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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines die Temperaturverteilung innerhalb eines zu vermessenden Objekts, insbesondere eines Patienten, beschreibenden Untersuchungsbilddatensatzes unter Verwendung einer Magnetresonanzeinrichtung sowie eine Magnetresonanzeinrichtung.
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Verfahren zur dreidimensionalen hochaufgelösten Temperaturbildgebung mittels einer Magnetresonanzeinrichtung (Magnetresonanz-Temperaturbildgebung) sind seit einiger Zeit bekannt. Derartige Verfahren haben sich in den vergangenen Jahres zu einem wesentlichen Hilfsmittel für die Überwachung und Steuerung von nicht- und minimalinvasiven Tumortherapieverfahren entwickelt.
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Im Rahmen der Temperaturbildgebung wird für die Temperaturbestimmung aus Magnetresonanzdaten üblicherweise die Protonenresonanzfrequenzverschiebung (PRF) der Wasserprotonen bei Temperaturänderung verwendet, wie dies beispielsweise dem Artikel W. Wlodarczyk et al., Phys. Med. Bio. 44, Seite 607–626, 1999, zu entnehmen ist. Dieses Verfahren ist zwar relativ robust, weist jedoch den Nachteil auf, dass nur Temperaturänderungen gemessen werden können. Diese Temperaturänderungen werden aus der Differenz der Phasenbilder vor und während eines Heizvorgangs gewonnen. Mit diesem Verfahren können typischerweise Temperaturgenauigkeiten von bis zu 5°C erreicht werden.
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Da sich bei den Tumortherapieverfahren typischerweise recht hohe Temperaturunterschiede, insbesondere größer als 10°C, einstellen, konnte sich die Magnetresonanz-Temperaturbildgebung trotz der beschriebenen Einschränkungen in diesem Bereich gut etablieren.
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Im Bereich der Diagnostik wurde die Magnetresonanz-Temperaturbildgebung wegen der geringen Temperaturgenauigkeit und wegen der Tatsache, dass nur Temperaturänderungen gemessen werden konnten, nicht verwendet. Es wurden jedoch inzwischen verbesserte Magnetresonanzsequenzen vorgeschlagen und höhere Magnetfelder in Magnetresonanzeinrichtungen wurden realisiert. Auf diese Weise kann eine wesentliche Verbesserung der Temperaturgenauigkeit erreicht werden. Temperaturänderungen können je nach Körperregion mittlerweile bis zu einer Genauigkeit von 0,5°C gemessen werden.
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Inzwischen wurden jedoch auch referenzfreie Verfahren vorgeschlagen, die eine Ermittlung von Absoluttemperaturbilddatensätzen ermöglichen. Rein beispielhaft sei hierbei auf die Artikel M. Zhu et al., MRM 60 (3), Seite 536–541, 2008, und W. A. Grissom et al., Abstract Nr. 2516 zum „17th International Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)" verwiesen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Informationen über die Temperaturverteilung innerhalb eines zu vermessenden Objekts anzugeben, wobei die Informationen vorteilhaft auch diagnostisch eingesetzt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass
- – ein Absoluttemperaturbilddatensatz einer Untersuchungsregion des Objekts mittels Magnetresonanz-Temperaturbildgebung aufgenommen wird,
- – ein Normtemperaturdatensatz der Untersuchungsregion ermittelt wird, und
- – der Untersuchungsbilddatensatz aus einem Vergleich des Absoluttemperaturbilddatensatzes mit dem Normtemperaturdatensatz ermittelt wird.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht es also zum einen, die Magnetresonanz-Temperaturbildgebung zunehmend auch zur Anwendung in diagnostischem Bereich einzusetzen, da geringere Temperaturunterschiede aufgelöst werden können. Es ist vorteilhafterweise eine verletzungsfreie und ortsaufgelöste (dreidimensionale) Messung der Temperatur möglich. Mögliche Anwendungen der Magnetresonanz-Temperaturbildgebung in der Diagnostik, bei der aufgrund von Temperaturveränderungen mit Hilfe der Magnetresonanz-Temperaturbildgebung Krankheits- bzw. Störungsbilder nachgewiesen und analysiert werden können, sind beispielsweise:
