DE102009019896A1 - Device for use in diagnostic magnetic resonance device to detect heart movements of patient, has signal analysis unit extracting signal corresponding to heart movements of patient from changes caused by heart movements - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät mit einem Lokal-Empfangsantennensystem.The The invention relates to a device for detecting heart movements in a diagnostic magnetic resonance apparatus having a local receive antenna system.
Bei der medizinischen Bildgebung werden bei Bildaufnahmen bestimmter anatomischer Gebiete physiologische Signale erfasst und zur Synchronisierung oder Triggerung der Bildaufnahme benutzt. So werden z. B. Bildaufnahmen des Herzens mittels Magnetresonanztechnik (MR Technik) mit EKG-Signalen (Elektrokardiographie-Signale) synchronisiert. Dabei ist die Erfassung einschließlich der Übertragung der physiologischen Signale wegen der technisch-physikalischen Gegebenheiten der Magnetresonanzgeräte nur mit speziellen MR-kompatiblen Geräten möglich. MR-kompatibel bedeutet, dass die verwendeten Geräte weder den Betrieb des MR-Geräts stören, noch selber durch den Betrieb des MR-Geräts in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Zusätzlich muss noch sichergestellt sein, dass der zu untersuchende Patient nicht gefährdet wird.at of medical imaging become more specific when taking pictures anatomical areas recorded physiological signals and for synchronization or trigger the image capture used. So z. B. image captures of the heart by means of magnetic resonance technique (MR technique) with ECG signals (Electrocardiography signals) synchronized. Here is the capture including the transfer of physiological Signals because of the technical-physical conditions of the magnetic resonance devices only possible with special MR-compatible devices. MR-compatible means that the devices used neither disturbing the operation of the MR device, nor itself impaired by the operation of the MR device in their function become. In addition, it must still be ensured that the patient to be examined is not endangered.
Es ist andererseits oft erforderlich, lebenswichtige Funktionen des Patienten fortlaufend zu überwachen, also auch vor, während und nach der Bildaufnahme. Dies geschieht mit Patienten-Monitoringsystemen, die z. B. die Herzfunktion über EKG-Signale überwachen und die bei Auftreten eines abnormalen Zustands ein Signal abgeben.It on the other hand, is often required vital functions of the Patients continuously monitor, so before, during and after taking the picture. This happens with patient monitoring systems, the z. B. monitor cardiac function via ECG signals and deliver a signal when an abnormal condition occurs.
Zur Erfassung des Herzschlags werden üblicherweise normale EKG-Elektroden über spezielle MR-kompatible Signalübertragungsmittel mit ebenfalls MR-kompatiblen Auswertegeräten verbunden. Das Anbringen der EKG-Elektroden ist jedoch aufwändig. Nicht sorgfältiges Anbringen der EKG-Elektroden an den zu untersuchenden Patienten kann zudem Fehlmessungen verursachen.to Capturing the heartbeat will usually be normal ECG electrodes via special MR-compatible signal transmission means also connected to MR-compatible evaluation devices. The However, attaching the ECG electrodes is expensive. Not Carefully attach the ECG electrodes to the one to be examined Patients can also cause incorrect measurements.
Ein anderes bekanntes Verfahren erfasst herzschlagsynchrone Signale mittels Lichtsensoren an den Fingern. Bei dem Lichtmessverfahren können Laufzeiteffekte aufgrund des nicht unerheblichen Abstandes vom Herzen zu der Messstelle zu Fehlmessungen führen.One Another known method detects heartbeat-synchronous signals using light sensors on the fingers. In the light measuring method can have runtime effects due to the not insignificant Distance from the heart to the measuring point lead to incorrect measurements.
In
der ISMRM-Veröffentlichung von
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Vorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen in einem Magnetresonanzgerät anzugeben, die einfach zu handhaben ist. Dabei sollen die Herzbewegungen auch über einen längeren Zeitraum überwacht werden können.Of the Invention is now the object of a reliable To provide a device for detecting heart movements in a magnetic resonance device, which is easy to handle. Here are the heart movements also over can be monitored for a longer period of time.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved with the subject matter of claim 1.
