DE102012217459A1

DE102012217459A1 - Bildgebung der Zähne mittels Magnetresonanztechnik mit nicht eindeutigen Gradienten

Info

Publication number: DE102012217459A1
Application number: DE102012217459.1A
Authority: DE
Inventors: Walter Märzendorfer; Sebastian Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: US9684045B2; DE102012217459B4; US20140084920A1

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Gradientensystem erzeugt drei sich überlagernde Gradientenfelder (G1, G2, G3), von denen wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G1, G2, G3) im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, und wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G1, G2, G3) Flächen gleicher Feldstärke aufweist, welche parallel oder orthogonal zu einer in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers (ZK) eines Patienten (P) verlaufen. Ein erfindungsgemäßes Gradientensystem ermöglicht eine besonders kostengünstige und dabei besonders leistungsstarke Anregung und Messung von Messsignalen von Zähnen für die Bildgebung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gradientensystem zur Bildgebung der Zähne, ein Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten in einem ausgewählten Bereich, eine Magnetresonanzanlage, ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger.
Erkrankungen der Zähne und des Zahnhalteapparates, wie z.B. Karies oder Parodontose, werden heutzutage in der Regel mit röntgenbasierenden bildgebenden Verfahren diagnostiziert. Dabei wird entweder konventionelles oder sogenanntes digitales Röntgen im Projektionsverfahren oder neuerdings auch durch dreidimensionale (3D) Verfahren, wie z.B. Digitale Volumentomographie (DVT), eine Art Röntgen-Computertomographie der Zähne und des Gesichtsschädels verwendet.
Für viele Zahnerkrankungen wäre eine magnetresonanztomographische (MRT) Untersuchung jedoch die bessere Alternative, da sie frei von ionisierender Strahlung arbeitet und eine bessere Darstellung von Weichteilkontrasten ermöglicht.
Die Magnetresonanz-Technik ist eine bekannte Technik, mit der Bilder vom Inneren eines Untersuchungsobjektes erzeugt werden können. Vereinfacht ausgedrückt wird hierzu das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät in einem vergleichsweise starken statischen, homogenen Grundmagnetfeld, auch B₀-Feld genannt, mit Feldstärken von 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr positioniert, so dass sich dessen Kernspins entlang des Grundmagnetfeldes orientieren. Zum Auslösen von Kernspinresonanzen werden hochfrequente Anregungspulse (RF-Pulse) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die ausgelösten Kernspinresonanzen als sogenannte k-Raumdaten gemessen und auf deren Basis MR-Bilder rekonstruiert oder Spektroskopiedaten ermittelt. Zur Ortskodierung der Messdaten werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert. Die aufgezeichneten Messdaten werden digitalisiert und als komplexe Zahlenwerte in einer k-Raum-Matrix abgelegt. Aus der mit Werten belegten k-Raum-Matrix ist z.B. mittels einer mehrdimensionalen Fourier-Transformation ein zugehöriges MR-Bild rekonstruierbar.
Ein MRT-System für die Zahnmedizin muss jedoch verhältnismäßig hohe Anforderungen an die Bildqualität erfüllen, da die abgebildeten Strukturen sehr klein sind. Um z.B. Kariesläsionen zu erkennen, sind Ortsauflösungen deutlich unter einem Millimeter erforderlich. Gleichzeitig ist es für viele Fragestellungen (z.B. eine Beurteilung beispielsweise der Festigkeit oder auch Porosität des Kieferknochens) erforderlich, gebundene Protonen darzustellen, was wiederum Messungen mit extrem kurzen Echozeiten, sogenannten „ultra-short-TE“, erfordert. Dies aber stellt hohe Anforderungen an die Steilheit der Gradientenfelder, da nur mit sehr steilen Gradienten sich der Phasenunterschied der Spins schnell genug entwickelt. Bei einem klassischen MR-System mit großem Abbildungsbereich (FOV, engl. „field-of-view“) ergeben sich damit sehr hohe Gradientenamplituden, die entweder aufgrund von Stimulationseffekten biologisch nicht möglich sind, oder zumindest ein extrem teueres Gradientensystem benötigen würden, wie es für den Einsatz der Zahnbildgebung ökonomisch gesehen nicht in Frage kommt.
