-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines
Nierenfunktionsparameters von Nieren einer Untersuchungsperson mit
Hilfe der Magnetresonanztomographie und eine Magnetresonanzanlage
hierfür.
-
Die
Niere ist ein Organ, das der Ausscheidung von Endprodukten des Stoffwechsels
dient. Die Niere filtert diese so genannten harnpflichtigen Substanzen
aus dem Blutkreislauf und bildet Harn, welcher nach Zwischenspeicherung
in der Harnblase über
die Harnwege aus dem Körper
ausgeschieden wird. Dabei wird zunächst Primärharn aus dem Blut ausgefiltert,
wobei wertvolle Plasmabestandteile, wie beispielsweise Zucker, Aminosäuren und
Elektrolyte, in den Blutkreislauf resorbiert werden. Außerdem wird
ein Großteil
des abgefilterten Wasser rückresorbiert,
wobei der Primärharn
zum Endharn konzentriert wird, welcher schließlich über den Harnleiter zur Harnblase
geleitet wird. Parameter, die die Funktion der Niere charakterisieren,
sind zum Beispiel die Konzentrationen der harnpflichtigen Substanzen
im Blut oder die renale Clearance, wie beispielsweise die Inulin-Clearance
oder die Kreatinin-Clearance. Da
Kreatin oder Inulin im Wesentlichen weder sezerniert noch rückresorbiert
werden, kann aus der renalen Clearance dieser Substanzen die glomeruläre Filtrationsrate
der Nieren bestimmt werden. Diese gibt im Wesentlichen an, welches
Plasmavolumen pro Zeiteinheit von der harnpflichtigen Substanz befreit wird.
Somit lässt
sich die Nierenfunktion mit Hilfe physikalischer Größen charakterisieren.
-
Die
Bestimmung dieser Größen ist
für verschiedene
Anwendungen von Bedeutung. Ein Bestimmen der vorab genannten Parameter
kann beispielsweise für
wissenschaftliche Studien sowie für die Erstellung von Statistiken
nützlich
sein. Es können
weiter beispielsweise Datenbanken aufgebaut werden, die einer gewissen
glomerulären
Filtrationsrate ein Alter oder ein Gewicht einer Person zuordnen.
Auch können
solche Parameter verwendet werden um festzustellen, ob eine Niere
in ihrem normalen Parameterbereich arbeitet.
-
Herkömmliche
Verfahren zur Charakterisierung der Nierenfunktion verwenden beispielsweise eine
Bestimmung des Kreatininspiegels im Blut. Dieses ist jedoch sehr
zeitaufwändig,
da einem Patienten zunächst
Blut entnommen werden muss und dieses an ein Labor zur Analyse gesendet
werden muss. Das Ergebnis der Blutuntersuchung ist dann im Allgemeinen
erst am nächsten
Tag verfügbar.
Weiterhin ist die Ungenauigkeit einer derartigen Kreatinin-Messung
nachteilig. Dies liegt vor allem daran, dass der Zusammenhang zwischen
Kreatinin-Spiegel im Blut und der glomerulären Filtrationsrate der Nieren über große Bereiche
nur indirekt ist, so dass nur eine sehr ungenaue Bestimmung der
Filtrationsrate möglich ist.
Eine Variation der glomerulären
Filtrationsrate wirkt sich beispielsweise erst ab einer Änderung
in der Größenordnung
von 50% auf den Kreatinin-Wert im Blut aus.
-
Ein
weiteres bekanntes Verfahren verwendet ein GD-haltiges Kontrastmittel,
um die Nierenfunktion eines Patienten zu charakterisieren. Das Kontrastmittel
wird einem Patienten verabreicht, und die Ausscheidung des Kontrastmittels
wird gemessen. Wenn der Patient jedoch an einer Niereninsuffizienz
leidet, ist die Gabe eines derartigen Kontrastmittels gefährlich,
insbesondere da dadurch das Risiko steigt, eine nephrogene systematische
Fibrose (NSF) zu entwickeln. Mit der Feststellung eines Zusammenhangs zwischen
der Gabe von Kontrastmitteln und dem Auftreten einer NSF dürfen mittlerweise
einige Kontrastmittel nicht mehr an Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion
verabreicht werden.
-
Aus
der Druckschrift „Magnetic
Resonance Cystometrie: Accurate Assessment of Bladder Volume with
Magnetic Resonance Imaging”,
J. T. Heverhagen et al., Urology 2002, 60(2): 309–14, ist
des Weiteren ein Verfahren bekannt, bei dem mit der Magnetresonanztomographie
Bilddaten der Harnblase eines Patienten aufgenommen werden, um aus
diesen das Volumen der Harnblase zu bestimmen.
-
Die
Druckschrift
EP 1 705
579 A1 offenbart ein Verfahren zur Verarbeitung eines Satzes
von Spektren, insbesondere Magnetresonanzspektren, bei dem eine
balkenweise Division eines Spektrums mit einem Referenzspektrum
erfolgt, sowie ein Test zur Erkennung von Ausreißern.
-
Die
Druckschrift „Measurement
of Glomerular Filtration Rate with Magnetic Resonance Imaging: Principles,
Limitations and Expectations”,
N. Grenier et al., Semin. Nucl. Med. 2008, 38(1): 47–55 offenbart ein
Verfahren, bei dem nach Konstrastmittelgabe die glomeruläre Filtrationsrate
mittels der Magnetresonanztomographie bestimmt wird.
-
Folglich
ist es wünschenswert,
die Funktion von Nieren einer Untersuchungsperson zu charakterisieren,
ohne dass ein unverträgliches
Kontrastmittel verabreicht werden muss. Insbesondere ist es wünschenswert,
eine genaue Charakterisierung in einer relativ kurzen Zeit durchzuführen.