- – Nachweis von belastungsbedingten Temperaturveränderungen, beispielsweise aufgrund von Reibung, im Besonderen, jedoch nicht ausschließlich innerhalb von Gelenken, beispielsweise Knorpeln (z. B. Knorpel der Knieknochen, Knorpel im Patella-Bereich),
- – Nachweis von Temperaturveränderungen in oder an Implantaten (beispielsweise künstlichen Gelenken, künstlichen oder biologischen Herzklappen, künstlichen Herzen),
- – Nachweis und/oder Dokumentation von chronischen oder akuten Entzündungen in Organen (beispielsweise Leber) bzw. im Gehirn oder in Gefäßen infolge von Plaque-Bildung, die mit einer Temperaturerhöhung einhergehen,
- – Temperaturänderungen aufgrund erhöhter Verstoffwechslung/Durchblutung durch Tumorenwachstum,
- – Temperaturveränderungen aufgrund von durch Erregern, insbesondere Mikroben, Viren oder Parasiten, bedingten Pathologien und lokalen Entzündungsreaktionen,
- – Temperaturveränderungen aufgrund von akuten Prozessen wie Herzinfarkt oder Thrombose oder nach Medikamenteneinnahmen,
- – Temperaturveränderungen aufgrund von chronischen Entzündungsreaktionen, beispielsweise im Rahmen von Abstoßungsreaktionen, Polyarthritis, generelle lokale oder generalisierte Immunreaktionen oder mögliche Immunkrankheiten, lokale Infiltration von Immunzellen,
- – Nachweis und/oder Kontrolle der Temperaturveränderungen bei Unterkühlung eines Patienten, beispielsweise zur Feststellung und Überwachung der Kerntemperatur,
- – Nachweis, Kontrolle und/oder Überwachung der Temperaturveränderungen und Temperaturentwicklung eines Patienten bei gezielter Unterkühlung eines Patienten oder bei der gezielten Unterkühlung von bestimmten Körperteilen eines Patienten oder Blut des Patienten, beispielsweise im Rahmen einer Operation,
- – Nachweis und Kontrolle von Temperaturveränderungen im Rahmen von Verbrennungen/als Folge einer Verbrennung oder aufgrund eines Hitzestaus, Hitzeschocks oder Sonnenstiches,
- – Nachweis und Kontrolle der Körpertemperatur eines ungeborenen Kindes im Mutterleib, eines zu früh geborenes Kindes oder eines Säuglings.
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Ein Problem dieser diagnostischen Anwendungen, das durch die vorliegende Erfindung gelöst wird, ist, dass eine reine Temperaturkarte, letztlich also der reine Absoluttemperaturbilddatensatz, nur einen geringen diagnostischen Wert hat, da keinerlei Referenz existiert. Dies gilt insbesondere in den Hauptanwendungsgebieten des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich nahe der Körperoberfläche, insbesondere an Extremitäten, wo nicht davon ausgegangen werden kann, dass überall die Kerntemperatur des Patienten, üblicherweise 37°C, vorliegt.
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Ein lokaler Temperaturanstieg kommt in der Regel durch lokal vermehrte Durchblutung zustande, beispielsweise bei Entzündungen, oder kann durch Energiezu- oder Abfuhr, beispielsweise durch vermehrte Reibung bei Bewegung oder durch Kühlung, entstehen. Bei einer lokal vermehrten Durchblutung strömt Blut mit höherer Temperatur, in der Regel der Körperkerntemperatur, also bei Gesunden ca. 37°C, in einen Bereich der Untersuchungsregion ein. Befindet sich diese Region, wie bereits beschrieben, außerhalb des Körperkerns, beispielsweise hautnah oder an einer Extremität, so kommt es zu einer lokalen Erwärmung.
