten 1591–1607 beschreiben eine Korrektur des so genannten „partial volume effect” bei der Positron-Enemissions-Tomographie (PET).
-
In Robson, M. D. und Bydder G. M.; „Clinical ultrashort echo time imaging of bone and other connective tissues”; NMR Biomed, 2006; 19; Seiten 765–780 wird der klinische Einsatz von ultrakurzen Echozeiten und anderen Pulssequenzen zur Bildgebung von Knochen und anderen verbindenden Geweben mit kurzen T2-Zeiten untersucht.
-
Zum Stand der Technik sei noch auf „Magnetic Resonance: An Introduction to Ultrashort TE (UTE) Imaging”, M. D. Robson u. a., Comput Assist Tomogr, Vol. 27, Nr. 6, Nov./Dez. 2003, hingewiesen.
-
Um Tumore, wie z. B. Krebstumore, mit hochenergetischer Strahlung, insbesondere Gammastrahlung, zu bestrahlen, werden Bilddaten aus folgenden Gründen benötigt:
- 1. Anhand der Bilddaten wird ein Zielvolumen bestimmt, welches mit der hochenergetischen Strahlung zu bestrahlen ist.
- 2. Anhand der Bilddaten wird zu schonendes strahlenempfindliches Gewebe, z. B. Nerven, lokalisiert.
- 3. Anhand der Bilddaten wird eine Abschwächung der hochenergetischen Strahlung auf dem Weg zum Zielvolumen bestimmt.
-
Während für die Punkte 1 und 2 nach dem Stand der Technik MR-Bilddaten, d. h. Bilddaten, welche mit einem Magnetresonanztomographen erstellt worden sind, eingesetzt werden, ist es üblich für den Punkt 3 CT-Bilddaten einzusetzen. Da CT-Bilddaten anhand einer Absorption von Röntgenstrahlen mittels eines Computertomographen gewonnen werden, bilden Intensitätswerte der CT-Bilder eine Elektronendichte der in den CT-Bildern dargestellten Objekte in guter Näherung ab („Houns-field Units”), weshalb die Computertomographie gut für die unter Punkt 3 beschriebene Aufgabe geeignet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass es auch möglich ist, für alle drei oben aufgeführten Punkte CT-Bilder zu verwenden, was heutzutage durchaus noch üblich ist.
-
Allerdings stellt eine Erstellung von CT-Bildern mittels eines Computertomographen aufgrund einer Bestrahlung mit Röntgenstrahlen eine Belastung für einen Menschen dar, von welchem die CT-Bilder aufgenommen werden. Darüber hinaus erlaubt eine Entwicklung immer präziserer Bestrahlungsmethoden, welche eine Fokusabgrenzung im Millimeter Bereich ermöglichen und so gar eine Modulation einer Intensitätsverteilung im Fokus zu lassen, wobei allerdings der fehlende Weichteilkontrast in den CT-Bildern zunehmend als ein Nachteil empfunden wird. Wenn sowohl MR-Bilder als auch CT-Bilder erstellt werden, müssen zwei verschiedene relativ teuere Anlagen (ein Computertomograph und ein Magnetresonanztomograph) eingesetzt werden, um die oben in den Punkten 1 bis 3 beschriebenen Aufgaben auszuführen.
-
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe es nicht mehr notwendig ist, einen Computertomographen einzusetzen, um eine Abschwächung von hochenergetischen Strahlen auf einem bestimmten Weg zu einem Zielvolumen zu bestimmen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von Strahlen schwächenden Objekten nach Anspruch 1, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 16 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 17 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur automatischen Bestimmung von Strahlen schwächenden Objekten mit Hilfe einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dabei umfasst das Verfahren folgende Schritte:
- – Erstellen von den MR-Bildern mit der Magnetresonanzanlage, wobei in den MR-Bildern eine Information über die T2-Relaxationszeitkonstante enthalten ist.
- – Erfassen und Lokalisieren der Strahlen schwächenden Objekte in den MR-Bildern anhand der Informationen über die T2-Relaxationszeitkonstante.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Bestimmung von Strahlen schwächenden Objekten wird durchgeführt, bevor ein Zielvolumen, z. B. ein Tumor, in einem Körper eines Lebewesens mit hochenergetischen Strahlen bestrahlt wird, damit im Vorfeld zum einen ein Strahlenweg bestimmt wird, auf welchem die hochenergetischen Strahlen möglichst wenig durch Strahlen schwächende Objekte abgeschwächt werden, und damit zum anderen ein Ausmaß einer Abschwächung der hochenergetischen Strahlen auf dem Strahlenweg von der Strahlenquelle zu dem Zielvolumen bestimmt wird, um abhängig davon die hochenergetischen Strahlen auszulegen.