Es sind bereits intraorale Empfangsspulen bekannt, die im Mund des Patienten angeordnet werden und daher sehr nahe and der Zielregion sind, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR, engl. „signal-to-noise-ratio“) gegenüber entfernter angeordneter Empfangsspulen verbessert ist. Es sind ebenfalls bereits für den Kopf dedizierte Kopfscanner mit kleinem field-of-view bekannt, das nur den Kopf des Patienten umfasst. Diese werden heutzutage allerdings vorwiegend für Untersuchungen des Gehirns genutzt.
Des Weiteren sind beispielsweise aus dem Artikel von Hennig et al.: "PatLoc: Imaging in non-bijective, curvilinear magnetic field gradients", Proc. Intl. Soc. Magn. Res. 15, Seite 453, 2007 und dem Artikel von Parker et al.: "Multiple-Region Gradient Arrays for Extended Field of View, Increased Performance, and Reduced Nerve Stimulation in Magnetic Resonance Imaging"; MRM 56; Seiten 1251–1260, 2006 MRT-Verfahren bekannt, welche nicht eindeutige Feldgradienten der Gradientenfelder verwenden. Dabei werden Gradientenfelder erzeugt, die nicht eindeutig sind und zudem gekrümmt sein können. Die eindeutige Zuordnung der Signale zu den Positionen erfolgt unter Zuhilfenahme der bekannten Ausleuchtungsprofile der verwendeten Spulen. Dese Techniken sind unter dem Namen „PatLoc“ bekannt. Nachteilig ist bei diesen Verfahren allerdings unter anderem, dass es Positionen gibt, an denen die Bildgebung gar nicht, bzw. nur sehr schwierig erfolgen kann, nämlich die Nullstellen der Gradienten. Derartige Techniken werden bisher in der Bildgebung des Gehirns eingesetzt, wo für bestimmte Fragestellungen darauf verzichtet werden kann, das Zentrum des Gehirns genau abzubilden und vor allem Wert auf die hochauflösende Darstellung der Hirnrinde (Neurocortex) gelegt wird, wie es z.B. in dem oben zitierten Artikel von Hennig et al. beschrieben ist.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2009 020 361 A1 der Einsatz nicht eindeutiger Gradienten in der Bildgebung der weiblichen Brust bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gradientensystem, ein Verfahren, eine Magnetresonanzanlage, ein Computerprogramm sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger anzugeben, welche eine Darstellung der Zähne und des Kiefers in hoher Auflösung und hoher Geschwindigkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Gradientensystem gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 8, eine Magnetresonanzanlage gemäß Anspruch 9, ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 sowie einen elektronisch lesbaren Datenträger gemäß Anspruch 12.
Ein erfindungsgemäßes Gradientensystem erzeugt drei sich überlagernde Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃), von denen wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, und wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) Flächen gleicher Feldstärke aufweist, welche parallel oder orthogonal zu einer in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers (ZK) eines Patienten (P) verlaufen.
Die mit dem Gradientensystem erzeugten lokalen Gradientenfelder können im Vergleich zu durch herkömmliche Gradientenfeldsysteme erzeugten Gradientenfeldern steiler ausgebildet sein und auch schneller geschaltet werden, ohne die Stimulationsgrenzen (z.B. SAR) die die Steilheiten der Gradientenfelder beschränken, zu erreichen, da die Amplituden der durch ein erfindungsgemäßes Gradientensystem erzeugten Gradientenfelder vergleichsweise gering ist. Die besonders steilen Gradientenfelder sind besonders gut geeignet für MR-Bildgebungssequenzen, welche extrem kurze Echozeiten (UTE-Sequenzen) ermöglichen, um in der kurzen Zeit, in der z.B. Signale von Zähnen oder (Kiefer-)Knochen relaxieren, die Phasenunterschiede zwischen den Spins zu entwickeln. Damit sind die mittels eines erfindungsgemäßen Gradientensystems erzeugten Gradientenfelder besonders für die Zahnbildgebung geeignet.
Gleichzeitig ist die zur Erzeugung der Gradientenfelder mittels des erfindungsgemäßen Gradientensystems benötigte Leistung bei der Schaltung der Gradientenfelder sehr gering, da der räumliche abstand zum Zielgebiet, der Zähne, durch die räumlich nahe Anordnung sehr klein ist. Damit ergeben sich vorteilhaft geringe Anforderungen an die benötigte elektrische Leistungsaufnahme, die Kühlung, das Leitermaterial usw.