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Um hier dennoch einen für eine nachfolgende Diagnose geeigneten Untersuchungsbilddatensatz zu ermitteln, wird erfindungsgemäß mithin vorgeschlagen, neben dem gemessenen Absoluttemperaturbilddatensatz einen Normtemperaturdatensatz, letztlich also eine Normtemperaturkarte, der Untersuchungsregion zu ermitteln und diese mit der gemessenen Temperaturkarte zu vergleichen. Aus diesem Vergleich folgt dann der Untersuchungsbilddatensatz, der mithin bei der späteren diagnostischen Verwendung ein wertvolles Hilfsmittel bietet und auf dem eine Diagnose anhand der Abweichungen von der Norm erfolgen kann. Dies ist, wie beschrieben, insbesondere dann vorteilhaft, wenn in Randbereichen des Objektes, insbesondere des Patienten, gemessen wird, also insbesondere hautnah und/oder an Extremitäten.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass zusätzlich ein Merkmale des Objekts zeigender Objektbilddatensatz mittels anatomischer Bildgebung aufgenommen wird und bei der Ermittlung des Untersuchungsbilddatensatzes berücksichtigt oder mit diesem gemeinsam angezeigt wird. Es kann also zusätzlich zu dem Absoluttemperaturbilddatensatz ein Objektbilddatensatz, insbesondere ein Anatomiebilddatensatz, aufgenommen werden, so dass es beispielsweise möglich ist, gemeinsam mit dem Untersuchungsbilddatensatz auch die Anatomie der Untersuchungsregion zu zeigen oder gar eine überlagerte Darstellung beider Bilddatensätze zu ermöglichen, so dass eine hervorragende Orientierung bei eine späteren Diagnose ermöglicht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine die Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion beeinflussende Maßnahme vor der Aufnahme des Absoluttemperaturbilddatensatzes erfolgt, insbesondere eine Belastung durch Bewegung und/oder eine Medikamentengabe an einen Patienten. Gegebenenfalls können also vor Aufnahme des Temperaturbilddatensatzes entsprechende Maßnahmen stattfinden, um die Hervorhebung der bei einer nachfolgenden Diagnose interessierenden Effekte zu unterstützen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Gelenk, das untersucht werden soll, gezielt durch Bewegung belastet wird oder es können Medikamente verabreicht werden, die die Temperatur beeinflussen, beispielsweise fiebersenkende Mittel oder Mittel, die die Durchblutung verringern oder erhöhen.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein eine insbesondere zur Oberfläche hin abfallende Kerntemperatur aufweisendes Objekt untersucht wird. Dies gilt insbesondere für den menschlichen Körper, der üblicherweise eine Körperkerntemperatur von etwa 37°C aufweist. Da diese Temperatur häufig konstant im Körperinneren, also hautfern, vorliegt, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass bei einer Messung im Inneren des Objekts als Normtemperaturdatensatz ein im Untersuchungsgebiet die Kerntemperatur anzeigender Datensatz verwendet wird. Zwar fallen im Inneren des menschlichen Körpers erhöhte Temperaturen durch überhöhte Durchblutung oder dergleichen meist weg, dennoch sind Pathologien und Effekte bekannt, durch die auch im Körperinneren, wo letztlich in der gesamten Untersuchungsregion die Körperkerntemperatur vorherrscht, Temperaturüberhöhungen und dergleichen auftreten können. Für solche Untersuchungen kann vorteilhaft als Normtemperaturkarte angenommen werden, dass in der gesamten Untersuchungsregion die Körperkerntemperatur erwartet wird.
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Üblicherweise wird jedoch, wie bereits erwähnt, in Bereichen gemessen, in denen nicht davon auszugehen ist, dass durchgängig die Körperkerntemperatur bzw. Objektkerntemperatur erhalten wird. Insbesondere sind dabei hautnahe Bereiche und/oder Untersuchungsregionen an Extremitäten eines Patienten zu nennen. In solchen Fällen kann vorgesehen sein, dass der Normtemperaturdatensatz durch Messung und/oder Simulation ermittelt wird. Nachdem also unter solchen Umständen nicht grundsätzlich bekannt ist, welche Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion zu erwarten ist, wird vorgeschlagen, zu messen und/oder zu simulieren, um als Ergebnis den Normtemperaturdatensatz, also die Normtemperaturkarte, zu erhalten. Dabei sind – teilweise abhängig von der durchzuführenden Untersuchung und der Untersuchungsregion – verschiedene Varianten denkbar, einen Normtemperaturdatensatz zu erhalten.