-
Dabei wird unter einem Strahlen schwächenden Objekt im Grunde jedes Objekt verstanden, welches Strahlen (insbesondere hochenergetische Strahlen, welche z. B. bei der Bekämpfung von Krebstumoren mittels Strahlung eingesetzt werden) abschwächt. Insbesondere wird in diesem Zusammenhang unter einem Strahlen schwächenden Objekt ein Objekt verstanden, welches die Strahlen stärker abschwächt als ein Weichteilgewebe.
-
Dabei beschreibt die T2-Relaxationszeitkonstante eine Zeit bzw. eine Schnelligkeit, mit welcher eine synchrone Präzision von Protonen durch Spin-Spin-Wechselwirkungen wieder verschwindet, wobei die T2-Relaxationszeitkonstante umso kleiner ist, je schneller die synchrone Präzision der Protonen abebbt.
-
Indem die Strahlen schwächenden Objekte mittels der T2-Relaxationszeitkonstante in MR-Bildern bestimmt werden können, kann auch eine Abschwächung von hochenergetischen Strahlen auf einem bestimmten Weg zu einem Zielvolumen berechnet werden, indem diejenigen Strahlen schwächenden Objekte bestimmt werden, welche auf bzw. in diesem Weg liegen. Damit ist es vorteilhafterweise zum einen möglich, die Abschwächung der hochenergetischen Strahlen zu bestimmen, ohne einen entsprechenden Patienten Röntgenstrahlen aussetzen zu müssen, und zum anderen ist es möglich, alle wesentlichen Schritte zur Vorbereitung einer Bestrahlung eines Zielvolumens nur mittels einer Magnetresonanzanlage (und ohne einen Computertomographen) durchzuführen. Natürlich ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren auch möglich, einen Strahlenweg zu dem Zielvolumen zu bestimmen, auf welchem möglichst wenige Strahlen schwächende Objekte vorhanden sind.
-
Insbesondere können die Strahlen schwächenden Objekte in den MR-Bildern dadurch bestimmt werden, dass in den MR-Bildern Objekte bestimmt oder erfasst werden, deren T2-Relaxationszeitkonstante kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Dabei liegt dieser vorbestimmte Schwellenwert vorteilhafterweise in einem Zeitbereich von 1 bis 5 ms und besser in einem Zeitbereich von 2 bis 3 ms.
-
Indem in den MR-Bildern gerade diejenigen Objekte bestimmt werden, deren T2-Relaxationszeitkonstante äußerst klein ist, können dadurch vorteilhafterweise insbesondere festkörperartige Strukturen, wie z. B. Knochen, abgebildet werden. Da Festkörper hochenergetische Strahlen stärker abschwächen als sonstiges Gewebe, können dadurch Objekte ermittelt werden, welche die hochenergetische Strahlung im Vergleich zu anderen Objekten innerhalb eines menschlichen Körpers, wie z. B. normales Gewebe, stärker abschwächen.
-
Bei einem Objekt, dessen T2-Relaxationszeitkonstante äußerst klein ist, ist dabei ein Objekt gemeint, welches aus mehreren Komponenten besteht, wobei ein Großteil dieser Komponenten eine äußerst kleine T2-Relaxationszeitkonstante aufweist. Natürlich existieren in solch einem Objekt in der Regel auch entsprechend wenige Komponenten, welche eine längere T2-Relaxationszeitkonstante besitzen. Genauso kann es in einem anderen Objekt, welches hier als ein Objekt bezeichnet wird, welches eine längere T2-Relaxationszeitkonstante aufweist, Komponenten geben, welche eine äußerst kleine T2-Relaxationszeitkonstante aufweisen. Aber der Anteil dieser Komponenten mit einer äußerst kleinen T2-Relaxationszeitkonstante ist dann im Verhältnis zu dem Anteil der Komponenten mit einer längeren T2-Relaxationszeitkonstante klein, so dass vereinfachend von einem Objekt mit einer längeren T2-Relaxationszeitkonstante gesprochen wird.