-
Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes
Verfahren zur Bestimmung eines die Nierenfunktion charakterisierenden Parameters
bereitzustellen.
-
Diese
Aufgabe wird mit Hilfe der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. In den
abhängigen
Ansprüchen
sind bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung eines
Nierenfunktionsparameters von Nieren einer Untersuchungsperson mit
Hilfe der Magnetresonanztomographie bereitgestellt. Bei dem Verfahren
wird mindestens eine Magnetresonanzmessung in einem Untersuchungsbereich
der Untersuchungsperson, der eine Harnblase der Untersuchungsperson
umfasst, zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten aus dem Untersuchungsbereich,
die mindestens Bilddaten umfassen, durchgeführt. Auf Grundlage der aufgenommenen
Magnetresonanzdaten wird die Konzentration einer harnpflichtigen
Substanz in der Harnblase der Untersuchungsperson automatisch bestimmt. Weiterhin
wird auf Grundlage der aufgenommenen Bilddaten ein Volumen der Harnblase
automatisch bestimmt. Das Verfahren umfasst weiterhin ein automatisches
Bestimmen des Nierenfunktionsparameters der Nieren der Untersuchungsperson
auf Grundlage der bestimmten Konzentration der harnpflichtigen Substanz
in der Harnblase und des bestimmten Volumens der Harnblase.
-
Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens umfassen die Magnetresonanzmessdaten des Weiteren
Spektroskopiedaten, wobei das Bestimmen der Konzentration der harnpflichtigen
Substanz auf Grundlage der Spektroskopiedaten erfolgt. Bei einer anderen
Ausführungsform
kann das Bestimmen der Konzentration der harnpflichtigen Substanz
auf Grundlage der Bilddaten erfolgen. Somit kann zur Bestimmung
der Konzentration beispielsweise ein aufgenommenes Spektrum ausgewertet
werden, oder es können
Intensitäten
in Bilddaten analysiert werden.
-
Mit
einem solchen Verfahren kann in einer relativ kurzen Zeit eine genaue
Bestimmung des Nierenfunktionsparameters vorgenommen werden. Nach
Aufnahme der Magnetresonanzmessdaten mit den Bilddaten kann der
Nierenfunktionsparameter unmittelbar automatisch bestimmt werden.
Auch ist dafür
keine Gabe eines Kontrastmittels notwendig. Der Nierenfunktionsparameter
kann anschließend beispielsweise
in einer Datenbank abgelegt werden oder sofort für die Durchführung eines
weiteren Verfahrens zur Verfügung
gestellt werden.
-
Bei
einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst die mindestens eine Magnetresonanzmessung eine Magnetresonanzspekroskopiemessung
zur Aufnahme der Spektroskopiedaten und eine bildgebende Magnetresonanzmessung
zur Aufnahme der Bilddaten. Die Spektroskopiedaten müssen somit
nicht räumlich
aufgelöst
werden, wohingegen die bildgebende Magnetresonanzmessung eine hoch
aufgelöste
Abbildung der Harnblase ermöglicht.
-
Die
harnpflichtige Substanz ist beispielsweise Inulin. Die harnpflichtige
Substanz kann eine vorbestimmte Zeit vor der Durchführung der
mindestens einen Magnetresonanzmessung in den Blutkreislauf der
Untersuchungsperson eingebracht werden. Die vorbestimmte Zeit kann
dann für
das Bestimmen des Nierenfunktionsparameters verwendet werden. Beispielsweise
kann die Menge der harnpflichtigen Substanz, die pro Zeiteinheit
von den Nieren ausgefiltert wird, auf Grundlage der bestimmten Konzentration der
harnpflichtigen Substanz in der Harnblase und des bestimmten Volumens
der Harnblase bestimmt werden. Diese Größe stellt bereits einen die
Nierenfunktion charakterisierenden Parameter dar.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der Nierenfunktionsparameter eine
glomeruläre
Filtrationsrate der Nieren der Untersuchungsperson. Die glomeruläre Filtrationsrate kann
dabei mit verschiedenen Methoden bestimmt werden. Beispielsweise
erfolgt ein Zuordnen einer glomerulären Filtrationsrate zu der
bestimmten pro Zeiteinheit ausgefilterten Menge der harnpflichtigen Substanz
anhand einer Eichkurve, die beispielsweise auf Grundlage von historischen
Daten erstellt wurde. Mit dem Bestimmen der Menge der Substanz,
die pro Zeiteinheit von den Nieren ausgefiltert wird, kann somit
unmittelbar auf die glomeruläre
Filtrationsrate geschlossen werden. Die Eichkurve kann beispielsweise
durch ähnliche
Messungen mit Hilfe von Probanden erstellt werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
erfolgt das Bestimmen der glomerulären Filtrationsrate dadurch,
dass zunächst
eine Abschätzung
eines Gesamtplasmavolumens der Untersuchungsperson durchgeführt wird.
Basierend auf dem Gesamtplasmavolumen und einer Menge der harnpflichtigen Substanz,
die in den Blutkreislauf der Untersuchungsperson eingebracht wurde,
wird anschließend eine
Konzentration der harnpflichtigen Substanz in dem Blutplasma der
Untersuchungsperson bestimmt. Basierend auf der bestimmten pro Zeiteinheit ausgefilterten
Menge der harnpflichtigen Substanz und der Konzentration der harnpflichtigen
Substanz in dem Blutplasma kann anschließend die glomeruläre Filtrationsrate
bestimmt werden. Dadurch kann die glomeruläre Filtrationsrate mit einer
hohen Genauigkeit bestimmt werden.