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So kann zum einen vorgesehen sein, dass zur Bestimmung des Normtemperaturdatensatzes bei der Aufnahme einer spiegelverkehrt ein zweites Mal im Objekt auftretenden Untersuchungsregion, insbesondere einer Extremität eines Patienten, das Gegenstück der Untersuchungsregion aufgenommen und gespiegelt wird. Handelt es sich also beispielsweise um ein seitensymmetrisches Organsystem, beispielsweise eine seitensymmetrisch vorliegende Extremität, kann die Gegenseite gemessen werden, beispielsweise das linke Knie im Vergleich zum eigentlich untersuchten, die Untersuchungsregion bildenden rechten Knie. Ein Vergleich ist dann möglich, wenn aufgrund der Symmetrie des Vorkommens in der Untersuchungsregion eine Spiegelung vorgenommen wird, das bedeutet, der mittels Magnetresonanz-Temperaturbildgebung aufgenommene Bilddatensatz der Gegenseite wird gespiegelt, so dass er in seiner Ausrichtung der Untersuchungsregion entspricht. Dann ist es möglich, einen Vergleich zwischen dem so ermittelten Normtemperaturdatensatz und dem Absoluttemperaturdatensatz der Untersuchungsregion vorzunehmen. Zweckmäßigerweise kann auch vorgesehen sein, dass eine, insbesondere elastische Registrierung des gespiegelten Bilddatensatzes und des Absoluttemperaturdatensatzes erfolgt. Es kann also eine Transformation angewandt werden, um den Vergleich der Temperaturkarten zu ermöglichen. Ein solches Vorgehen ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 052 993 A1 bekannt. Zwar geht es dort um anatomische Auswertungen, jedoch lässt sich das dortige Verfahren auch im erfindungsgemäßen Kontext einsetzen. Dort wird zunächst eine Deformation so durchgeführt, dass zwei bezüglich ihrer Form spiegelsymmetrische Hälften vorliegen, welche dann zur Ermittlung von Unterschieden verglichen werden können.
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In einer Alternative kann vorgesehen sein, dass bei der Vermessung einer temporären, insbesondere auf einer Maßnahme zur Veränderung der Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion basierenden Temperaturveränderung als Normtemperaturdatensatz ein zu einem vor der Temperaturveränderung oder nach der Temperaturveränderung liegenden Zeitpunkt aufgenommener Bilddatensatz verwendet wird. Handelt es sich also um einen temporären Effekt, beispielsweise eine Erwärmung, die nur unter Belastung auftritt, dann kann der Normtemperaturdatensatz zu einem anderen Zeitpunkt als der Absoluttemperaturdatensatz gemessen werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass nach einer Belastung, beispielsweise eines Gelenks, zunächst die Absoluttemperaturkarte gemessen wird, wonach später, nach Abkühlung, eine weitere Magnetresonanz-Temperaturmessung durchgeführt wird, um den Normtemperaturdatensatz zu erhalten. Eine Messung des Normtemperaturdatensatzes nach dem Absoluttemperaturdatensatz ist von daher vorteilhaft, dass der Patient nur ein einziges Mal in die Magnetresonanzeinrichtung eingefahren werden muss. Es kann zweckmäßigerweise in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass so lange wiederholt gemessen wird, bis sich die Temperatur nicht mehr ändert, so dass diese Messung dann als Normtemperaturkarte (Normtemperaturdatensatz) verwendet werden kann.