-
Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den MR-Bildern Signale von Objekten, welche eine T2-Relaxationszeitkonstante aufweisen, die größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, unterdrückt. Dies ist beispielsweise möglich, indem weitere Objekte in den MR-Bildern bestimmt werden, welche eine mittlere oder lange T2-Relaxationszeitkonstante (also eine T2-Relaxationszeitkonstante besitzen, welche größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist) besitzen, und dann Bilder dieser weiteren Objekte von den MR-Bildern subtrahiert werden. Anders ausgedrückt werden die mit längeren TEs (Time Echo) gemessenen MR-Bilder von den mit sehr kurzen TEs gemessenen MR-Bildern subtrahiert.
-
Indem aus den MR-Bildern die Objekte mit einer mittleren und langen T2-Relaxationszeitkonstante quasi entfernt werden, können gezielt die Objekte mit einer kurzen T2-Relaxationszeitkonstante, d. h. die festkörperartigen Strukturen, in den MR-Bildern dargestellt sowie besser bestimmt und lokalisiert werden, da die störenden Einflüsse der Objekte mit den mittleren und langen T2-Relaxationszeitkonstanten nicht mehr vorhanden sind.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die MR-Bilder derart erstellt, dass ein kurzer HF-Puls erzeugt wird. Eine möglichst kurze, erste vorbestimmte Zeitspanne nach einem Ende dieses HF-Pulses werden Daten aus einem einem zu untersuchenden Segment entsprechenden K-Raum erfasst. Die kurze vorbestimmte Zeitspanne liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 1 μs bis 1 ms.
-
Indem die Datenerfassung möglichst dicht nach Beendigung des HF-Pulses beginnt, können auch noch Signale von Objekten erfasst werden, welche eine sehr geringe T2-Relaxationszeitkonstante (in der Größenordnung von 1 ms bis 5 ms) aufweisen.
-
Der Abstand zwischen dem Ende des HF-Pulses und dem Beginn der Datenerfassung hängt dabei insbesondere von einer Ring-Down-Zeit einer Lokalspule ab, mit welcher die Daten erfasst werden. Die Ring-Down-Zeit gibt dabei an, wie rasch das von dem HF-Puls induzierte Magnetfeld in der Lokalspule abklingt.
-
Selbstverständlich kann erfindungsgemäß jedes bildgebende Verfahren zur Abbildung von Objekten mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante eingesetzt werden, um die Strahlen schwächenden Objekte zu bestimmen. Diese bildgebenden Verfahren werden nach dem Stand der Technik unter dem Begriff UTE-MRI (Ultra-short Time Echo Magnetic Resonance Imaging) zusammengefasst.
-
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden eine lange, zweite vorbestimmte Zeitspanne nach dem kurzen HF-Puls weitere Daten erfasst. Anschließend werden die weiteren erfassten Daten von denjenigen Daten subtrahiert, welche die kurze vorbestimmte Zeitspanne nach dem HF-Puls erfasst worden sind, wie es bei der vorab stehenden Ausführungsform erläutert ist. Ausgehend von denjenigen Daten, welche ein Ergebnis der entsprechenden Subtraktion sind, werden dann die MR-Bilder erstellt.
-
Es ist dabei möglich, dass die Daten und die weiteren Daten mittels eines gemeinsamen kurzen HF-Puls erfasst werden, indem die Daten die kurze, erste vorbestimmte Zeitspanne nach diesem HF-Puls aufgenommen werden und die weiteren Daten die vorbestimmte zweite, lange Zeitspanne nach dem HF-Puls erfasst werden. Allerdings ist es auch möglich, dass die Daten und die weiteren Daten durch zwei verschiedene Messungen erfasst werden, wobei jede Messung ihren eigenen kurzen HF-Puls aufweist.
-
Wichtig ist natürlich, dass die Daten und die weiteren Daten dasselbe Objekt aufnehmen.
-
Indem die weiteren Daten von den Daten subtrahiert werden, enthalten die sich ergebenden Daten vorteilhafterweise nahezu nur noch Signale von Objekten mit einer entsprechend kurzen T2-Relaxationszeitkonstante, so dass diese Objekte, welche hochenergetische Strahlen stärker abschwächen als Objekte mit einer längeren T2-Relaxationszeitkonstante gut dargestellt und lokalisiert werden können.