Durch die Ausgestaltung mindestens eines Gradientenfeldes derart, dass dessen Flächen gleicher Feldstärke parallel oder orthogonal zu der in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers eines Patienten verlaufen, lassen sich Aufnahmen von Schichten und damit Schnittbilder parallel zur Mittelebene der Zähne einfach erzeugen.
Ein erfindungsgemäßes Gradientensystem liefert somit ein besonders leistungsfähiges MR-Systeme für den speziellen Zweck der Zahnbildgebung und ist dabei noch kostengünstig herzustellen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten in einem ausgewählten Bereich umfasst die Schritte:

– Einstrahlen mindestens eines Hochfrequenz-Pulses in den ausgewählten Bereich,
– Auslesen erzeugter Messsignale,
– während des Einstrahlens des mindestens einen Hochfrequenz-Pulses und des Auslesens der Messsignale Schalten von Gradientenfeldern zur Ortskodierung, wobei die eingestrahlten Gradientenfelder zumindest teilweise mittels einem Gradientensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt werden, sodass zumindest eines der Gradientenfelder im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist,
– Speichern der ausgelesenen Messsignale als Magnetresonanzdaten,
– Verarbeiten der gewonnenen Magnetresonanzdaten zu einem Bilddatensatz und
– Anzeigen und/oder Speichern des aus der Verarbeitung der Magnetresonanzdaten erhaltenen Bilddatensatzes.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ermöglicht eine besonders kostengünstige und dabei besonders leistungsstarke Anregung und Messung von Messsignalen von Zähnen für die Bildgebung.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage zur Erfassung von Magnetresonanzdaten in einem ausgewählten Bereich innerhalb eines Untersuchungsobjekts umfasst einen Grundfeldmagneten, ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Gradientensystem, mindestens eine HF-Antenne und eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Gradientensystems und der mindestens einen HF-Antenne, zum Empfang der von der mindestens einen HF-Antenne aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der Magnetresonanzdaten.
Insbesondere ist die Magnetresonanzanlage derart ausgestaltet, dass sie Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten in dem ausgewählten Bereich erzeugt, wobei die Magnetresonanzanlage zumindest mindestens einen Hochfrequenz-Puls in den ausgewählten Bereich einstrahlt, erzeugte Messsignale ausliest, während des Einstrahlens des mindestens einen Hochfrequenz-Pulses und des Auslesens der Messsignale Gradientenfeldern zur Ortskodierung schaltet, wobei die eingestrahlten Gradientenfelder zumindest teilweise mittels einem hierein beschriebenen erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugt werden, sodass zumindest eines der Gradientenfelder im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, die ausgelesenen Messsignale als Magnetresonanzdaten speichert, die gewonnenen Magnetresonanzdaten zu einem Bilddatensatz verarbeitet und den aus der Verarbeitung der Magnetresonanzdaten erhaltenen Bilddatensatzes speichert und/oder anzeigt.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm implementiert ein hierin beschriebenes, erfindungsgemäßes Verfahren auf einer Steuereinrichtung, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Ein erfindungsgemäßer elektronisch lesbarer Datenträger umfasst darauf gespeicherte, elektronisch lesbare Steuerinformationen, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen, und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanzanlage ein hierin beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren durchführen.
Die in Bezug auf das Gradientensystem sowie das Verfahren angegebenen Vorteile und Ausführungen gelten analog auch für die Magnetresonanzanlage, das Computerprogrammprodukt und den elektronisch lesbaren Datenträger.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die aufgeführten Beispiele stellen keine Beschränkung der Erfindung dar. Es zeigen:
1 schematisch eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage,
2 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes,
3 eine schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Feldstärke des Gradientenfeldes aus 2 in einer Richtung,
4 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines weiteren von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes,
5 eine schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Feldstärke des Gradientenfeldes aus 4,
6 eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines weiteren von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes,
7 eine schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Feldstärke des Gradientenfeldes aus 6 in einer Richtung,
8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gradientensystems und
9 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten in einem ausgewählten Bereich.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage 5 (eines Magnetresonanz-Bildgebungs- bzw. Kernspintomographiegeräts). Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem ausgewählten Bereich O eines Patienten P, der Zähne des Patienten P umfasst, welcher auf einem Tisch 23 liegend in der Magnetresonanzanlage 5 untersucht wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise aber nicht zwangsweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers angeordnet werden. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
In den Grundfeldmagneten 1 ist typischerweise ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines z.B. linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten G_x in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten G_y in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten G_z in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich typischerweise eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, insbesondere mindestens eine Mehrkanal-HF-Sendespule und mindestens eine HF-Empfangsspule, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden ausgewählten Bereiches O des Patienten P umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht dabei typischerweise aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Spinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz, welche zumindest einen Hochfrequenz-Puls umfasst, in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Mittenfrequenz entspricht.
Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt z.B. über eine Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 kann aus den dergestalt gewonnenen Magnetresonanzdaten ein MR-Bild bzw. Bilddatensatz rekonstruiert werden. Der Bildrechner 17 umfasst hierzu insbesondere eine Verarbeitungseinheit 24, mit welcher aufgenommene Magnetresonanzdaten zu einem Bilddatensatz verarbeitet werden können. Die Verwaltung der gemessenen Magnetresonanzdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradientenfelder, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale.
Jedenfalls umfasst das Magnetresonanzgerät 5 ein erfindungsgemäßes Gradientensystem 25, welches um den Kiefer des Patienten P herum angeordnet werden kann und ebenso mit den gerade genannten Verstärkern zur Bestromung der Gradientenspulen des Gradientensystems 25 und dem Anlagenrechner 20 und ggf. mit den genannten Hochfrequenzleistungsverstärker und dem Hochfrequenzsystem 22 zur Ansteuerung von Hochfrequenzantennen des Gradientensystems 25 verbunden ist (nicht dargestellt).
Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt. Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung einer Aufnahme von Magnetresonanzdaten, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, die Auswahl eines ausgewählten Bereichs O, der angeregt und aus dem Magnetresonanzdaten empfangen werden sollen sowie die Darstellung eines erzeugten MR-Bildes erfolgt z.B. über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst, mit welchem z.B. der ausgewählte Bereich O eingegeben werden kann.
Die 2 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes G1. Wie durch den gestrichelt im Hintergrund angezeigten beispielhaften Kiefer erkennbar, verlaufen die als Linien dargestellten Flächen gleicher Feldstärke parallel zu der Mittelebene der Zähne des Kiefers in einer transversalen Ebene. Nicht bei allen Patienten verläuft die Mittelebene der Zähne in einer derart, in etwa u-förmig zu bezeichnenden Form. Insbesondere nach traumatischen Einwirkungen auf den Kiefer kann die Mittelebene stark verformt sein, wodurch die angegebenen Flächen gleicher Feldstärke nicht mehr überall parallel zu einer solchen verformten Mittelebene verlaufen. Die Flächen gleicher Feldstärke verlaufen aber zumindest parallel zu einer durchschnittlichen, wie dargestellt in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers. Eine exakte Parallelität zu individuellen Kiefern ist nicht notwendig, jedoch sollte das lokale von dem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugte Gradientenfeld auf alle Zähne des zu untersuchenden Kiefers oder zu untersuchenden Bereichs eines Kiefers einwirken.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Verlaufs der Feldstärke A_G1 des Gradientenfeldes G1 aus 2 in x-Richtung in einer koronalen Ebene durch den Kiefer. Zur Veranschaulichung sind wieder schematisch beispielhafte Zähne hier mit angedeutetem Oberkiefer (oben) und Unterkiefer (unten) gestrichelt eingezeichnet. Wie zu sehen ist, ist das Gradientenfeld G1 in der gezeigten Richtung im Raum nicht eindeutig, da dieselbe Feldstärke an zumindest zwei verschiedenen x-Koordinaten auftritt. Die Zuordnung von x-Koordinate zu Feldstärke ist hier somit nicht bijektiv. Dabei fällt der Bereich des Gradientenfeldes G1, in dem seine Feldstärke sich im Raum nicht oder nur sehr gering ändert, in die Mitte des Kiefers, an der sich keine Zähne befinden. Damit ist zwar eine Zone in x-Richtung vorhanden, an der mit dem Gradientenfeld G1 keine oder nur sehr eingeschränkte Magnetresonanzmessungen möglich sind, diese liegt jedoch in einem für die Untersuchung der Zähne uninteressanten Bereich zwischen den linken und rechten Zähnen. Hingegen lässt sich mit Hilfe eines solchen Gradientenfeldes G1 eine oftmals gewünschte Darstellung nach Art eines Orthopantomogramms (entlang der Mittellinie der Zähne) einfach und mit hoher Bildqualität erstellen. Somit ist mit einem erfinderischen Gradientensystem eine oben zitierte PatLoc-Messung möglich, wobei die Nachteile dieser Messart durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gradientenfelder geschickt vermieden werden.