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In einer weiteren Alternative kann vorgesehen sein, dass der Normtemperaturdatensatz aus einer Simulation unter Berücksichtigung von die Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion beeinflussenden Größen, insbesondere von Wärmequellen, Wärmesenken und/oder der Wärmeleitfähigkeit von zwischen Wärmequellen und/oder Wärmesenken liegenden Bereichen, ermittelt wird. Es kann also auch vorgesehen sein, dass ein Normtemperaturdatensatz anhand der wesentlichen Einflussgrößen simuliert wird. Dazu kann beispielsweise im Fall des menschlichen Körpers vorgesehen sein, dass die wesentlichen Wärmequellen, Wärmeabflüsse und die Wärmeleitfähigkeit der dazwischen liegenden Gewebe berücksichtigt werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass bei einer Vermessung eines Patienten als Wärmequellen Arterien und/oder Muskelgewebe und/oder als Wärmesenken die Hautoberfläche und/oder Venen und/oder als weitere Größe die Wärmeleitfähigkeit der dazwischen liegenden Gewebe berücksichtigt wird. Die Arterien führen meist Blut der Körperkerntemperatur zu, während beispielsweise im Fall eines Beines die das aus den Zehen zurückkehrende Blut transportierenden Venen kühler sein können. Weiterhin wird an der Hautoberfläche Wärme abgegeben, während als weitere Wärmequelle das Muskelgewebe, in dem ja eine Verbrennung stattfindet, vorliegt. Möglich ist es in diesem Zusammenhang, dass über Verfahren zur Magnetresonanz-Blutflussmessung der Blutfluss in der Untersuchungsregion vermessen wird und/oder über ein Verfahren zur Trennung von Muskelgewebe und Fettgewebe in der Magnetresonanz Muskelgewebe und Fettgewebe in der Zielregion segmentiert werden. Es kann also letztlich mittels einer Magnetresonanz-Blutflussmessung bestimmt werden, wie viel Blut, also Wärme, in die Untersuchungsregion transportiert wird. Hierfür sind angiographische Sequenzen bekannt, wobei auch Labeling-Verfahren verwendet werden können, wobei eine Anregungsschicht und eine Messschicht betrachtet werden können. Grundsätzlich bekannt ist es in der Magnetresonanzmessung auch, Muskelgewebe und Wassergewebe zu unterscheiden. Während Muskelgewebe mehr Wasser enthält, besteht Fettgewebe hauptsächlich aus Fett, so dass zur Trennung beispielsweise spektrale Verfahren verwendet werden können, aber auch Phasenunterschiede betrachtet werden können. Das Muskelgewebe kann dann als eine Wärmequelle angesehen werden, das Fettgewebe bildet eine Art „Isolation”.
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Weiterhin kann im Rahmen der Simulation zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass eine Kerntemperatur des Objekts, insbesondere mittels einer gesonderten Magnetresonanz-Temperaturmessung, und/oder eine Außentemperatur des Objekts, insbesondere mittels eines in die Magnetresonanzeinrichtung integrierten Thermometers, gemessen und bei der Simulation berücksichtigt werden. Während es grundsätzlich selbstverständlich auch möglich (und häufig auch ausreichend) sein kann, die Kerntemperatur, insbesondere die Körperkerntemperatur, und/oder die Außentemperatur, insbesondere die Temperatur an der Hautoberfläche, abzuschätzen, kann es doch von Vorteil sein, wenigstens eine der beiden Größen zu messen. Mit besonderem Vorteil kann dabei ein in die Magnetresonanzeinrichtung integriertes Thermometer, insbesondere ein Infrarotthermometer, verwendet werden, welches dann die Temperatur an der Hautoberfläche messen kann.
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Grundsätzliche thermodynamische Simulationsverfahren, die über bekannte Wärmequellen/Wärmesenken und Wärmeleitfähigkeiten eine Temperaturkarte ausgeben, sind weithin bekannt und müssen hier nicht näher dargelegt werden. Es sei zur Verdeutlichung an dieser Stelle jedoch noch ein beispielhafter Vorgang im Rahmen der Ermittlung eines Normtemperaturdatensatzes durch Simulation beschrieben. Wird ein Bein als Zielregion betrachtet, können während der Magnetresonanz-Untersuchung außer der Absoluttemperaturverteilung auch der Blutfluss in der Arteriea femoralis (oder Iliaca interna), die Verteilung des Muskelgewebes (als Wärmequelle) und Fettgewebes (als „Isolation”) bestimmt werden. Die Gewebe lassen sich einfach durch Techniken zur Fett-Wassertrennung getrennt segmentieren. Des Weiteren wird die Körperkerntemperatur bestimmt oder mit 37°C angenommen und die Hauttemperatur gemessen oder geschätzt. Aus diesen Messdaten wird automatisch ein Modell erstellt, das die Wärmeströme durch die verschiedenen Schichten nachbildet und eine Temperaturverteilung simuliert, die dann als Normtemperaturdatensatz verwendet werden kann.
