DE102008032343A1

DE102008032343A1 - Verfahren zur Ermittlung einer Positionierinformation für EKG-Elektroden während einer Untersuchung mit einer Magnetresonanzeinrichtung und Magnetresonanzeinrichtung

Info

Publication number: DE102008032343A1
Application number: DE102008032343A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Greiser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2008-07-09
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2010-01-14
Also published as: US20100063381A1; US8346341B2

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Positionierinformation für EKG-Elektroden während einer Untersuchung mit einer Magnetresonanzeinrichtung, umfassend folgende Schritte: - Aufnahme eines Bilddatensatzes eines das Herz eines Patienten und die auf der Oberfläche des Patienten bereits angeordneten Elektroden umfassenden Bereichs, - Ermittlung der Lage der langen Herzachse in dem Bilddatensatz, - Ermittlung der Position der Elektroden in dem Bilddatensatz, - für jede der Elektroden automatische Berechnung einer zur Ermittlung auswertbarer EKG-Signale geeigneten Zielposition unter Berücksichtigung der Lage der langen Herzachse sowie einer Verschiebung von der Position der Elektroden zur Zielposition und - Anzeige einer Positionierinformation für die Elektroden unter Berücksichtigung der Verschiebungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Positionierinformation für EKG-Elektroden während einer Untersuchung mit einer Magnetresonanzeinrichtung sowie eine Magnetresonanzeinrichtung.
Insbesondere bei funktionalen Untersuchungen ist es in modernen Magnetresonanzeinrichtungen üblich, parallel zur Magnetresonanzuntersuchung des Patienten auch dessen EKG aufzunehmen. Neben einer Überwachung können beispielsweise Gatingvorgänge durch diese EKG-Signale angesteuert werden.
Daher wurden speziell für Magnetresonanzeinrichtungen EKG-Elektrodensysteme entwickelt, die einfach zu handhaben und robust sind sowie eine zuverlässige EKG-Ableitung unter Reduktion störender Einflüsse durch Bewegung oder Magnetfeldeffekte erlauben.
Vorgeschlagen wurde beispielsweise die Verwendung von drei EKG-Elektroden, die sehr nah beieinander ventral auf den Thorax aufgeklebt werden. Aufgrund der geringen Elektrodendistanz reduziert sich somit die Empfindlichkeit für gradienten- oder bewegungsinduzierte Effekte. Zur Ableitung des EKG-Signals werden dann meist fiberoptische Leitungen verwendet, die ebenso Einflüsse der Magnetfelder vermeiden.
Ein Problem ist und bleibt jedoch die Positionierung der insbesondere drei EKG-Elektroden derart, dass ein auswertbares EKG-Signal erhalten wird. Denn die Platzierung der drei, wie dargelegt recht eng beieinander platzierten EKG-Elektroden beeinflusst die Qualität des abgeleiteten EKG-Signals stark. Werden die Elektroden beispielsweise so platziert, dass die Herzachse bezüglich der Elektrodenpaare einen ungünstigen Winkel einschließt, oder werden sie an einer ungeeigneten Stelle relativ zum Herzen positioniert, sind die abgeleiteten Signale häufig zu schwach oder qualitativ ungeeignet für eine stabile, insbesondere zur Triggerung oder zum Gating genutzten Auswertung des EKG-Signals.
Daher ist es heutzutage üblich, dass bei Erhalt eines nicht auswertbaren EKG-Signals die Elektrodenpositionen verbessert werden, indem durch mehrmaliges Umkleben der Elektroden solange nach dem „trial and error”-Prinzip probiert wird, bis ein zufriedenstellendes EKG-Signal detektiert werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das eine schnelle, verlässliche und zu einem auswertbaren EKG-Signal führende Positionierung der EKG-Elektroden während einer Magnetresonanzuntersuchung erlaubt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung einer Positionierinformation für EKG-Elektroden während einer Untersuchung mit einer Magnetresonanzeinrichtung mit folgenden Schritten vorgesehen:

– Aufnahme eines Bilddatensatzes eines das Herz eines Patienten und die auf der Oberfläche des Patienten bereits angeordneten Elektroden umfassenden Bereichs,
– Ermittlung der Lage der langen Herzachse in dem Bilddatensatz,
– Ermittlung der Position der Elektroden in dem Bilddatensatz,
– für jede der Elektroden automatische Berechnung einer zur Ermittlung auswertbarer EKG-Signale geeigneten Zielposition unter Berücksichtigung der Lage der langen Herzachse sowie einer Verschiebung von der Position der Elektroden zur Zielposition und
– Anzeige einer Positionierinformation für die Elektroden unter Berücksichtigung der Verschiebungen.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht erstmals eine systematische Verbesserung der individuellen Elektrodenpositionierung.