-
Eine
weitere Erhöhung
der Genauigkeit lässt sich
beispielsweise dadurch erzielen, dass die mindestens eine Magnetresonanzmessung
mehrere Magnetresonanzmessungen zur mehrmaligen Aufnahme von Magnetresonanzmessdaten
in vorbestimmten zeitlichen Abständen
umfasst. Das Bestimmen des Nierenfunktionsparameters erfolgt dann
auf Grundlage der in vorbestimmten zeitlichen Abständen aufgenommenen
Magnetresonanzmessdaten.
-
Für das Bestimmen
des Nierenfunktionsparameters können
auch weitere Parameter verwendet werden, wie beispielsweise eine
magnetresonanzspektroskopisch bestimmte Konzentration der harnpflichtigen
Substanz im Gewebe der Untersuchungsperson, ein Herzzeitvolumen
der Untersuchungsperson oder ein Blutfluss in einer Nierenarterie
der Untersuchungsperson. Die Genauigkeit der Bestimmung des Nierenfunktionsparameters
lässt sich
dadurch gegebenenfalls weiter erhöhen.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Konzentration der harnpflichtigen Substanz in der Harnblase
auf Grundlage von charakteristischen spektralen Eigenschaften der
harnpflichtigen Substanz in den aufgenommenen Spektroskopiedaten
bestimmt. Auch kann die harnpflichtige Substanz mit einem Markeratom
markiert werden, wobei die Konzentration der harnpflichtigen Substanz
in der Harnblase dann auf Grundlage von charakteristischen spektralen
Eigenschaften des Markeratoms in Spektroskopiedaten, die die aufgenommenen
Magnetresonanzmessdaten umfassen, oder auf Grundlage von durch Markeratome
hervorgerufene Intensitäten
in den Bilddaten bestimmt werden kann. Mit Hilfe eines Markeratoms lässt sich
die Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung erhöhen. Die Konzentration kann
beispielsweise durch Verwenden eines Vergleichswerts bestimmt werden.
Dafür umfasst
die mindestens eine Magnetresonanzmessung eine Aufnahme von Magnetresonanzmessdaten
eines Phantoms, wobei das Phantom die harnpflichtige Substanz in
einer vorbestimmten Konzentration enthält. Die Bestimmung der Konzentration
der harnpflichtigen Substanz in der Harnblase kann dann unter Verwendung
der Magnetresonanzmessdaten aus dem Untersuchungsbereich und der
Magnetresonanzmessdaten des Phantoms erfolgen.
-
Wenn
die aufgenommenen Magnetresonanzmessdaten Spektroskopiedaten zur
Konzentrationsbestimmung umfassen, kann somit eine Eichung der Spektroskopiedaten
mit vom Phantom aufgenommenen Spektroskopiedaten erfolgen. Wenn andererseits
die Konzentration auf Grundlage der Bilddaten ermittelt wird, so
können
die Intensitäten
in den aufgenommenen Bilddaten auf Grundlage der von dem Phantom
aufgenommenen Bilddaten geeicht werden. In beiden Fällen ermöglicht somit
die Aufnahme von Magnetresonanzmessdaten des Phantoms eine Verbesserung
der Konzentrationsbestimmung.
-
Für das Bestimmen
des Volumens der Harnblase wird beispielsweise eine Segmentierung
der Harnblase in den Bilddaten durchgeführt. Die Bilddaten können zum
Beispiel während
einer bildgebenden Messung aufgenommen werden, die für eine selektive
Darstellung des Harnblasenvolumens konfiguriert ist. Eine derartige
bildgebende Messung kann beispielsweise eine T2-gewichtete Messung
sein. Die Harnblase, die im Wesentlichen Wasser enthält, kann
in einem Protonenbild sehr hell mit starkem Kontrast erscheinen,
wodurch eine automatische Segmentierung der Harnblase ermöglicht wird.
Ein hoher Kontrast der Harnblase kann auch durch Markieren der harnpflichtigen
Substanz mit einem Markeratom erreicht werden, wobei die mindestens
eine Magnetresonanzmessung dann eine bildgebende Messung umfasst,
die für
eine selektive Darstellung des Markeratoms konfiguriert ist. Beispielsweise kann
Inulin mit 13C markiert werden, welches dann bei einer Kohlenstoffmessung
selektiv dargestellt werden kann.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist die harnpflichtige Substanz ein körpereigener Metabolit der Untersuchungsperson.
Die harnpflichtige Substanz kann beispielsweise Kreatinin sein.
Somit kann eine Bestimmung des Nierenfunktionsparameters erfolgen,
ohne dass zuvor eine harnpflichtige Substanz in den Blutkreislauf
der Untersuchungsperson eingebracht werden muss.
-
Weiter
kann anhand des bestimmten Nierenfunktionsparameters der Nieren
der Untersuchungsperson eine Feststellung erfolgen, ob eine Einschränkung der
Nierenfunktion vorliegt. Dies kann beispielsweise automatisch durch
Vergleichen mit in einer Datenbank gespeicherten Nierenfunktionsparametern
erfolgen. Damit kann festgestellt werden, ob der bestimmte Nierenfunktionsparameter
in einem Parameterbereich normaler Nierenfunktion liegt oder außerhalb
dieses Parameterbereichs.