Die 4 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines weiteren von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes G2. Wie durch den gestrichelt im Hintergrund angezeigten beispielhaften Kiefer erkennbar, verlaufen die als Linien dargestellten Flächen gleicher Feldstärke orthogonal zu der Mittelebene der Zähne des Kiefers in einer transversalen Ebene. Wie bereits angegeben verläuft nicht bei allen Patienten die Mittelebene der Zähne in einer derart, in etwa u-förmig zu bezeichnenden Form. Insbesondere nach traumatischen Einwirkungen auf den Kiefer kann die Mittelebene stark verformt sein, wodurch die angegebenen Flächen gleicher Feldstärke nicht mehr überall orthogonal zu einer solchen verformten Mittelebene verlaufen. Die Flächen gleicher Feldstärke verlaufen aber zumindest orthogonal zu einer durchschnittlichen, wie dargestellt in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers. Eine exakte Orthogonalität zu individuellen Kiefern ist nicht notwendig, jedoch sollte das lokale von dem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugte Gradientenfeld auf alle Zähne des zu untersuchenden Kiefers oder zu untersuchenden Bereichs eines Kiefers einwirken.
Die 5 zeigt schematische Darstellungen eines möglichen Verlaufs der Feldstärke A_G2 des Gradientenfeldes G2 aus 4 in y-Richtung in einer sagittalen Ebene durch den Kiefer. Es sind zwei Mögliche Verläufe dargestellt. Ein erster möglicher Verlauf ist mit einer durchgehenden Linie dargestellt, ein zweiter möglicher Verlauf ist strichpunktiert dargestellt. Zur Veranschaulichung sind wieder schematisch beispielhafte Zähne hier mit angedeutetem Oberkiefer (oben) und Unterkiefer (unten) gestrichelt eingezeichnet. Der Bereich des Gradientenfeldes G2, in dem seine Feldstärke sich in y-Richtung stark ändert, fällt hierbei in den Bereich der Frontzähne, die in y-Richtung enger stehen als die Backenzähne.
Die 6 zeigt eine schematische Darstellung des Verlaufs der Flächen gleicher Feldstärke eines weiteren von einem erfindungsgemäßen Gradientensystem erzeugten Gradientenfeldes G3. Im Hintergrund sind zur Veranschaulichung schematisch beispielhafte Zähne in einer sagittalen Ebene durch den Kiefer angedeutet. Die Flächen gleicher Feldstärke des Gradientenfeldes G3 verlaufen parallel zur transversalen Ebene des Kiefers des Patienten.
In 7 ist schematisch ein möglicher Verlauf der Feldstärke des Gradientenfeldes G3 aus 6 dargestellt. Es kann sich hierbei einfach um einen auch ansonsten typischen linearen Verlauf des Gradientenfeldes G3 in z-Richtung handeln. Zur Veranschaulichung sind wieder Zähne und Kiefer in einer koronalen Ebene im Hintergrund dargestellt.
Insgesamt können bei verschiedenen Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gradientensystems nicht eindeutige Gradientenfelder in ein, zwei oder auch drei Raumrichtungen geschaltet werden. Werden nur in ein oder zwei Raumrichtungen nicht eindeutige Gradientenfelder geschaltet, können die restlichen zwei Raumrichtungen bzw. die verbleibende letzte Raumrichtung durch eindeutige, z.B. klassische lineare, Gradientenfelder abgedeckt werden.
In einem Ausführungsbeispiel wird ein erstes Gradientenfeld derart geschaltet, dass die Flächen gleicher Feldstärke des ersten Gradientenfeldes im Wesentlichen parallel zur Mittellinie der Zähne des zu untersuchenden Kiefers verlaufen, ein zweites Gradientenfeld wird derart geschaltet, dass die Flächen gleicher Feldstärke des ersten Gradientenfeldes im Wesentlichen orthogonal zur Mittellinie der Zähne des zu untersuchenden Kiefers verlaufen, und ein drittes Gradientenfeld wird derart geschaltet, dass, z.B. in z-Richtung, längs des Patienten, ein konventionelles lineares Gradientenfeld in dem zu untersuchenden Bereich erzeugt wird.