Demnach wird die Erfindung realisiert an einer Vorrichtung zur Erfassung von Herzbewegungen in einem diagnostischen Magnetresonanzgerät mit einem Lokal-Empfangsantennensystem. Dabei ist mit dem Lokal-Empfangsantennensystem ein Hochfrequenz-Signalgenerator und eine Signalanalyseeinheit verbunden, wobei die Signalanalyseeinheit ausgebildet ist, Änderungen von elektrischen Eigenschaften des Lokal-Empfangsantennensystems, die durch die Herzbewegungen verursacht sind, zu erkennen und daraus ein der Herzbewegungen entsprechendes Signal zu extrahieren. Da die Herzbewegung so ohne zusätzliche EKG-Messanordnungen direkt mit dem MR-Gerät erfasst werden kann, ist die Patientenvorbereitung wesentlich vereinfacht. Es müssen vor der MR-Bildaufnahme keine EKG-Elektroden angebracht werden. Die Erfassung der Herzbewegung erfolgt berührungslos mit den Lokalantennen als Messaufnehmer. Zudem ist damit auch die Fehlerquelle, die ungenügend angebrachte EKG-Elektroden darstellen, vollständig eliminiert. Die Messung der Herzbewegung ist nicht auf die kurze Zeit der Aussendung des Hochfrequenz-Anregungspulses beschränkt, sie kann insbesondere vor Beginn der Messsequenz starten und so den Triggerzeitpunkt für den Beginn der Bildaufnahme zuverlässig ermitteln.Therefore the invention is realized on a device for detection of heart movements in a diagnostic magnetic resonance device with a local receive antenna system. It is with the local receiving antenna system a high-frequency signal generator and a signal analysis unit are connected, wherein the signal analysis unit is formed changes electrical characteristics of the local receiving antenna system, which are caused by the heart movements, to recognize and from it to extract a signal corresponding to the heart movements. There the heart movement so without additional ECG measurement arrangements can be detected directly with the MR device, is the patient preparation considerably simplified. It must be before taking MRI image no ECG electrodes are attached. The detection of the heart movement takes place without contact with the local antennas as sensors. In addition, so is the source of error, the insufficiently mounted ECG electrodes represent completely eliminated. The measurement of the heart movement is not due to the short time of transmission of the radio frequency excitation pulse limited, it can in particular before the start of the measurement sequence start and so the trigger time for the beginning of Determine image acquisition reliably.
In der Anwendung wird das Lokal-Empfangsantennensystem möglichst direkt über und/oder unter dem Herzen positioniert. Das ist sowohl für die Erfassung der Herzbewegung wie auch für die eigentliche Bildaufnahme selbst von Vorteil. Die Geometrieänderung des Herzens, insbesondere aufgrund der Muskelkontraktion, oder auch die durch den Herzschlag bewirkte Umverteilung des elektrisch leitfähigen Blutvolumens moduliert entsprechend die elektrischen Eigenschaften des Lokal-Empfangsantennensystems. Diese Änderung wird gemessen und das entsprechende Signal kann nach einer Signalaufbereitung zur Triggerung der MR-Bildaufnahme oder zur Patientenüberwachung verwendet werden.In the application, the local receive antenna system is positioned as directly above and / or below the heart as possible. This is advantageous both for recording the heart movement and for the actual image acquisition itself. The change in the geometry of the heart, especially due to muscle contraction, or even through the heart shock induced redistribution of the electrically conductive blood volume modulates accordingly the electrical properties of the local receiving antenna system. This change is measured and the corresponding signal can be used after signal conditioning to trigger the MR image acquisition or for patient monitoring.