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Im Rahmen des Vergleiches kann vorgesehen sein, dass der Untersuchungsdatensatz durch Subtraktion des Normtemperaturdatensatzes von dem Absoluttemperaturdatensatz ermittelt wird. Es wird also die Differenz der beiden Datensätze betrachtet, so dass die Orte hervorgehoben werden, an denen Abweichungen von der „Norm” auftreten, so dass in einer auf das erfindungsgemäße Verfahren folgenden Diagnose eine einfache Interpretation des Untersuchungsdatensatzes möglich ist.
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Konkret kann im Rahmen einer Darstellung des Untersuchungsbilddatensatzes vorgesehen sein, dass der insbesondere durch Subtraktion des Normtemperaturdatensatzes von dem Absoluttemperaturdatensatz ermittelte Untersuchungsbilddatensatz Temperaturabweichungen darstellt, insbesondere mittels einer Falschfarbendarstellung oder mittels Isothermenlinien. Solche Falschfarbendarstellungen sind grundsätzlich bekannt. Dabei wird einem bestimmten Bereich, in dem die Temperaturen abweichen, eine bestimmte Farbe zugeordnet. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für Bereiche, in denen es wärmer ist als durch den Normtemperaturdatensatz beschrieben, eine rote Farbskala verwendet wird, und dass für Bereiche, in denen es kälter ist als durch den Normtemperaturdatensatz beschrieben, eine blaue Farbskala verwendet wird. Möglich ist es allerdings auch, den Untersuchungsbilddatensatz mittels Isothermenlinien darzustellen. Dabei werden die Punkte, an denen beispielsweise bestimmte gleiche Werte einer Temperaturabweichung vorliegen, als eine Linie hervorgehoben, so dass sich ebenso ein deutlich zu interpretierendes Bild ergibt.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist also dazu ausgebildet, nicht nur mittels einer geeigneten Sequenz zur Magnetresonanz-Temperaturbildgebung einen Absoluttemperaturbilddatensatz aufzunehmen, sondern zudem, insbesondere durch Messung und/oder durch Simulation, einen Normtemperaturdatensatz zu ermitteln, der dann zur Ermittlung eines Untersuchungsbilddatensatzes mit dem Absoluttemperaturbilddatensatzes verglichen wird, so dass letztlich insbesondere Temperaturabweichungen von der Norm vorteilhaft dargestellt werden können. Damit wird die Magnetresonanz-Temperaturbildgebung gerade in hautnahen Bereichen wie auch an Extremitäten letztlich dem diagnostischen Bereich zugänglich gemacht, indem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung ein eine Diagnose vorbereitendes Werkzeug genauso zur Verfügung gestellt wird wie ein vorteilhaftes Vorgehen zur Untersuchung anderer Objekte als Patienten.
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Es sei noch angemerkt, dass sich sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens selbstverständlich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen lassen.
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Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Magnetresonanzeinrichtung ein integriertes Thermometer, insbesondere ein Infrarotthermometer, umfasst. Damit ist es mit besonderem Vorteil möglich, eine Oberflächentemperatur der Haut eines Patienten gleich mit der Magnetresonanzeinrichtung zu vermessen, so dass es vorteilhaft möglich wird, die entsprechenden Messwerte beispielsweise bei einer Simulation zur Ermittlung des Normtemperaturdatensatzes einzusetzen.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine Illustration eines Absoluttemperaturdatensatzes,
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3 eine Illustration eines Normtemperaturdatensatzes,
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4 eine Illustration eines Untersuchungsbilddatensatzes, und
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5 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Vermittlung eines Untersuchungsbilddatensatzes, der im hier dargestellten, selbstverständlich nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel Temperaturabweichungen im Knie eines Patienten darstellen soll.
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Dazu kann zunächst in einem optionalen Schritt 1 vorgesehen sein, dass eine die Temperaturverteilung in der Untersuchungsregion beeinflussende Maßnahme erfolgt. Vorliegend handelt es sich um eine Belastung durch Bewegung des Knies. Sobald eine gewisse Belastung gegeben ist, wird der Patient schnellstmöglich innerhalb der Magnetresonanzeinrichtung positioniert, um die Aufnahmen zu tätigen.