-
Weiterhin
kann auf Grundlage des bestimmten Nierenfunktionsparameters der
Nieren der Untersuchungsperson eine Feststellung erfolgen, ob der Untersuchungsperson
ein Kontrastmittel für
eine nachfolgende Magnetresonanztomographieuntersuchung verabreicht
werden darf. Beispielsweise kann bei einer eingeschränkten Nierenfunktion
ein Verabreichen eines solchen Kontrastmittels nachteilig sein, insbesondere
kann es zu einer nephrogenen systemischen Fibrose führen. Eine
derartige Feststellung ist somit vorteilhaft, da eine Kontrastmittelgabe
bei bestehender eingeschränkter
Nierenfunktion verhindert werden kann. Weiterhin kann der Nierenfunktionsparameter
unmittelbar vor einem Durchführen
der Magnetresonanztomographieuntersuchung mit relativ hoher Genauigkeit
bestimmt werden, was wie vorab erläutert mit herkömmlichen
Verfahren nicht möglich
war. Die Feststellung, ob ein Kontrastmittel verabreicht werden
darf, kann dabei automatisch erfolgen, beispielsweise wiederum durch
Vergleich des bestimmten Nierenfunktionsparameters mit Werten, die
in einer Datenbank gespeichert sind.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetresonanzanlage für eine Bestimmung
eines Nierenfunktionsparameters von Nieren einer Untersuchungsperson
bereitgestellt. Die Magnetresonanzanlage umfasst eine Aufnahmeeinheit,
die zur Durchführung
von Magnetresonanzmessungen in einem Untersuchungsbereich einer
Untersuchungsperson ausgestaltet ist. Des Weiteren ist eine Steuereinheit
vorgesehen, die die Aufnahmeeinheit derart ansteuert, dass aus einem Untersuchungsbereich
der Untersuchungsperson, der die Harnblase der Untersuchungsperson
umfasst, bei mindestens einer Magnetresonanzmessung Magnetresonanzmessdaten,
die mindestens Bilddaten umfassen, aufgenommen werden. Weiterhin
umfasst die Magnetresonanzanlage eine Rechnereinheit, die automatisch
die Konzentration einer harnpflichtigen Substanz in der Harnblase
der Untersuchungsperson auf Grundlage der aufgenommenen Magnetresonanzmessdaten,
sowie ein Volumen der Harnblase auf Grundlage der aufgenommenen
Bilddaten bestimmt. Weiterhin führt
die Rechnereinheit ein automatisches Bestimmen des Nierenfunktionsparameters
der Nieren der Untersuchungsperson auf Grundlage der bestimmten
Konzentration der harnpflichtigen Substanz in der Harnblase und
des bestimmten Volumens der Harnblase durch. Die vorab mit Bezug
auf das erfindungsgemäße Verfahren
genannten Vorteile können
ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Magnetresonanzanlage
erzielt werden.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
ist die Magnetresonanzanlage derart ausgestaltet, dass sie gemäß einem
der vorab genannten Verfahren arbeitet.
-
Beispielweise
kann ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, welches
bei Ausführung
in einem Rechnersystem eines der vorab beschriebenen Verfahren ausführt, in
einem mit einer herkömmlichen
Magnetresonanzanlage funktionsfähig
verbundenen Rechnersystem verwendet werden. Weiterhin wird ein elektronisch
lesbarer Datenträger mit
darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen bereitgestellt,
wobei die Steuerinformationen derart ausgestaltet sind, dass sie
bei Verwenden des Datenträgers
in einem Rechnersystem eines der vorab genannten Verfahren durchführen.
-
Merkmale
der vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
kombiniert werden. Insbesondere können sie nicht nur in den beschriebenen
Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen
verwendet werden.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
-
1 zeigt
schematisch eine Magnetresonanzanlage für eine Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
3 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
4 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung genauer anhand von Ausführungsformen
beschrieben, bei welchen sowohl Spektroskopiedaten als auch Bilddaten
zur Bestimmung des Nierenfunktionsparameters aufgenommen werden.
Es sollte jedoch klar sein, dass die beschriebenen Ausführungsformen
ebenso ohne Aufnahme von Spektroskopiedaten realisiert werden können, indem
beispielsweise die Konzentration der harnpflichtigen Substanz anhand
aufgenommener Bilddaten bestimmt wird. Die nachfolgend gegebenen
Erklärungen
sind somit auch auf andere Ausführungsformen
anwendbar, bei denen keine Aufnahme von Spektroskopiedaten erfolgt.
-
1 zeigt
schematisch eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Magnetresonanz-(MR-)Anlage.
Die Magnetresonanzanlage ist für
eine einfache Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters durch Durchführen und
Auswerten von Magnetresonanzmessungen ausgestaltet. Eine derartige
MR-Anlage weist einen Magneten 101 zur Erzeugung eines
Polarisationsfeldes B0 auf. Eine Untersuchungsperson 102 wird
auf einer Liege 103 in den Magneten geschoben, wie schematisch
durch die Pfeile 104 dargestellt. Die MR-Anlage 100 weist weiterhin
ein Gradientensystem 105 zur Erzeugung von Magnetfeldgradienten
auf, die für
die Bildgebung und Ortskodierung verwendet werden. Zur Anregung der
sich im Hauptmagnetfeld ergebenden Polarisation ist eine Hochfrequenzspulenanordnung 106 vorgesehen,
die ein Hochfrequenzfeld in die untersuchte Person 102 einstrahlt,
um die Magnetisierung aus der Gleichgewichtslage auszulenken. Zur
Steuerung der Magnetfeldgradienten ist eine Gradienteneinheit 107 vorgesehen,
und zur Steuerung der eingestrahlten Hochfrequenz-(HF-)Pulse ist
eine HF-Einheit 108 vorgesehen. Eine Steuereinheit 109 steuert
zentral die Magnetresonanzanlage, die Auswahl von Bildgebungssequenzen
erfolgt ebenfalls in der Steuereinheit 109. Über eine
Eingabeeinheit 110 kann eine Bedienperson ein Sequenzprotokoll
auswählen
und Bildgebungsparameter eingeben und abändern, die auf einer Anzeige 111 angezeigt
werden. Steuereinheit 109 kann weiterhin die Durchführung einer
Magnetresonanzspektroskopiemessung mit der Magnetresonanzanlage 100 steuern.