Dem liegt die Idee zugrunde, Informationen über die aktuelle Position der zunächst grob positionierten EKG-Elektroden aus einem Bilddatensatz zu gewinnen, um sie dann mit aus demselben Bilddatensatz gewonnenen Informationen über die Lage des Herzens vorteilhaft so zu verknüpfen, dass Informationen über eine verbesserte Positionierung gewonnen werden können. Die Positionierinformationen liefern demnach eine Vorschrift bzw. Positionierungsanweisungen, wie die einzelnen Elektroden versetzt werden müssen, um bereits nach einem weiteren Positionierungsschritt eine auswertbare Ableitung des EKG-Signals zu erreichen.
Daraus resultiert der Vorteil, dass für jeden Patienten eine individuell verbesserte Platzierung der EKG-Elektroden erreicht wird. Damit wird in den meisten Fällen Zeit eingespart, da der zeitaufwendige Ansatz mittels „trial and error” vermieden werden kann. Weiterhin kann durch die systematische Verbesserung der Positionierung auf den Einsatz von alternativen Messprogrammen (beispielsweise Echtzeitbildgebung) mit Kompromissen in der Bildqualität verzichtet werden. Schließlich wird durch die vorliegende Erfindung ein in jedem Fall auswertbares EKG-Signal erreicht, so dass der Anteil von Untersuchungen mit nicht für eine Diagnose geeigneter Bildqualität verringert wird.
Mit besonderem Vorteil kann als Bilddatensatz ein Localizer-Bilddatensatz aufgenommen werden. Diese Localizer-Bilddatensätze werden bereits standardmäßig im Workflow der Magnetresonanz-Herzuntersuchungen (Cardio-MR) in den meisten Fällen aufgenommen, so dass keine zusätzliche Aufnahme eines Bilddatensatzes erforderlich ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Reihe von koronalen Localizer-Schichtbildern aufgenommen werden.
Zur Ermittlung der Lage der langen Herzachse, also der Langsachse durch den linken Ventrikel, kann diese manuell in den Bilddaten markiert werden. Ein anatomisch gebildeter Benutzer bekommt somit den Bilddatensatz, insbesondere die Localizer- Schichtbilder, angezeigt und erkennt anhand der Lage des Herzens auch die Lage der langen Herzachse. Diese kann er dann über ein Eingabemittel in den Bilddaten markieren.
Alternativ ist es vorzugsweise auch möglich, dass die Ermittlung der Lage der langen Herzachse anhand einer automatischen oder semiautomatischen Segmentierung des Herzens erfolgt. Semiautomatische und automatische Segmentierungsverfahren, die die Größe, Position und Orientierung des Herzens und seiner Teile bestimmen, sind im Stand der Technik bereits hinreichend bekannt. Unter Einsatz eines solchen Verfahrens ist es möglich, die Geometrie des Herzens des speziellen Patienten zu ermitteln und daraus auf einfache Weise die Lage der langen Herzachse herzuleiten.
Grundsätzlich ist die Position der vorab bereits auf dem Patienten platzierten EKG-Elektroden anhand von entsprechenden Bildartefakten bereits aus einem herkömmlichen Localizer-Bilddatensatz bestimmbar. Mit besonderem Vorteil kann jedoch vorgesehen sein, dass mit einem Magnetresonanz-Marker versehene Elektroden verwendet werden. Ein solcher Magnetresonanz-Marker kann beispielsweise ringförmig sein und ist üblicherweise mit einer in der Magnetresonanzaufnahme deutlich sichtbaren Flüssigkeit oder Substanz gefüllt. Während aufgrund des schlechten Kontrastes bei der Nichtverwendung von Magnetresonanz-Markern häufig eine manuelle Ermittlung der Position der Elektroden in dem Bilddatensatz erfolgt, ist es im erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich, insbesondere bei der Verwendung von Magnetresonanz-Markern, die eine leicht feststellbare Form besitzen, die Position der Elektroden automatisch zu ermitteln.