-
Dadurch können vorteilhafterweise auch Lipide von knochenartigen Strukturen unterschieden werden. Lipide weisen eine breite Streubreite bei der T2-Relaxationszeitkonstante auf und umgeben Knochen oder sind in Knochen eingebaut. Da aber Lipide auch bei einer Bildgebung, welche mit längeren TE arbeitet, wie es heutzutage nach dem Stand der Technik üblich ist, in den entsprechenden konventionellen MR-Bildern sichtbar sind, kann ein Vergleich von einem konventionellen MR-Bild und einem UTE-Bild (ein mit einem ultra kurzen TE aufgenommenes MR-Bild) der gleichen Region auch eine Differenzierung von Knochen und Fett bzw. Lipiden ermöglichen.
-
Insbesondere werden die Daten und/oder die weiteren Daten in dem K-Raum mit einer radialen Aufnahmetechnik erfasst.
-
Die radikale Aufnahmetechnik weist gerade dann Vorteile auf, wenn die Erfassung der Daten möglichst kurz nach dem HF-Puls erfolgen soll.
-
Es kann von Vorteil sein, aus der Information über die T2-Relaxationszeitkonstante der Objekte in den MR-Bildern ein Ausmaß einer Abschwächung von hochenergetischen Strahlen durch diese Objekte zu bestimmen. Dadurch ist es für einen vorgegebenen Strahlenweg möglich, ein Ausmaß zu bestimmen, mit welchem die hochenergetischen Strahlen auf diesem Strahlenweg abgeschwächt werden, indem die auf diesem Strahlenweg liegenden Objekte zusammen mit ihrem individuellen (d. h. für das jeweilige Objekt spezifischen) Ausmaß einer Strahlenabschwächung bestimmt werden.
-
Weiterhin ist es erfindungsgemäß möglich, Signale einer Ummantelung einer Lokalspule zu erfassen, indem Objekte mit einer äußerst kleinen T2-Relaxationszeitkonstante bestimmt werden. Mit Hilfe der Signale der Ummantelung kann dann die entsprechende Lokalspule lokalisiert werden.
-
Ein Kupferanteil der Lokalspulen führt zu einer Abschwächung der hochenergetischen Strahlen und darüber hinaus zu einer unerwünschten Sekundärstrahlung. Durch eine Lokalisierung der Lokalspulen ist es damit erfindungsgemäß möglich, entweder den Strahlenweg derart zu wählen, dass sich keine Lokalspulen in dem Strahlenweg befinden, oder die Abschwächung aufgrund der Lokalspulen bei einer Dosierung der hochenergetischen Strahlen entsprechend zu berücksichtigen.
-
Dabei ist es möglich, dass eine Information über die Lokalspule über eine Einfaltung lokalisiert wird, wobei diese Einfaltung von der Lokalspule verursacht wird und in einem Volumen bzw. einer Schicht auftritt, in welchem die Daten für die MR-Bilder erfasst werden. Durch die Einfaltung können dann zusammen mit Hilfe einer vorab bekannten Information über eine Form bzw. Ausgestaltung der Lokalspule eine genaue Form und insbesondere eine genaue Position dieser Lokalspule bestimmt werden.
-
Damit ist es erfindungsgemäß möglich, die genaue Position und auch die genaue Form von Lokalspulen zu bestimmen, so dass bei einer Bestrahlung eines Patienten, auf welchem diese Lokalspulen angeordnet sind, die Ausgestaltung und Position dieser Lokalspulen berücksichtigt werden können. Da die Information über die Lokalspulen über die Einfaltung bestimmt wird, ist es vorteilhafter Weise nicht erforderlich, dass die entsprechende Lokalspulen in dem Volumen bzw. K-Raum vorhanden ist, in welchem die Daten für die MR-Bilder erfasst werden. Allerdings ist dazu eine hinreichende geometrische Abbildungsgenauigkeit über hinreichend große FoVs (Field of Views) notwendig.
-
Unter einer Einfaltung wird dabei ein Vorgang verstanden, bei welchem ein Objekt, in diesem Fall die Lokalspule, zu einer Signalerzeugung in einem Volumen beiträgt, obwohl sich das Objekt selbst nicht in diesem Volumen befindet. Normalerweise stören Einfaltungen da sie in der Regel nicht als solche erfasst werden können und damit das eigentliche Signal überlagern und somit verfälschen. Wenn allerdings bekannt ist, welche Objekte (zusammen mit der genauen Position und Ausgestaltung dieser Objekte), in diesem Fall die Lokalspule, eine Einfaltung verursachen, können die sich aus der Einfaltung ergebenden Signalanteile bestimmt werden und diese Signalanteile bei der Datenerfassung entsprechend unterdrückt werden, so dass diejenigen Daten, aus welchen anschließend die MR-Bilder (welche die die Einfaltung verursachenden Objekte nicht darstellen) erstellt werden, die aus der Einfaltung herrührenden Datenanteile nicht aufweisen.