Die Magnetresonanzanlage 100 ist somit sowohl für die Aufnahme von
Bilddaten aus einem Untersuchungsbereich 112 der Untersuchungsperson 102 geeignet
als auch zur Aufnahme von Spektroskopiedaten. Aus dem Untersuchungsbereich 112 aufgenommene
Magnetresonanzsignale werden anschließend in Rechnereinheit 113 ausgewertet.
Rechnereinheit 113 kann dabei sowohl Berechnungen zur Auswertung
von Spektroskopiedaten durchführen
als auch eine Rekonstruktion von aufgenommenen Bilddaten.
-
Die
allgemeine Funktionsweise einer MR-Anlage ist dem Fachmann bekannt,
so dass auf eine detailliertere Beschreibung der allgemeinen Komponenten
verzichtet wird.
-
Die
in 1 dargestellte MR-Anlage ist für die Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters von
Nieren der Untersuchungsperson 102 konfiguriert. Steuereinheit 109 veranlasst
dabei die Aufnahme von sowohl Bilddaten als auch Spektroskopiedaten
aus dem Untersuchungsbereich 112. Diese werden mit Hilfe
der Aufnahmeeinheit, die beispielsweise Magneten 101, Gradientensystem 105,
Hochfrequenzspulenanordnung 106, Gradienteneinheit 107 und
HF-Einheit 108 umfasst, während einer oder mehreren Magnetresonanzmessungen
aufgenommen. Zur Bestimmung des Nierenfunktionsparameters werden
die aufgenommenen Spektroskopie- und Bilddaten anschließend in
Rechnereinheit 113 ausgewertet. Rechnereinheit 113 ist
dabei zur automatischen Durchführung
einer Segmentierung der Bilddaten zum Bestimmen des Volumens der
Harnblase der Untersuchungsperson, sowie zur Analyse der Spektroskopiedaten
zur Bestimmung der Konzentration einer harnpflichtigen Substanz
in der Harnblase der Untersuchungsperson ausgestaltet. Rechnereinheit 113 kann
weiterhin eine Datenbank zum Speichern von historischen Werten von
Nierenfunktionsparametern umfassen, beispielsweise zur Erstellung einer
Eichkurve. Auch können
anhand der Magnetresonanzmessung bestimmte Nierenfunktionsparameter
in Rechnereinheit 113 für
eine spätere
Verwendung gespeichert werden.
-
Zur
Aufnahme der Spektroskopiedaten veranlasst Steuereinheit 109 beispielsweise
die Durchführung
eines Magnetresonanzspektroskopieverfahrens mit der Magnetresonanzanlage 100.
Beispielsweise kann ein spektroskopisches Bildgebungsverfahren,
wie Chemical Shift Imaging (CSI) durchgeführt werden, oder eine Einzelvolumentechnik,
bei der ein Spektrum eines Zielvolumens im Untersuchungsbereich 112 aufgezeichnet
wird. Die Anregung eines Zielvolumens kann beispielsweise durch aufeinanderfolgende
selektive Anregung dreier orthogonaler Schichten erfolgen. Aus dem
angeregten Zielvolumen wird dann beispielsweise ein sekundäres Spinecho
aufgezeichnet, wobei das Spektrum durch nachfolgende Fourier-Transformation
des aufgezeichneten Signals erhalten werden kann. Im Spektrum können anschließend in
Rechnereinheit 113 verschiedene Resonanzen, die von im
Zielvolumen vorhandenen Substanzen hervorgerufen werden, identifiziert
werden. Beispielsweise durch Auswerten einer Fläche unterhalb einer Resonanz
im Spektrum kann weiterhin die Konzentration der zugehörigen Substanz
im Zielvolumen bestimmt werden. Bei einem spektroskopischen Bildgebungsverfahren kann
dies auch ortsaufgelöst
erfolgen. Dabei werden beispielsweise nach einem nicht selektiven
90° Hochfrequenzpuls
eine Kombination magnetischer Feldgradienten in drei Raumrichtungen
geschaltet, um eine Phasenkodierung in drei Dimensionen durchzuführen. Das
Kernresonanzsignal kann dann in Abwesenheit von jeglichen Gradienten
ausgelesen werden. Wiederholung der Sequenz mit einer Variation
der Feldgradienten ergibt die gewünschte Ortsauflösung.
-
Die
Magnetresonanzmessung zur Aufnahme der Bilddaten kann beispielsweise
eine T2-gewichtete Spinechosequenz umfassen.
Zur Darstellung der sich in der Blase der Untersuchungsperson befindenden
Flüssigkeit
mit hohem Kontrast werden dazu beispielsweise lange TR- und TE-Zeiten
verwendet. Spinechosequenzen zur Erzeugung von Protonenbildern,
in denen Flüssigkeit
mit hohem Kontrast dargestellt wird, sind dem Fachmann bekannt und
werden darum hier nicht näher
erläutert.
Selbstverständlich können auch
andere Magnetresonanzsequenzen verwendet werden, solange sich aus
den gewonnenen Bilddaten das Volumen der Harnblase der Untersuchungsperson
zumindest näherungsweise
bestimmen lässt.