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Hochfrequenz-Signalgenerator und die Signalanalyseeinheit mit einem Antennenelement des Lokal-Empfangsantennensystems verbunden, wobei die elektrische Eigenschaft der Reflexionsfaktor des Antennenelements ist. Die Herzbewegung bewirkt eine entsprechende Änderung des Wellenwiderstands des angeschlossenen Antennenelements, wodurch eine zu dem Antennenelement hinlaufende Signalwelle entsprechend mehr oder weniger reflektiert wird. Die rücklaufende oder reflektierte Welle kann dann gemessen und ausgewertet werden.In An advantageous embodiment of the invention are the high-frequency signal generator and the signal analysis unit having an antenna element of the local receiving antenna system connected, wherein the electrical property of the reflection factor of the antenna element. The heart movement causes a corresponding change the characteristic impedance of the connected antenna element, whereby a signal wave traveling towards the antenna element more or less reflected. The returning or reflected wave can then be measured and evaluated.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind der Hochfrequenz-Signalgenerator und die Signalanalyseeinheit mit verschiedenen Antennenelementen des Lokal-Antennensystems verbunden, wobei die elektrische Eigenschaft der Transmissionsfaktor zwischen den Antennenelementen ist. Dabei wird die von den Herzbewegungen modulierte Verkopplung zwischen den beiden Antennenelementen gemessen und ausgewertet.at A further advantageous embodiment of the high-frequency signal generator and the signal analysis unit with different antenna elements connected to the local antenna system, the electrical property is the transmission factor between the antenna elements. It will the coupling of the two modulated by the heart movements Antenna elements measured and evaluated.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Lokal-Antennensystem doppelt resonant ausgebildet ist, wobei die erste der Resonanzfrequenzen eine Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts und die zweite der Resonanzfrequenzen einer Arbeitsfrequenz des Hochfrequenzsignalgenerators entspricht und wobei beide Arbeitsfrequenzen verschieden sind. Diese Ausführungsform erlaubt es, auch beim Empfang des Magnetresonanzsignals weiterhin ein der Herzbewegung analoges Signal zu messen.A Another advantageous embodiment is characterized in that the local antenna system is formed double resonant, wherein the first of the resonance frequencies an operating frequency of the magnetic resonance apparatus and the second of the resonance frequencies of an operating frequency of the high frequency signal generator corresponds and wherein both operating frequencies are different. This embodiment also allows it to continue receiving the magnetic resonance signal to measure a signal analogous to the movement of the heart.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hochfrequenz-Signalgenerator über eine erste Frequenzweiche mit einer Signalleitung verbunden ist, wobei die Signalleitung sowohl zur Übertragung der Arbeitsfrequenz des Magnetresonanzgeräts wie auch der Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Signalgenerators ausgebildet ist, und dass das Lokal-Empfangsantennensystem über eine zweite Frequenzweiche mit der Signalleitung verbunden ist zur Aus- und/oder Einkopplung von Signalen mit der Arbeitssequenz des Hochfrequenz-Signalgenerators. Mit der vorgesehenen Einspeisung und Auskopplung über Frequenzweichen wird nur eine einzige Signalleitung benötigt, die sowohl zur Übertragung des eigentlichen Magnetresonanzsignals wie auch zur Übertragung des Signals, mit dem die Herzbewegung dargestellt wird, eingesetzt wird.A further, particularly advantageous embodiment of the invention is characterized characterized in that the high-frequency signal generator via a first crossover is connected to a signal line, wherein the signal line both for transmission of the operating frequency of the magnetic resonance apparatus as well as the working frequency of the High-frequency signal generator is formed, and that the local receiving antenna system via a second crossover is connected to the signal line for Off and / or coupling of signals with the working sequence of High-frequency signal generator. With the intended feed and decoupling via crossovers becomes only a single Signal line needed, both for transmission the actual magnetic resonance signal as well as for transmission the signal used to represent the cardiac movement becomes.