Dabei können auch die nicht eindeutigen Gradientenfelder sowohl zur Schichtauswahl, als auch zur Phasenkodierung oder zur Frequenzkodierung bei der Messung verwendet werden.
In 8 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Gradientensystem 25 dargestellt.
Das Gradientensystem 25 umfasst mindestens eine Gradientenspule GS, welche derart ausgebildet ist, dass sie um den Kopf eines Patienten um dessen Kiefer (ZK) herum angeordnet werden kann. Dabei ist das Gradientensystem gleichzeitig derart ausgebildet, dass es in einem Messvolumen M einer Magnetresonanzanlage 5 um den Kiefer des Patienten anordenbar ist (vgl. 1) und dort mit Hilfe der Magnetresonanzanlage 5 und dem Gradientensystem 25 bei Inbetriebnahme der Magnetresonanzanlage 5 Magnetresonanzdaten der Zähne des Patienten gewonnen werden können.
Im dargestellten Beispiel umfasst das Gradientensystem 25 im Bereich um den Kiefer des Patienten herum sieben Gradientenspulen GS, mit welchen bei Inbetriebnahme, ggf. mit Unterstützung eines weiteren Gradientensfeldsystems 3 der Magnetresonanzanlage 5, zumindest ein erfindungsgemäßes Gradientenfeld erzeugt wird, dessen Flächen gleicher Feldstärke parallel oder orthogonal zu der Mittelebene der abzubildenden Zähne verläuft (vgl. 2 und 4). Mittels bereits eines derartigen Gradientenfeldes lassen sich Aufnahmen von Schichten parallel zur Mittellinie der Zähne leicht erzeugen. Wie die Gradientenspulen GS des Gradientensystems 25 zu schalten sind, um derartige Gradientenfelder zu erzeugen, ist beispielsweise in der bereits genannten Publikation von Hennig et al. beschrieben. In 8 ist nur beispielhaft eine Anordnung von Gradientenspulen GS und ggf. Hochfrequenzantennen HFS, HFSi im Bereich des Kiefers ZK des Patienten dargestellt. Da im Bereich des Nackens des Patienten keine Messung von Magnetresonanzdaten erfolgt, weil auch keine Bilddaten aus diesem Bereich gewünscht sind, kann der Verlauf der Flächen gleicher Feldstärke der Gradientenfelder und auch die Anordnung von weiteren Gradientenspulen und/oder Hochfrequenzantennen weitgehend frei gestaltet werden.
Das Gradientensystem 25 ist am Kopf des Patienten fixierbar, derart, dass das Gradientensystem relativ zu dem Kiefer ZK des Patienten fixiert ist. Dazu umfasst das Gradientensystem 25 beispielsweise eine Beißvorrichtung B, auf welche der Patient zur Fixierung des Gradientensystems relativ zu seinem Kiefer ZK beißt. Die Fixierung sollte hierbei an zumindest drei Punkten, von denen idealerweise je einer in der linken Hälfte des Kiefers ZK, in der rechten Hälfte des Kiefers ZK und im vorderen Bereich der Schneidezähne des Kiefers ZK angeordnet ist, nach dem Zubeißen Kontakt zwischen der Beißvorrichtung B und dem Kiefer ZK herstellen. Die restlichen Komponenten des Gradientensystems 25 sind starr mit der Beißvorrichtung verbunden, sodass eine zuverlässige Fixierung möglich ist.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst das Gradientensystem 25 mindestens zwei Hochfrequenzantennen HFS, HFSi, mittels derer Messsignale aus dem Bereich der Zähne des Kiefers ZK lokal empfangen werden können. Gegebenenfalls sind die Hochfrequenzantennen auch zum Einstrahlen von Hochfrequenz-Pulsen geeignet. Dabei können die Hochfrequenzantennen HFS, HFSi entweder als Sende- und Empfangsantennen ausgebildet sein, oder es sind einzelne Hochfrequenzantennen HFS, HFSi zum Senden und andere Hochfrequenzantennen HFS, HFSi zum Senden ausgebildet.
Dadurch dass die Hochfrequenzantennen lokal, und damit nahe dem Bereich der Zähne aus dem Messsignale aufgenommen werden sollen, angeordnet sind, ergibt sich eine sehr gute Rekonstruierbarkeit der Aufnahmen in Bilddaten, insbesondere ist das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) besonders gering.