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Sodann werden in einem Schritt 2 zwei Bilddatensätze aufgenommen, nämlich zum einen mittels Magnetresonanz-Temperaturbildgebung ein Absoluttemperaturbilddatensatz und zum anderen mittels anatomischer Bildgebung ein Anatomiebilddatensatz, wobei der Absoluttemperaturbilddatensatz die Absoluttemperaturen in der Untersuchungsregion, hier also dem Knie, zeigt, der Anatomiebilddatensatz die Anatomie des Knies. 2 zeigt beispielhaft einen derartigen Absoluttemperaturbilddatensatz 3. Dieser ist durch Isothermen 4a bis 4d gekennzeichnet, wobei die Isotherme 4a einer Temperatur von 31°, die Isotherme 4b einer Temperatur von 33°, die Isotherme 4c einer Temperatur von 35° und die Isotherme 4d einer Temperatur von 37° entspricht.
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Um eine dem erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgende Diagnose vorbereiten zu können, sind nun jedoch noch Informationen darüber erforderlich, wie die Temperaturverteilung im Knie normalerweise aussieht, es muss mithin ein Normtemperaturdatensatz (Normtemperaturkarte) ermittelt werden. Dazu bestehen im erfindungsgemäßen Verfahren auch in diesem Ausführungsbeispiel letztlich drei Möglichkeiten, die allesamt als Optionen in 1 angedeutet sind.
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Als erste Alternative kann in einem Verfahrensschritt 5 vorgesehen sein, den Patienten so lange in der Magnetresonanzeinrichtung zu belassen, bis der Belastungszustand des Knies wieder abgebaut ist. Dazu kann vorgesehen sein, in regelmäßigen Zeitabständen weitere Bilddatensätze mittels Magnetresonanz-Temperaturbildgebung aufzunehmen, bis keine Veränderung mehr auftritt, also der nicht belastete Zustand erreicht ist. Diese entsprechenden Daten können dann als Normtemperaturdatensatz der Untersuchungsregion, also des Knies, verwendet werden.
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In einer zweiten Alternative kann in Schritt 6 vorgesehen sein, dass, insbesondere gleichzeitig mit dem zu untersuchenden Knie, also der Untersuchungsregion, auch das andere Knie, also das Gegenstück zur Untersuchungsregion, aufgenommen wird, wenn davon ausgegangen werden kann, dass dieses Knie entweder nicht belastet ist oder der Effekt, der beobachtet werden soll, dort nicht auftritt. Es liegen dann folglich zwei Bilddatensätze vor, nämlich der Absoluttemperaturbilddatensatz der eigentlichen Untersuchungsregion und der der symmetrisch vorhandenen Gegenseite. Insbesondere kann nun vorgesehen sein, für beide Knie auch einen anatomischen Bilddatensatz aufzunehmen, wobei dann die anatomischen Bilddatensätze elastisch miteinander registriert werden, welche Transformation dann auch auf die mittels Magnetresonanz-Temperaturbildgebung aufgenommenen Temperaturbilddatensätze übertragen werden kann. Durch eine einfache Spiegelung des nicht zu untersuchenden Knies vor oder nach der beschriebenen elastischen Registrierung kann dann der Normtemperaturdatensatz erhalten werden.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es selbstverständlich grundsätzlich auch möglich ist, eine elastische Registrierung mittels der Temperaturbilddatensätze zu erzielen, wobei dann nur die Bereiche betrachtet werden sollten, in denen keine extreme Abweichungen erwartet werden.