Insbesondere können
auch Bilddaten von nur einer einzelnen Schicht aufgenommen werden, wobei
eine Abschätzung
des Volumens der Harnblase dann auf Grundlage eines Modells wie
einer Kugel oder eines Spheroids erfolgen kann.
-
Das
Flussdiagramm in 2 veranschaulicht beispielhaft
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dieses Verfahren kann beispielsweise vollautomatisch mit der in 1 gezeigten
MR-Anlage 100 durchgeführt
werden. Dabei erfolgt zunächst
in Schritt 201 eine Magnetresonanzmessung zur Aufnahme
von Bilddaten sowie in Schritt 202 eine Magnetresonanzmessung
zur Aufnahme von Spektroskopiedaten. Die Bilddaten als auch die
Spektroskopiedaten werden aus einem Bereich der Untersuchungsperson
aufgenommen, der die Harnblase der Untersuchungsperson enthält. Die Durchführung dieser
MR-Messungen wird von Steuereinheit 109 gesteuert. Die
gewonnenen Daten werden anschließend in Rechnereinheit 113 ausgewertet.
Dabei erfolgt in Schritt 203 ein automatisches Bestimmen
der Konzentration einer harnpflichtigen Substanz, die die Harnblase
der Untersuchungsperson enthält,
anhand der Spektroskopiedaten. Das Bestimmen der Konzentration kann
beispielsweise durch Zuordnen von Peaks im Spektrum zu spezifischen
Substanzen sowie durch Abschätzen
der Fläche
unter den Peaks im Spektrum erfolgen. Die Peaks im Spektrum können anhand
ihrer charakteristischen Resonanzfrequenz identifiziert werden,
wobei beispielsweise durch vorangegangene Eichmessungen eine Konzentrationsbestimmung
ermöglicht wird.
-
Wie
bereits erwähnt,
ist Schritt 202 optional, und die Bestimmung der Konzentration
kann ebenfalls anhand der aufgenommenen Bilddaten erfolgen. Dies
ist insbesondere vorteilhaft, wenn die harnpflichtige Substanz mit
einem Markeratom markiert ist, so dass die Bilddaten im Wesentlichen
die harnpflichtige Substanz abbilden. Die Intensität des aufgenommenen
Magnetresonanzsignals und somit die Intensität eines Bilddatenpunktes hängt dann
von der Konzentration der harnpflichtigen Substanz am Ort des Bildpunkts
ab. Bei einer derartigen Ausführungsform
des Verfahrens kann in Schritt 203 die Konzentration also
mit Hilfe einer Bildverarbeitung bestimmt werden, wobei gegebenenfalls
eine Eichmessung an einem Phantom zur Eichung der Intensitäten verwendet
werden kann.
-
Ein
automatisches Bestimmen des Volumens der Harnblase anhand der Bilddaten
erfolgt in Schritt 204. Hier kann beispielsweise eine Segmentierung
der Harnblase in einem oder mehreren Schichtbildern erfolgen. Dazu
können
allgemein bekannte Segmentieralgorithmen verwendet werden, beispielsweise
ein „Edge
Detection” Algorithmus.
Die Harnblase kann zur Volumenbestimmung in einem dreidimensionalen
Bilddatensatz segmentiert werden, jedoch ist auch wie erwähnt eine
Abschätzung des
Volumens anhand eines einzelnen Schichtbilds unter Verwendung eines
Modells möglich.
-
Mit
der berechneten Konzentration der harnpflichtigen Substanz in der
Harnblase und des abgeschätzten
Volumens der Harnblase kann nun in Schritt 205 ein Nierenfunktionsparameter
automatisch bestimmt werden. Beispielsweise lässt sich die Menge der harnpflichtigen
Substanz in der Harnblase bestimmen, und damit gegebenenfalls auch
die ausgeschiedene Menge der harnpflichtigen Substanz pro Zeit.
Auch lässt
sich ein Nierenfunktionsparameter wie beispielsweise eine renale
Clearance, insbesondere eine glomeruläre Filtrationsrate (GFR) bestimmen.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann die Bestimmung vollautomatisch
in einer relativ kurzen Zeit und mit einer relativ hohen Genauigkeit
erfolgen. Weiterhin kann der Nierenfunktionsparameter ohne eine
Gabe von Kontrastmittel bestimmt werden. Der bestimmte Nierenfunktionsparameter
kann in Rechnereinheit 113 weiter verarbeitet werden, er
kann jedoch auch über
Anzeige 111 ausgegeben werden oder in einer Datenbank für eine spätere Verwendung gespeichert
werden.
-
3 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dieser Ausführungsform
wird Inulin als harnpflichtige Substanz verwendet. Vor der Durchführung des
eigentlichen Verfahrens wird dabei zunächst in Schritt 301 einer
Untersuchungsperson Inulin verabreicht, zum Beispiel intravenös. Die Untersuchungsperson
wird anschließend
nach einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise 30 Minuten, auf der
Patientenliege der Magnetresonanzanlage platziert, und eine Aufnahme
von Spektroskopie- und Bilddaten wird wie vorab beschrieben durchgeführt (Schritt 302).
Während
der vorbestimmten Zeit hat die Niere bereits einen Teil des Inulins
aus dem Blutkreislauf der Untersuchungsperson herausgefiltert, wobei
dieses zunächst
vor einem Ausscheiden in der Harnblase gespeichert wird. Durch fortlaufende
Filtration des Bluts durch die Nieren erfolgt dadurch eine Erhöhung der
Konzentration des Inulins in der Harnblase der Untersuchungsperson
mit der Zeit. Um die Genauigkeit der Bestimmung des Nierenfunktionsparameters zu
verbessern, erfolgt in einem nächsten
Schritt 303 ein erneutes Aufnehmen von Spektroskopie- und Bilddaten
wiederum nach einer vorbestimmten Zeit, beispielsweise 35 oder 40
Minuten nach Verabreichung des Inulins in Schritt 301.