-
Vorteilhafter Weise kann das Verfahren dadurch kalibriert werden, indem Ergebnisse des Verfahrens an Ergebnisse angepasst werden, welche mit Hilfe einer Computertomographie bestimmt werden.
-
Da es nach dem Stand der Technik als gängiges Verfahren die Computertomographie gibt, mit welcher sowohl die Strahlen schwächenden Objekte bestimmt werden können, als auch ein Ausmaß der Abschwächung der hochenergetischen Strahlen der entsprechenden Objekte bestimmt werden kann, ist es möglich das erfindungsgemäße Verfahren derart anzupassen, dass es nach dieser Anpassung bzw. Kalibrierung die gleichen Ergebnisse wie ein auf der Computertomographie basierendes Verfahren liefert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann demnach in vivo quantitativ verifiziert werden, da ein auf der Computertomographie basierendes Verfahren als ein so genannter Gold-Standard verwendet werden kann. Demnach ist es möglich, für denselben Patienten für einen identischen Bestrahlungsplan zum einen eine Schwächungskorrektur für eine Dosierung der hochenergetischen Strahlen basierend auf den Ergebnissen von einem Computertomographen zu bestimmen, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, und zum anderen eine weitere Schwächungskorrektur mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu bestimmen, welches ausschließlich mit einer Magnetresonanzanlage arbeitet.
-
Darüber hinaus beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung einer Magnetresonanzanlage laden kann. Mit Programmmitteln und diesem Computerprogrammprodukt können alle vorab beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Vorrichtung läuft.
-
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung einer Magnetresonanzanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für eine Planung einer Bestrahlung von Tumoren mit hochenergetischer Strahlung geeignet, um insbesondere einen Strahlenweg dieser hochenergetischen Strahlen zu optimieren und auch die hochenergetischen Strahlen selbst optimal auszugestalten bzw. zu dosieren. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann eingesetzt werden, um beliebige festkörperartige Strukturen, wie z. B. eine Kunststoffummantelung einer Lokalspule, zu lokalisieren.
-
Mit der vorliegenden Erfindung kann in der Regel auf eine CT-Untersuchung, welche nach dem Stand der Technik zur Planung einer Bestrahlung mit hochenergetischen Strahlen eingesetzt wird, verzichtet werden. Dadurch wird dem Patienten zum einen eine Bestrahlung mit Röntgenstrahlen erspart und zum anderen ist es dadurch erfindungsgemäß möglich die Planung der Bestrahlung ausschließlich mit einer MR-Anlage durchzuführen, während nach dem Stand der Technik sowohl MR-Bilder als auch CT-Bilder erstellt werden. Dies bedeutet wiederum einen ökonomischen Vorteil, da zum einen eine Zeit, welche zur Erstellung der Daten für die Planung der Bestrahlung notwendig ist, verkürzt werden kann, da der Patient nur noch mit der Magnetresonanzanlage untersucht werden muss, und zum anderen unter Umständen auf die Anschaffung eines Computertomographen verzichtet werden kann.
-
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Hilfe der Zeichnungen genauer erläutert.
-
1 stellt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage mit einer Vorrichtung dar.
-
2 stellt MR-Bilder dar, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt worden sind.
-
3 stellt ein Sequenzdiagramm dar, mit welchem Signale von Objekten mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante erfasst werden können.
-
4 stellt Trajektorien in einem K-Raum bei einer radialen Aufnahmetechnik dar.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Magnetresonanzanlage 5, mit welcher eine automatische Bestimmung von Strahlen schwächenden Objekten möglich ist. Kernstück dieser Magnetresonanzanlage 5 ist ein Tomograph 3, in welchem ein Patient O auf einem Liegenbrett 2 in einem ringförmigen Grundfeldmagneten (nicht dargestellt), welcher einen Messraum 4 umschließt, positioniert ist.