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In der dritten Alternative schließlich, Verfahrensschritt 7, wird der Normtemperaturdatensatz durch Simulation ermittelt. Hierzu werden zunächst während der Magnetresonanzuntersuchung außer der Temperaturverteilung und den anatomischen Merkmalen auch der Blutfluss in der Arteria femoralis (oder Iliaca interna), die Verteilung des Muskelgewebes (als Wärmequelle) und Fettgewebes (als „Isolation”) bestimmt. Die Gewebearten lassen sich einfach durch Techniken zur Fett-Wassertrennung segmentieren. Weiterhin wird die Körperkerntemperatur entweder, beispielsweise durch eigene Messung, bestimmt, oder mit 37°C angenommen. Die Hauttemperatur kann geschätzt werden oder aber bevorzugt durch ein in die Magnetresonanzeinrichtung integriertes berührungsloses Thermometer, insbesondere ein Infrarotthermometer, gemessen werden. Aus diesen Messdaten und Messdatensätzen wird nun vollkommen automatisch ein Modell erzeugt, das die Wärmeströme durch die verschiedenen Schichten nachbildet und eine Temperaturverteilung simuliert, die dann als Normtemperaturdatensatz verwendet werden kann.
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Ein in dem Verfahrensschritt 5, 6 oder 7 erhaltbarer Normtemperaturdatensatz ist beispielhaft in der 3 dargestellt, wobei wiederum die Temperaturverteilung durch Isothermen 4a–4d dargestellt ist.
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In einem Schritt 9 erfolgt dann der Vergleich zwischen dem Absoluttemperaturdatensatz 3 und dem Normtemperaturdatensatz 8, indem der Normtemperaturdatensatz 8 von dem Absoluttemperaturbilddatensatz 3 subtrahiert wird, um einen Untersuchungsbilddatensatz 10 zu erhalten, wie er beispielhaft in 4 dargestellt ist. Zur Verdeutlichung sind bei 11 noch die Begrenzungslinien der Anatomie angedeutet. In der letztlichen Darstellung kann dies erreicht werden, indem der Anatomiebilddatensatz dem Untersuchungsbilddatensatz überlagert wird. Ersichtlich kennzeichnen Isothermen 12a und 12b einen Temperaturabweichungsbereich, wobei die Isotherme 12a einem Temperaturunterschied von 1° entspricht, die Isotherme 12b einem Temperaturunterschied von 2°C.
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In einem Schritt 13 wird dann der Untersuchungsbilddatensatz 10 überlagert mit dem Anatomiebilddatensatz dargestellt, so dass bei einem nachfolgenden Diagnosevorgang leicht erkannt werden kann, wo eine Differenz, gegebenenfalls eine Läsion, vorliegt.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass selbstverständlich die Darstellung nicht in Form von Isothermenlinien erfolgen muss, sondern beispielsweise auch eine Falschfarbendarstellung vorteilhaft verwendet werden kann. Dabei können beispielsweise die Normtemperatur überschreitende Temperaturen auf einer roten Farbskala dargestellt werden, die Normtemperatur unterschreitende Temperaturen auf einer blauen Farbskala.
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5 zeigt schließlich die Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 14. Diese umfasst wie allgemein bekannt eine Hauptmagneteinheit 15, an der auch die Gradientenspulen, die Hochfrequenzspulen und dergleichen vorgesehen sind. All dies muss hier nicht näher dargestellt werden, da es dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist. In eine Patientenaufnahme 16 kann mittels einer Patientenliege 17 ein Patient eingefahren werden. Gesteuert wird der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 14 durch eine Steuereinrichtung 18, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Zur Magnetresonanzeinrichtung 14 gehört ferner eine Bedieneinrichtung 19 mit einer Eingabeeinrichtung 20 und einer Darstellungseinrichtung 21, beispielsweise einem oder mehreren Monitoren, die auch zur Darstellung des mit dem Anatomiebilddatensatz überlagerten Untersuchungsbilddatensatzes 10 dienen kann.
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Innerhalb der Patientenaufnahme 16 ist bei der erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 14 ferner auch ein Infrarotthermometer 22 integriert, mit dem insbesondere die Oberflächentemperatur eines zu untersuchenden Objekts, insbesondere die Hauttemperatur eines Patienten, gemessen werden kann. Diese kann dann besonders vorteilhaft im Schritt 7 in die Simulation zur Ermittlung des Normtemperaturdatensatzes eingehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005052993 A1 [0017]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- W. Wlodarczyk et al., Phys. Med. Bio. 44, Seite 607–626, 1999 [0003]
- M. Zhu et al., MRM 60 (3), Seite 536–541, 2008 [0006]
- W. A. Grissom et al., Abstract Nr. 2516 zum „17th International Meeting of International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM)” [0006]