Je nach Anwendung können
weitere Schritte folgen, bei denen Spektroskopie- und/oder Bilddaten
aufgenommen werden.
-
In
Schritt 304 wird nun die Konzentration von Inulin in der
Harnblase der Untersuchungsperson sowie das Volumen der Harnblase
wie vorab beschrieben bestimmt. Eine Verbesserung der Genauigkeit der
Konzentrationsbestimmung kann beispielsweise durch Markierung des
Inulins mit 13C erhalten werden. Die eine oder mehreren Magnetresonanzmessungen
zur Aufnahme der Bild- und Spektroskopiedaten können beispielsweise mit einer
dedizierten 13C-Anregung durchgeführt werden. Damit lässt sich Inulin
mit hohem Kontrast darstellen, ebenfalls wird eine Identifizierung
des Inulins im aufgenommenen Spektrum sowie eine Bestimmung der
Inulinkonzentration in der Harnblase vereinfacht. Werden die Bilddaten
ebenfalls während
einer Kohlenstoff-MR-Messung aufgenommen, so erfolgt die Darstellung
der Harnblase durch das in ihr vorhandene 13C mit starkem Kontrast,
was wiederum eine Segmentierung und Volumenbestimmung vereinfacht.
Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit der Konzentrationsbestimmung
kann weiterhin die MR-Messung parallel an der Harnblase der Untersuchungsperson
und an einem Phantom durchgeführt
werden. Das Phantom ist beispielsweise eine Probenflasche, die die
harnpflichtige Substanz, hier 13C-markiertes Inulin, in einer vorbestimmten
Konzentration enthält.
Durch Aufnahme des MR-Spektrums des Phantoms lässt sich das von der Harnblase
der Untersuchungsperson aufgenommene Spektrum eichen, und folglich
eine genaue Konzentrationsbestimmung des 13C-markierten Inulins
in der Harnblase durchführen.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
soll die glomeruläre
Filtrationsrate (GFR) der Nieren als Nierenfunktionsparameter bestimmt
werden. Dazu erfolgt zunächst
in Schritt 305 das Bestimmen der Menge von Inulin, die
von den Nieren der Untersuchungsperson pro Zeiteinheit ausgefiltert
wird. Da der zeitliche Abstand zwischen Inulinverabreichung sowie
Aufnahme der Spektroskopie- und Bilddaten bekannt ist sowie auf
Grundlage des Harnblasenvolumens und der Konzentration von Inulin
in der Harnblase die Menge von Inulin in der Harnblase berechnet
werden kann, lässt
sich die Bestimmung in Schritt 305 mit einfachen Mitteln
durchführen.
Insbesondere lässt
sich für
diese Bestimmung die Genauigkeit durch Verwenden der zusätzlich aufgenommenen Spektroskopiedaten
und Bilddaten (Schritt 303) zusätzlich erhöhen.
-
In
Schritt 306 erfolgt eine Abschätzung des Gesamtplasmavolumens
der Untersuchungsperson. Das Blutvolumen kann beispielsweise anhand
Größe, Gewicht,
Alter oder weiteren Eigenschaften der Untersuchungsperson abgeschätzt werden.
Da die Menge an Inulin, die der Untersuchungsperson verabreicht
wurde (Schritt 301) bekannt ist, kann weiterhin in Schritt 307 die
anfängliche
Inulinkonzentration im Blut der Untersuchungsperson bestimmt werden. Durch
Division der in Schritt 305 bestimmten ausgeschiedenen
Inulinmenge pro Minute durch die Plasmakonzentration des Inulins
kann in Schritt 308 die glomeruläre Filtrationsrate der Nieren
der Untersuchungsperson bestimmt werden. Diese Bestimmung kann beispielsweise
auch für
die mehreren MR-Messungen (Schritt 303) durchgeführt werden,
wobei dann durch Mittelung eine glomeruläre Filtrationsrate mit höherer Genauigkeit
bestimmt werden kann. Basierend auf den aufgenommenen Spektroskopiedaten
und Bilddaten können
allerdings auch andere Verfahren zur Bestimmung der GFR verwendet
werden. Beispielsweise kann eine vorab mit Probanden erstellte Eichkurve
verwendet werden, um die in Schritt 305 berechnete ausgeschiedene
Inulinmenge pro Zeit in die GFR umzurechnen. Natürlich lässt sich die ausgeschiedene
Inulinmenge pro Zeit auch direkt als Nierenfunktionsparameter angeben.
-
Eine
weitere Erhöhung
der Genauigkeit kann dadurch erzielt werden, dass weitere beispielsweise in
der MR-Anlage bestimmbare Parameter in die Berechnung mit eingezogen
werden. Dazu können
beispielsweise eine spektroskopisch bestimmte Konzentration der
harnpflichtigen Substanz im Gewebe, ein Herzzeitvolumen der Untersuchungsperson
oder ein Blutfluss in einer Nierenarterie der Untersuchungsperson
(renaler Plasmafluss) verwendet werden. Eine Aufnahme der harnpflichtigen
Substanz im Gewebe verringert beispielsweise die Konzentration der
Substanz im Blutplasma, was die in der Harnblase gemessene Konzentration
der Substanz beeinflusst. Das Herzzeitvolumen der Untersuchungsperson
ist der Blutfluss in der Aorta der Untersuchungsperson, dieser kann
ebenfalls die Bestimmung eines Nierenfunktionsparameters beeinflussen.