Die Zahl der Empfangshochfrequenzantennen ist beispielsweise mindestens 2, vorteilhaft jedoch mehr, beispielsweise zwischen vier und acht.
In einem Ausführungsbeispiel des Gradientensystems 25 ist mindestens eine der Hochfrequenzantennen HFS zwischen der mindestens einen Gradientenspule GS des Gradientensystems 25, welche um den Kiefer (ZK) herum anordenbar ist, und dem Kiefer (ZK) des Patienten (P) angeordnet. Auf diese Weise sind die Hochfrequenzantennen HFS nur wenig von den Zähnen, aus denen Messsignale aufgenommen werden sollen, beabstandet, was eine gute Signalqualität gewährleistet. Gleichzeitig Sind außerhalb des Mundes des Patienten mehr Raum und damit mehr Freiheit bei der Anordnung der Hochfrequenzantennen HFS gegeben als, z.B. innerhalb der Mundhöhle.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Gradientensystems 25 ist zusätzlich oder alternativ mindestens eine der Hochfrequenzantennen (HFSi) intraoral, im Innenraum des Kiefers (ZK), d.h. innerhalb der Mundhöhle des Patienten (P) angeordnet. Derartige intraorale Hochfrequenzantennen können besonders nahe an dem Zielgebiet, aus dem Messsignale angeregt und aufgenommen werden sollen, angeordnet werden.
Die 9 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten in einem ausgewählten Bereich. Dabei wird im Rahmen einer Pulssequenz zur Erzeugung von Messsignalen zumindest ein Hochfrequenz-Puls, z.B. ein Anregungspuls und ggf. ein oder mehrere Refokussierungspulse, in den ausgewählten Bereich, der zu untersuchende Zähne des Patienten umfasst, eingestrahlt (Block 901). Die erzeugten Messsignale werden ausgelesen (Block 903). Während des Einstrahlens des mindestens einen Hochfrequenz-Pulses (Block 901) und des Auslesens der Messsignale (903) werden Gradientenfeldern zur Ortskodierung und ggf. zur Erzeugung der gewünschten Messsignale geschaltet, wobei die eingestrahlten Gradientenfelder zumindest teilweise mittels einem erfindungsgemäßen, in 8 näher beschriebenen Gradientensystem erzeugt werden, sodass zumindest eines der Gradientenfelder im Raum nicht eindeutig ist. Die ausgelesenen Messsignale werden als Magnetresonanzdaten z.B. in einer Steuereinrichtung der verwendeten Magnetresonanzanlage gespeichert (907). Gegebenenfalls werden die Blöcke 901 bis 907 solange z.B. mit verschiedenen Ortskodierungsgradienten wiederholt, bis eine gewünschte Anzahl an Magnetresonanzdaten aus dem ausgewählten Bereich ausgelesen und gespeichert wurden. Dazu kann eine Abfrage 908 abfragen, ob bereits ausreichend Magnetresonanzdaten aufgenommen wurden („y“) was zu einer Weiterverarbeitung der Magnetresonanzdaten führt oder nicht („n“) was zu einer Wiederholung der Schritte 901 bis 908 führt.
Die gewonnenen Magnetresonanzdaten werden zu einem Bilddatensatz verarbeitet (909), welcher z.B. auf einem Terminal der Magnetresonanzanlage angezeigt und/oder in der Steuereinrichtung der Magnetresonanzanlage gespeichert wird (911).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009020361 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Hennig et al.: "PatLoc: Imaging in non-bijective, curvilinear magnetic field gradients", Proc. Intl. Soc. Magn. Res. 15, Seite 453, 2007 [0007]
Parker et al.: "Multiple-Region Gradient Arrays for Extended Field of View, Increased Performance, and Reduced Nerve Stimulation in Magnetic Resonance Imaging"; MRM 56; Seiten 1251–1260, 2006 [0007]

Claims

Gradientensystem, welches drei sich überlagernde Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) erzeugt, von denen wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, und wenigstens eines der drei Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) Flächen gleicher Feldstärke aufweist, welche parallel oder orthogonal zu einer in etwa u-förmigen Mittelebene der Zähne eines Kiefers (ZK) eines Patienten (P) verlaufen.