Werden auf diese Weise sowohl die Geometrie des Herzens als auch die Position der Elektroden automatisch bestimmt, so ist ein vollständig automatischer Verfahrensablauf gegeben, der keinen Benutzereingriff mehr erfordert. Damit ist dann eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben, die eine systematische, wiederholbare und verbesserte Positionierung der Elektroden erlaubt.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Berechnung der Zielpositionen eine Projektion der langen Herzachse sowie der Positionen der Elektroden auf eine Koronalebene betrachtet werden. Grundsätzlich ist die Oberfläche des Patienten, auf der die Elektroden aufgeklebt werden, eine unebene Hyperfläche, die, beispielsweise aus den Daten des Bilddatensatzes ermittelt, im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich auch unmittelbar als Grundlage zur Berechnung der Zielpositionen dienen kann. Es hat sich jedoch gezeigt, dass der weniger rechenaufwendige Weg der Verwendung von Projektionen auf eine Koronalebene ebenfalls hervorragende Ergebnisse liefert.
Dabei kann nun vorgesehen sein, dass zur Ermittlung der Zielposition ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat, dessen Diagonale die lange Herzachse bildet, bestimmt wird, dessen beide von der Diagonale geschnittenen Eckpunkte und ein weiterer Eckpunkt die Zielpositionen der drei Elektroden sind. Über eine solche, recht einfache geometrische Betrachtung können für die Ermittlung der EKG-Signale besonders geeignete Zielpositionen ohne großen Rechenaufwand ermittelt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Dimensionen des Rechtecks unter Berücksichtigung der Größe des Herzens, insbesondere des Abstandes zwischen der Herzklappenebene und der Herzspitze, gewählt werden. Idealerweise umfasst das Rechteck die gesamte Projektion des Herzens auf die Koronalebene, so dass ein geringer Abstand der Elektroden realisiert wird, gleichzeitig jedoch auswertbare EKG-Signale abgeleitet werden können. Als Maß, mit dem die Seitenlängen des Rechtecks skalieren können, bietet sich dabei insbesondere der recht einfach bestimmbare Abstand zwischen der Herzklappenebene und der Herzspitze an.
Zweckmäßigerweise kann die Anzeige der Positionierinformation als ein mit den Positionen und den Zielpositionen sowie den Verschiebungen überlagertes koronales Schichtbild des Bildda tensatzes erfolgen. Zeigt das Schichtbild beispielsweise das Herz selber, so kann gleichzeitig mit der Anzeige der Positionieranweisung auf dem Bildschirm gezeigt werden, dass die Zielpositionen geeignet sind. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die lange Herzachse und/oder das zur Berechnung verwendete Rechteck und/oder die Positionen der Elektronen und/oder die Zielpositionen und/oder Pfeile, die die Verschiebungen symbolisieren und/oder numerische Angaben zur Verschiebungsstrecke und/oder die Außenumrisse des aktuellen Patienten angezeigt werden. Damit erhält ein Bediener sämtliche zur erfolgreichen Positionierung der EKG-Elektroden erforderlichen Informationen.
Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend eine Steuereinheit sowie eine EKG-Einrichtung mit insbesondere drei EKG-Elektroden, die sich dadurch auszeichnet, dass die EKG-Elektroden mit einem Magnetresonanz-Marker versehen sind. Eine solche Magnetresonanzeinrichtung ist insbesondere hervorragend geeignet, mit Hilfe der Steuereinheit das erfindungsgemäße Verfahren in allen beschriebenen Ausgestaltungen durchzuführen. Die vorteilhafterweise mit Magnetresonanz-Markern versehenen EKG-Elektroden erlauben es, in aufgenommenen Bilddatensätzen deren Position möglichst einfach festzustellen, woraufhin neben der vorteilhaften Anwendung für das erfindungsgemäße Verfahren auch in späteren Bildaufnahmen überprüft werden kann, ob die EKG-Elektroden sinnvoll positioniert waren, da sowohl das Herz als auch die EKG-Elektroden in einem Bilddatensatz sichtbar sind.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung können die Marker kreis- oder ringförmig sein, so dass ermöglicht wird, sie gut von anderen Merkmalen im Bilddatensatz zu unterscheiden, insbesondere eine automatische Lokalisierung der Elektroden zu ermöglichen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung,
2 eine Skizze zur Lokalisierung der EKG-Elektroden relativ zur langen Herzachse in einem Bilddatensatz,
3 die Bestimmung von Zielpositionen anhand der Positionen und der Lage der langen Herzachse, und
4 eine mögliche Anzeige der Positionierinformation.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung 1. Sie umfasst einen Magneten 2 mit einer Patientenaufnahme 3, in die eine Patientenliege 4 einfahrbar ist. Gesteuert wird die Magnetresonanzanlage 1 über eine zentrale Steuereinheit 5, die zur Durchführung des im Folgenden noch beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
Zudem umfasst die Magnetresonanzeinrichtung 1 eine EKG-Einrichtung 6 mit drei hier vergrößert dargestellten EKG-Elektroden 7, die jeweils mit einem ringförmigen Magnetresonanz-Marker 8 versehen sind und auf einen zu untersuchenden Patienten im Bereich des Thorax ventral aufgeklebt werden. Die EKG-Signale werden dabei über elektrische Leitungen 9 abgeleitet. Sie dienen beispielsweise zur Triggerung von Bildaufnahmen.
Wie bereits dargelegt, ist die Steuereinheit 5 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Dazu werden zunächst als Bilddatensatz koronale Localizer-Schichtbilder aufgenommen, auf denen zumindest das Herz und die Elektroden 7, vorliegend verdeutlicht durch die Magnetresonanz-Marker 8, zu sehen sind. Aus diesem Localizer-Bilddatensatz sollen nun Informationen über die Lage der langen Herz achse sowie die Position der Elektroden 7 gefolgert werden, welche dann zur Ermittlung von zur Erzeugung eines auswertbaren EKG-Signals geeigneten Zielpositionen miteinander verknüpft werden.
Zur Ermittlung der Geometrie des Herzens und daraus auch der Langachse des linken Ventrikels ist nun vorgesehen, dass das Herz mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Segmentierungsverfahren zunächst segmentiert wird, um daraus die Position der langen Herzachse zu ermitteln. Solche Segmentierungsverfahren sind weithin bekannt und müssen hier nicht näher dargelegt werden. Es ist natürlich genauso gut möglich, dass ein Benutzer manuell in dem beispielsweise auf einer Anzeigevorrichtung 10 angezeigten Bilddatensatz die lange Herzachse selbst bestimmt. Auch semiautomatische Verfahren sind denkbar, in denen beispielsweise Saatpunkte oder Umrandungen vorgegeben werden.
Davor, danach oder zeitgleich werden die Positionen der EKG-Elektroden 7 in dem Bilddatensatz ermittelt. Dies ist aufgrund der Magnetresonanz-Marker 8 leicht möglich, insbesondere auch in einem automatischen Verfahren. Auch hier ist jedoch grundsätzlich denkbar, eine manuelle Markierung vorzunehmen.
Zur Berechnung der Zielpositionen ist nun zunächst vorgesehen, dass die ermittelten Positionen und die Lage der langen Herzachse auf eine koronale Ebene projiziert werden, wie dies durch 2 näher dargestellt ist. Die Projektion 11 zeigt zunächst das Herz 12 und die durch es führende lange Herzachse 13. Ebenso sind anhand der Marker 8 deutlich zu erkennen die Positionen 14 der Elektroden 7.