-
Das Liegenbrett 2 ist in Längsrichtung, d. h. entlang der Längsachse des Tomographen 3, verschiebbar. Diese Richtung wird als z-Richtung bezeichnet. Innerhalb des Grundfeldmagneten befindet sich im Tomographen 3 eine Ganzkörperspule (nicht dargestellt), mit welcher Hochfrequenzpulse ausgesendet und auch empfangen werden können. Außerdem weist der Tomograph 3 Gradientenspulen (nicht dargestellt) auf, um in jeder der Raumrichtungen x, y, z einen Magnetfeldgradienten anlegen zu können.
-
Angesteuert wird der Tomograph 3 von einer Steuereinrichtung 6, welche hier getrennt von dem Tomographen 3 dargestellt ist. An die Steuereinrichtung 6 ist ein Terminal 7 angeschlossen, welches einen Bildschirm 8, eine Tastatur 9 und eine Maus 10 aufweist. Das Terminal 7 dient insbesondere als Benutzerschnittstellen, über welche eine Bedienperson die Steuereinrichtung 6 und damit den Tomographen 3 bedient. Sowohl die Steuereinrichtung 6 als auch das Terminal 7 sind Bestandteil der Magnetresonanzanlage 5.
-
Darüber hinaus ist in 1 eine DVD 14 dargestellt, auf welcher eine Software abgespeichert ist, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, wenn die Software in die Steuereinrichtung 6 geladen worden ist.
-
Die Magnetresonanzanlage 5 kann des Weiteren auch alle weiteren üblichen Komponenten bzw. Merkmale aufweisen, wie z. B. Schnittstellen zum Anschluss eines Kommunikationsnetzes, beispielsweise eines Bildinformationssystems, oder Ähnliches. Alle diese Komponenten sind jedoch der besseren Übersichtlichkeit wegen in der 1 nicht dargestellt.
-
Über das Terminal 7 kann eine Bedienperson mit der Steuereinrichtung 6 kommunizieren und so für eine Durchführung von gewünschten Messungen sorgen, indem beispielsweise der Tomograph 3 von der Steuereinrichtung 6 derart angesteuert wird, dass die erforderlichen Hochfrequenzpulssequenzen durch die Antenne ausgesendet werden und die Gradientenspulen in geeigneter Weise geschaltet werden. Über die Steuereinrichtung 6 werden auch vom Tomographen 3 kommende Bild-Rohdaten akquiriert und in einer Auswerteeinheit 13, bei welcher es sich um ein Modul der Steuereinrichtung 6 handelt, in entsprechende Bilder (MR-Bilder) umgesetzt. Diese Bilder werden dann beispielsweise auf dem Bildschirm 8 dargestellt und/oder in einem Speicher hinterlegt bzw. über ein Netzwerk versandt.
-
Das Liegenbrett 2 ist mittels der Steuereinrichtung 6 motorisch innerhalb des Tomographen 3 in der z-Richtung verfahrbar. Die Steuereinrichtung 6 weist eine Ansteuereinheit 11 an, welche automatisch das Liegenbrett 2 durch den Tomographen 3 fährt bzw. verschiedene Positionen innerhalb des Tomographen 3 anfährt. Darüber hinaus sorgt die Ansteuereinrichtung 11 dafür, dass ein definierter Magnetfeldgradient Gz in der z-Richtung anliegt und gleichzeitig von der Ganzkörperspule ein Hochfrequenzsignal, welches im Wesentlichen der Magnetresonanzfrequenz entspricht, ausgesendet wird.
-
Mit Hilfe eines Empfangskanals 12 bzw. einer Messeinrichtung der Steuereinrichtung 6 werden dann Daten aus einem entsprechenden Volumen 15 im Körper des Patienten O mit einer Lokalspule 1 ermittelt und aufgezeichnet. Diese Daten werden dabei derart erfasst, dass auch Signale von Objekten mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante in der Größenordnung von 3 ms erfasst werden. In der Auswertevorrichtung 13 werden dann aus diesen Daten MR-Bilder erstellt, in welchen ebenfalls in der Auswertevorrichtung 13 über die T2-Relaxationszeitkonstante Strahlen schwächende Objekte in diesen MR-Bildern bestimmt und lokalisiert werden.