Gradientensystem nach Anspruch 1, wobei das Gradientensystem (25) mindestens eine Gradientenspule (GS) umfasst, welche derart ausgebildet ist, dass sie in einem Messvolumen (M) einer Magnetresonanzanlage (5) um den Kopf des Patienten (P) um den Kiefer (ZK) des Patienten herum angeordnet werden kann.
Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gradientensystem (25) am Kopf des Patienten (P) fixierbar ist.
Gradientensystem nach Anspruch 3, wobei das Gradientensystem (25) am Kopf des Patienten (P) mittels einer Beißvorrichtung (B), auf welche der Patient zur Fixierung beißt, fixierbar ist. [an zumindest 3 Punkten]
Gradientensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gradientensystem (25) mindestens zwei Hochfrequenzantennen(HFS, HFSi) umfasst.
Gradientensystem nach Anspruch 5, wobei mindestens eine der Hochfrequenzantennen (HFS) zwischen der mindestens einen Gradientenspule (GS), welche um den Kiefer (ZK) herum anordenbar ist, und dem Kiefer (ZK) des Patienten (P) angeordnet ist.
Gradientensystem nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei mindestens eine der Hochfrequenzantennen (HFSi) intraoral, im Innenraum des Kiefers (ZK) des Patienten (P) angeordnet ist.
Verfahren zur Erzeugung von Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten (P) in einem ausgewählten Bereich umfassend die Schritte: – Einstrahlen mindestens eines Hochfrequenz-Pulses in den ausgewählten Bereich, – Auslesen erzeugter Messsignale, – während des Einstrahlens des mindestens einen Hochfrequenz-Pulses und des Auslesens der Messsignale Schalten von Gradientenfeldern zur Ortskodierung, wobei die eingestrahlten Gradientenfelder zumindest teilweise mittels einem Gradientensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt werden, sodass zumindest eines der Gradientenfelder im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, – Speichern der ausgelesenen Messsignale als Magnetresonanzdaten, – Verarbeiten der gewonnenen Magnetresonanzdaten zu einem Bilddatensatz und – Anzeigen und/oder Speichern des aus der Verarbeitung der Magnetresonanzdaten erhaltenen Bilddatensatzes.
Magnetresonanzanlage zur Erfassung von Magnetresonanzdaten in einem ausgewählten Bereich (O) innerhalb eines Untersuchungsobjekts (U), wobei die Magnetresonanzanlage (5) einen Grundfeldmagneten (1), ein Gradientensystem (25) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, mindestens eine HF-Antenne (4) und eine Steuereinrichtung (10) zur Ansteuerung des Gradientensystems (25) und der mindestens einen HF-Antenne (4), zum Empfang der von der mindestens einen HF-Antenne (4) aufgenommenen Messsignalen und zur Auswertung der Messsignale und zur Erstellung der Magnetresonanzdaten umfasst.
Magnetresonanzanlage nach Anspruch 9, wobei die Magnetresonanzanlage (5) derart ausgestaltet ist, dass die Magnetresonanzanlage (5) Magnetresonanzdaten der Zähne eines Patienten (P) in einem ausgewählten Bereich erzeugt, wobei die Magnetresonanzanlage (5) zumindest mindestens einen Hochfrequenz-Puls in den ausgewählten Bereich einstrahlt (901), erzeugte Messsignale ausliest (903), während des Einstrahlens des mindestens einen Hochfrequenz-Pulses und des Auslesens der Messsignale Gradientenfeldern zur Ortskodierung schaltet (905), wobei die eingestrahlten Gradientenfelder zumindest teilweise mittels einem Gradientensystem (25) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt werden, sodass zumindest eines der Gradientenfelder (G₁, G₂, G₃) im Raum nicht eindeutig (d.h. nicht bijektiv) ist, die ausgelesenen Messsignale als Magnetresonanzdaten speichert (907), die gewonnenen Magnetresonanzdaten zu einem Bilddatensatz verarbeitet (909) und den aus der Verarbeitung der Magnetresonanzdaten erhaltenen Bilddatensatzes speichert und/oder anzeigt (911).
Computerprogramm, das ein Verfahren nach Anspruch 8 auf einer Steuereinrichtung implementiert, wenn es auf der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche zumindest ein Computerprogramm nach Anspruch 11 umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer Magnetresonanzanlage (5) ein Verfahren nach Anspruch 8 durchführen.