Zur Berechnung der Zielpositionen wird nun zunächst ein Rechteck, vorliegend ein Quadrat 15, dessen Diagonale die lange Herzachse 13 bildet, in die Ebene 11 hineingelegt, wie dies in 3 dargestellt ist. Die Größe des Quadrats 15, also seine Seitenlänge, skaliert dabei mit dem Abstand zwi schen der Herzklappenebene und der Herzspitze und ist daher unter Berücksichtigung der Größe des Herzens gewählt. Als Zielpositionen 16 ergeben sich die beiden Ecken des Quadrats 15, die von der langen Herzachse 13 geschnitten werden, sowie eine weitere Ecke. Davon ausgehend können nun die notwendigen Verschiebungen für jede der Elektroden 7, also ausgehend von den Positionen 14, ermittelt werden, die in Betrag und Richtung angeben, wie die Elektroden 7 ersetzt werden müssen, um an den Zielpositionen 16 befestigt zu werden. Diese Verschiebungen sind in 3 durch die Pfeile 17 symbolisiert.
Eine Darstellung, wie sie in 3 gezeigt ist, kann bereits als Anzeige der Positionierungsinformation an der Darstellungseinrichtung 10 verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit dazu ist in 4 dargestellt. Dort werden die Positionierungsinformationen, also insbesondere die Positionen 14, die Zielpositionen 16 und die Verschiebungen 17 einem Localizer-Schichtbild 18 überlagert dargestellt, auf dem neben dem Herz 12 auch die Umrisse 19 des Patienten zu erkennen sind. Auch die lange Herzachse 13 ist eingezeichnet. Zusätzlich ist es möglich, beispielsweise Längenangaben zu den Verschiebungen 17 einzublenden.
Auf dies Weise erhält ein Benutzer insbesondere automatisch alle notwendigen Positionierungsinformationen, die zur Verbesserung der Positionierung der Elektroden 7 erforderlich sind, auf eingängige Weise dargestellt und kann nun anschließend an die Anzeige dieser Informationen durch das erfindungsgemäße Verfahren in sehr viel schnellerer Zeit eine brauchbare Positionierung der EKG-Elektroden 7 erreichen und somit ein auswertbares EKG-Signal erzeugen.

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Positionierinformation für EKG-Elektroden während einer Untersuchung mit einer Magnetresonanzeinrichtung, umfassend folgende Schritte: – Aufnahme eines Bilddatensatzes eines das Herz eines Patienten und die auf der Oberfläche des Patienten bereits angeordneten Elektroden umfassenden Bereichs, – Ermittlung der Lage der langen Herzachse in dem Bilddatensatz, – Ermittlung der Position der Elektroden in dem Bilddatensatz, – für jede der Elektroden automatische Berechnung einer zur Ermittlung auswertbarer EKG-Signale geeigneten Zielposition unter Berücksichtigung der Lage der langen Herzachse sowie einer Verschiebung von der Position der Elektroden zur Zielposition und – Anzeige einer Positionierinformation für die Elektroden unter Berücksichtigung der Verschiebungen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Bilddatensatz ein Localizer-Bilddatensatz aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Lage der langen Herzachse diese manuell in den Bilddaten markiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Lage der langen Herzachse anhand einer automatischen oder semiautomatischen Segmentierung des Herzens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Magnetresonanz-Marker versehene Elektroden verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Position der Elektroden manuell und/oder automatisch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Zielpositionen eine Projektion der langen Herzachse sowie der Positionen der Elektroden auf eine Koronalebene betrachtet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Zielposition ein Rechteck, insbesondere ein Quadrat, dessen Diagonale die lange Herzachse bildet, bestimmt wird, dessen beide von der Diagonale geschnittenen Eckpunkte und ein weiterer Eckpunkt die Zielpositionen der drei Elektroden sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimensionen des Rechtecks unter Berücksichtung der Größe des Herzens, insbesondere des Abstandes zwischen der Herzklappenebene und der Herzspitze, gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der Positionierinformation als ein mit den Positionen und den Zielpositionen sowie den Verschiebungen überlagertes koronales Schichtbild des Bilddatensatzes erfolgt.
Magnetresonanzeinrichtung (1), umfassend eine Steuereinheit (5) sowie eine EKG-Einrichtung (6) mit insbesondere drei EKG-Elektroden (7), dadurch gekennzeichnet, dass die EKG-Elektroden (7) mit einem Magnetresonanz-Marker (8) versehen sind.
Magnetresonanzeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Marker (8) kreis- oder ringförmig sind.
Magnetresonanzeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.