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsfrequenz des Hochfrequenz-Signalgenerators gleich der Arbeitssequenz des Magnetresonanzgeräts ist und das die Signalanalyseeinheit über Teile des Empfangssystems des Magnetresonanzsystems mit dem Lokal-Antennensystem verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung werden Teile des Empfangssystems des Magnetresonanzgeräts sowohl für die empfangenen Magnetresonanzsignale wie auch zur Signalaufbereitung und Auswertung der Signale benutzt, die die Herzbewegung darstellen.A Another advantageous embodiment is characterized in that the operating frequency of the high frequency signal generator equal to the Operating sequence of the magnetic resonance device is and that Signal analysis unit on parts of the receiving system of Magnetic resonance system is connected to the local antenna system. In this embodiment, parts of the receiving system of the magnetic resonance apparatus both for the received magnetic resonance signals as well used for signal conditioning and evaluation of the signals affecting the heart movement represent.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung, bei der Teile des Empfangssystems des Magnetresonanzgeräts auch zur Signalübertragung des Signals der Herzbewegung verwendet werden, benutzt in vorteilhafter Weise einen Koppler, zur Einspeisung des Signals des Hochfrequenzsignalgenerators.at a further advantageous embodiment, in the parts of the receiving system of the magnetic resonance apparatus also for signal transmission used the signal of heart movement, used in more advantageous Way a coupler, for feeding the signal of the high frequency signal generator.
Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von 11 Figuren erläutert. Es zeigen:Further Embodiments of the invention are described below explained with reference to 11 figures. Show it:
Die äußeren Abmessungen des diagnostischen Magnetresonanzgeräts werden durch den Magneten geprägt, der zur Polarisierung der zur Bildgebung benutzten Atomkerne benötigt wird. Die diagnostische Bildgebung erfolgt fast ausschließlich über Wasserstoffkerne (1H-Kerne).The outer ones Dimensions of the diagnostic magnetic resonance device shaped by the magnet, which is used to polarize the Imaging used atomic nuclei is needed. The diagnostic Imaging takes place almost exclusively via hydrogen nuclei (1 H nuclei).
In
Eine
Steuerung
Zur
Vermeidung von Bewegungsartefakten bei der Bildgebung von Bereichen
des Patienten
Bei
der in
Der
Netzwerkanalysator
Die
in den
Bei
dem Ausführungsbeispiel nach
Die
Ausführungsform nach
Den
vorstehenden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass
die Frequenz des vom Hochfrequenzgenerator
So
zeigt
Das
Ausführungsbeispiel nach
Das
in
Beispiele
des von der Herzbewegung modulierten Signalverlaufs sind in den
Aus dem entsprechend herausgefilterten Herzbewegungssignal lässt sich dann beispielsweise nach Betragsbildung aus Real- und Imaginärteil ein Triggersignal für die Bildaufnahmesequenz ableiten. Der Triggerzeitpunkt wird aus dem Herzbewegungssignal abgeleitet, indem nach einer gleitenden Mittelwertbildung des Signals beispielsweise der Nulldurchgang des Herzbewegungssignals erfasst wird. Zusätzlich kann noch zur Erhöhung der Genauigkeit des Triggerzeitpunkts eine einstellbare Verzögerung für das Nulldurchgangssignal vorgesehen werden.Out the corresponding filtered out heart movement signal then, for example, according to amount formation of real and imaginary part derive a trigger signal for the image acquisition sequence. Of the Trigger time is derived from the heart movement signal by for example, after a moving averaging of the signal the zero crossing of the heart movement signal is detected. additionally can still increase the accuracy of the triggering time an adjustable delay for the zero-crossing signal be provided.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Graesslin et al.: „An Alternative Concept of Non-sequence-interfering Patient Respiration Monitoring”, veröffentlicht in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med., Vol. 16, 2008, p. 202 [0006] - Graesslin et al .: "An Alternative Concept of Non-sequence Interfering Patient Respiration Monitoring", published in Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med., Vol. 16, 2008, p. 202 [0006]
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