-
In 2A ist ein MR-Bild dargestellt, welches mit einem bildgebenden Verfahren erfindungsgemäß erstellt worden ist, in welchem auch Objekte mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante dargestellt werden. Diese bildgebenden Verfahren, mit welchen auch Objekte mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante abgebildet werden können, sind unter dem Begriff UTE-MRI bekannt. Durch die Verwendung von sehr kurzen Echozeiten (TE) werden auch Protonen-Spin-Systeme mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante, wie sie in festkörperartigen Strukturen, wie z. B. Knochen, zu finden sind, unmittelbar in dem entsprechenden MR-Bild, wie es in 2A dargestellt ist, abgebildet. Da natürlich auch Objekte, welche eine mittlere oder lange T2-Relaxationszeitkonstante besitzen, Signale erzeugen, welche von einem UTE-MRI-Verfahren erfasst werden, werden zur Erstellung des MR-Bildes in 2A nicht nur Signale von Spins herangezogen, welche eine sehr kurze T2-Relaxationszeitkonstante aufweisen, sondern auch Signale von Spins, welche eine längere T2-Relaxationszeitkonstante besitzen. Daher sind in dem in 2A dargestellten Bild sowohl Knochen als auch Gewebe abgebildet.
-
2B zeigt ein MR-Bild, welches mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren erstellt worden ist, mit welchen Objekte mit einer sehr kurzen T2-Relaxationszeitkonstante nicht dargestellt werden können. Anders ausgedrückt werden zur Erstellung des in 2B dargestellten MR-Bildes nur Signale von Spins herangezogen, welche eine mittlere oder lange T2-Relaxationszeitkonstante aufweisen, so dass in dem in 2B dargestellten MR-Bild nur Gewebe dargestellt ist.
-
In 2C ist ein MR-Bild dargestellt, welches man erhält, wenn das MR-Bild der 2B von dem MR-Bild der 2A subtrahiert wird. Daher ist in dem MR-Bild der 2C kein Gewebe mehr dargestellt, sondern nur noch knochenartige Strukturen. Da Gewebe hochenergetische Strahlen nahezu ungehindert durchlässt, während knochenartige Strukturen die hochenergetischen Strahlen abschwächen, stellt das MR-Bild der 2C ausschließlich Strahlen schwächende Objekte dar.
-
In 2D sind Objekte, welche sich hinsichtlich der T2-Relaxationszeitkonstante voneinander unterscheiden, für einen Betrachter unterscheidbar dargestellt, so dass insbesondere zwischen knochenartigen Strukturen und Gewebe unterschieden werden kann.
-
In 3 ist schematisch ein prinzipieller Aufbau eines Sequenzdiagramms einer beispielhaften UTE-MRI dargestellt. Dabei ist auf der x-Achse die Zeit in μs dargestellt und auf der Y-Achse ist nicht maßstabsgetreu die jeweilige Stärke eines Magnetfelds aufgetragen.
-
Eine in der Größenordnung von 100 μs (bei zukünftigen Spulen auch schon nach ca. 30 μs oder gar 1 μs; aufgrund des verkürzten Spulen-Detune-Intervalls dieser Spulen) liegende kurze Zeitspanne tk nach einem kurzen abgebrochenen bzw. halben 90°-HF-Puls 16 wird mit einer Datenerfassung 17 begonnen, während welcher sowohl ein Gradient Gx in x-Richtung als auch ein Gradient Gy in y-Richtung zur Datenerfassung aufgebracht werden, um so eine radiale Aufnahmetechnik durchzuführen. Die Magnetfeldstärke dieser Gradienten 18 steigt jeweils während der Datenerfassung bis auf einen Maximalwert an, welchen die Gradienten 18 bis zum Abschluss der Datenerfassung aufweisen. Für genauere Informationen wird auf „Magnetic Resonance: An Introduction to Ultrashort TE (UTE) Imaging”, M. D. Robson u. a., Comput Assist Tomogr, Vol. 27, Nr. 6, Nov./Dez. 2003, verwiesen.
-
In 4 sind Trajektorien im K-Raum für die vorab erwähnte radiale Aufnahmetechnik dargestellt. Jede ”Speiche” repräsentiert eine entsprechende Trajektorie des K-Raums, welche mittels der Gradienten 18 (siehe 3) eingestellt wird. Die Punkte repräsentieren die zentralen Punkte, welche bei einem Anstieg der Gradienten 18 abgetastet werden, und die Sterne die Umfangspunkte, welche abgetastet werden, wenn die Gradienten 18 auf ihrem Maximalwert liegen. Üblicherweise umfasst eine Datenerfassung in der Praxis 128–512 Speichen und 156–512 Punkte auf jeder Speiche. Die Datenpunkte können über eine 2D-Fouriertransformation auf ein kartesisches Koordinatensystem umgerechnet werden.