-
Selbstverständlich sind
eine Vielzahl weiterer Ausführungsformen
und Modifikationen der vorab beschriebenen Erfindung denkbar. Beispielsweise können körpereigene
Metaboliten, wie zum Beispiel Kreatinin, anstelle von extern zugeführten harnpflichtigen
Substanzen gemessen werden. Auch kann die harnpflichtige Substanz
ohne Markierung, wie beispielsweise durch 13C, gemessen werden oder
unter Verwendung anderer Marker. Wie vorab erwähnt, können unmarkierte extern zugeführte Substanzen, wie
Inulin, anhand charakteristischer Eigenschaften von deren Spektrum
gemessen werden. Auch ist eine selektive Darstellung der Harnblase
nicht nur durch Messung von 13C, das zur Markierung des Inulins benutzt
werden kann, erreichbar, sondern auch durch Aufnahme des Bilddatensatzes
mit vorbestimmten Bildgebungsparametern.
-
4 zeigt
ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei dieser Ausführungsform
wird das erfindungsgemäße Verfahren
vor der Durchführung
einer kontrastmittelverstärkten
MR-Untersuchung durchgeführt.
Der zu untersuchenden Person wird in einem ersten Schritt 401 eine
MR-spektroskopisch nachweisbare harnpflichtige Substanz verabreicht.
Durch MR-Spektroskopie der ableitenden Harnwege wird in Schritt 402 die
Ausscheidung der Substanz durch die Nieren bestimmt. Dies kann nach
einem der vorab beschriebenen Verfahren erfolgen. In Schritt 403 erfolgt
eine Abschätzung
bzw. Berechnung der glomerulären
Filtrationsrate der Nieren der Untersuchungsperson. Anhand der GFR
kann bestimmt werden, ob die Nierenfunktion der Untersuchungsperson
eingeschränkt
ist. Diese Bestimmung kann beispielsweise durch Vergleich der GFR
mit Werten erfolgen, die einer normalen Nierenfunktion entsprechen.
In einem nächsten
Schritt 404 erfolgt eine Feststellung, ob der Untersuchungsperson
ein Kontrastmittel gegeben werden kann. Bei einer eingeschränkten Nierenfunktion
ist beispielsweise eine Gabe bestimmter Kontrastmittel nicht zulässig. Beispielsweise
kann in Schritt 404 bestimmt werden, dass eine Gabe von MR-Kontrastmittel
zulässig
ist, wenn die in Schritt 403 abgeschätzt GFR innerhalb eines vorbestimmten
GFR-Bereichs liegt. Schritt 404 kann somit ebenfalls automatisch,
zum Beispiel mit einer Rechnereinheit, durchgeführt werden. Wurde in Schritt 404 festgestellt,
dass Kontrastmittel gegeben werden kann, erfolgt in Schritt 405 die
Kontrastmittelgabe und eine anschließende, kontrasmittelgestützte MR-Untersuchung. Darf
kein Kontrastmittel gegeben werden, wird Schritt 405 nicht
durchgeführt.
-
Die
in Bezug auf 4 beschriebene Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens hat
insbesondere Vorteile im Hinblick auf die Tatsache, dass seit dem
Entdecken eines Zusammenhangs zwischen der Gabe von MR-Kontrastmittel und
der Krankheit nephrogene systemische Fibrose (NSF) einige MR-Kontrastmittel nicht
mehr an Untersuchungspersonen mit eingeschränkter Nierenfunktion verabreicht
werden dürfen.
Soll eine kontrastmittelgestützte
MR-Untersuchung durchgeführt
werden, ist die Einschränkung
der Nierenfunktion jedoch oft zum Zeitpunkt der Untersuchung nicht
bekannt. Mit dem beschriebenen Verfahren lässt sich vor einer Kontrastmittelgabe
feststellen, ob eine Einschränkung
der Nierenfunktion vorliegt. Insbesondere kann eine Einschränkung der
Nierenfunktion mit den zur Verfügung
stehenden Mitteln, d. h. mit der MR-Anlage, unmittelbar bestimmt
werden. Weiterhin kann die Bestimmung in einer relativ kurzen Zeit
erfolgen, ohne dass zunächst
auf Laborwerte gewartet werden müsste.
Mit der Bestimmung, ob eine Einschränkung der Nierenfunktion vorliegt,
lässt sich
damit unmittelbar entscheiden, ob ein Kontrastmittel verabreicht werden
darf. Diese Entscheidung kann gegebenenfalls auch automatisch erfolgen.
-
Selbstverständlich können die
Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden.
Beispielsweise kann bei dem Verfahren von 2 auch ein
Injizieren einer harnpflichtigen Substanz erfolgen, sowie eine Durchführung weiterer MR-Messungen
zur Erhöhung
der Genauigkeit. Auch kann in dem anhand 3 veranschaulichten
Verfahren die Aufnahme von Spektroskopiedaten entfallen, und die
Konzentrationsbestimmung kann auf Basis der Bilddaten erfolgen.
Insbesondere ist dies vorteilhaft, wenn diese Art der Konzentrationsbestimmung
mit einer 13C-Markierung des Inulins kombiniert wird.
-
Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass mit der vorliegenden Erfindung ein genaues
und schnelles Verfahren zum automatischen Bestimmen eines Nierenfunktionsparameters
zur Verfügung
gestellt wird. Insbesondere ist das Verfahren im Hinblick darauf
vorteilhaft, dass es keine Kontrastmittelgabe erfordert. Bei einer
automatischen Durchführung
wird weiterhin der Aufwand für
Bedienpersonal der MR-Anlage verringert.
