DE102013222103A1

DE102013222103A1 - Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung und Magnetresonanzeinrichtung

Info

Publication number: DE102013222103A1
Application number: DE201310222103
Authority: DE
Inventors: Andre de Oliveira
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-13
Also published as: US20150119696A1; CN104586393A

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung (17) zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines bei Atmung bewegten Aufnahmebereichs eines Patienten, wobei vor Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch durch eine Ausgabeeinheit (21) der Magnetresonanzeinrichtung (17) ein Atemanhaltekommando an den Patienten ausgegeben wird, wobei die Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch bei einem das Anhalten der Atmung anzeigenden, aus Messdaten des Patienten ermittelten Triggersignal begonnen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines bei Atmung bewegten Aufnahmebereichs eines Patienten, wobei vor Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch durch eine Ausgabeeinheit der Magnetresonanzeinrichtung ein Atemanhaltekommando an den Patienten ausgegeben wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanzeinrichtung.
Die Aufnahme von durch die Atmung bewegten Aufnahmebereichen eines Patienten mit einer Magnetresonanzeinrichtung kann insbesondere bei länger andauernden Magnetresonanzsequenzen zu Bewegungsartefakten in aus den Magnetresonanzdaten rekonstruierten Magnetresonanzbildern führen. Dies gilt hauptsächlich für die Aufnahme von Magnetresonanzdaten im Brust- oder Abdomenbereich eines Patienten. Verschiedene Verfahren wurden im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, um Bewegungsartefakte durch die Atembewegung bei Aufnahmen im Brust- und/oder Abdomenbereich eines Patienten zu reduzieren oder zu beseitigen.
So ist es zum einen bekannt, durch einen Bediener der Magnetresonanzeinrichtung ein akustisches Atemanhaltekommando geben zu lassen. Dabei gibt ein Bediener der Magnetresonanzeinrichtung dem Patienten die Atmung betreffende Anweisungen, bevor die Messung beginnt. Die Bediener haben die vollständige Kontrolle über die Magnetresonanzeinrichtung und starten die eigentliche Messung der Magnetresonanzdaten erst dann, wenn sie die visuelle Bestätigung erhalten haben, dass sich der Brustkorb des Patienten nicht mehr bewegt. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die vollständige Aufmerksamkeit des Bedieners der Magnetresonanzeinrichtung benötigt wird, welche jedoch für die Überprüfung anderer patientenbezogener Parameter oder gar bereits der Vorbereitung des nächsten Patienten gewidmet werden könnte.
Ferner wurden die Verfahren des Atemtriggerns bzw. Atemgatings vorgeschlagen. Atemgetriggerte Sequenzen werden so modifiziert, dass sie mit ihrem Beginn Phasen des Atemzyklus abwarten, in denen nur eine geringe Bewegung vorliegt. Dabei sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Triggersignale aufzunehmen, die das Erreichen des Beginns einer solchen Phase des Atemzyklus anzeigen. Beim Atemgating werden wiederholt derartige Phasen genutzt. Eine Diskussion von Atemtriggerung und Atemgating findet sich beispielsweise in einem Artikel von C.E. Lewis et al., „Comparison of Respiratory Triggering and Gating Techniques for the Removal of Respiratory Artifacts in MR-Imaging", Radiology 160(3), Seiten 803–810, 1986. Zur Aufnahme der Messdaten, aus denen die den Beginn der Phase im Atemzyklus anzeigenden Triggersignale ermittelt werden, wurden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, beispielsweise die Aufnahme von Navigatordaten mit der Magnetresonanzeinrichtung selbst. Auch dedizierte Atemmessvorrichtungen, insbesondere Atemgürtel, sind im Stand der Technik bereits bekannt. Atemgürtel arbeiten dabei meist mit einer pneumatischen Messmethode. Nachteile dieser Varianten sind beispielsweise, dass, trotzdem weniger Patientenkooperation erforderlich ist, häufig längere Messzeiten benötigt werden, um die Gesamtaufnahmen zu vervollständigen.
Schließlich wurde kürzlich auch die Verwendung automatischer Sprachkommandos vorgeschlagen, wie dies beispielsweise in US 2009/0048505 A1 offenbart ist. Bei einem derartigen Verfahren ist es nicht mehr notwendig, dass die Bediener der Magnetresonanzeinrichtung selbst die Sprachkommandos an den Patienten geben, sondern es ist eine Ausgabeeinheit vorgesehen, die die Sprachkommandos, beispielsweise Atemanhaltekommandos, ausgibt. Konkret ist es dabei bekannt, dass als Atemanhaltekommando eine aufgenommene Sprachnachricht abgespielt wird und die Messung unmittelbar nach dem Ende des Atemanhaltekommandos begonnen wird. Dabei ist jedoch problematisch, dass Patienten zumindest teilweise eine bestimmte Zeit benötigen, um den Zeitpunkt zu erreichen, zu dem der Atemvorgang tatsächlich angehalten wird. So können doch wieder Artefakte auftreten. Das Einfügen einer Pause nach dem Atemanhaltekommando und vor dem Beginn der Aufnahme der Magnetresonanzdaten hätte den Nachteil, dass unterschiedliche Pausen für unterschiedliche Patienten benötigt würden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, welches auch für automatisch ausgegebene Atemanhaltekommandos Artefakte aufgrund von Atembewegungen weitgehend reduziert.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch bei einem das Anhalten der Atmung anzeigenden, aus Messdaten des Patienten ermittelten Triggersignals begonnen wird.
Erst wenn das Triggersignal vorliegt, welches anzeigt, dass die Atmung durch den Patienten tatsächlich angehalten wird, wird die Aufnahme der Magnetresonanzdaten begonnen, beispielsweise also eine Magnetresonanzsequenz gestartet. Die Erfindung stellt also durch eine Messung sicher, dass auch tatsächlich ein Atemanhalten erfolgt ist. Auf diese Weise wird die Robustheit von Magnetresonanzaufnahmen mit automatischen Sprachkommandos, hier Atemanhaltekommandos, verbessert, indem ein auf Messdaten basierendes Triggersignal eingesetzt wird, um den Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Patient tatsächlich den Atem anhält. Auf diese Weise wird auch die Bildqualität bei Verwendung automatischer Atemanhaltekommandos erhöht. Insgesamt kann auf diese Weise auch das Vertrauen von Benutzern in die Verwendung automatischer Sprachkommandos erhöht werden.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass das Atemanhaltekommando selbstverständlich auch Teil einer Sequenz von Sprachkommandos sein kann, die über die Ausgabeeinheit abgespielt werden.
Beispielsweise ist es denkbar, zunächst die Anweisung zu geben, einen tiefen Atemzug zu nehmen, dann auszuatmen, wieder einzuatmen und den Atem anzuhalten. Erst das letzte Kommando ist das eigentliche Atemanhaltekommando; nach diesem beginnt die Messung erfindungsgemäß erst, wenn aus den Messdaten ersichtlich ist, dass der Atem tatsächlich angehalten wird.
Dabei wird es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn die Messdaten wenigstens teilweise aus einer Navigatormessung mit der Magnetresonanzeinrichtung gewonnen werden. Navigatormessungen, insbesondere eindimensionale Navigatormessungen, die die Lage des Zwerchfells überwachen können, haben sich als hervorragender Indikator zur Nachverfolgung der Atembewegung erwiesen, so dass sie auch eingesetzt werden können, um das Nichtvorliegen einer Atembewegung feststellen zu können. Konkrete Möglichkeiten zur Realisierung einer solchen Navigatormessung sind im Stand der Technik bereits weitgehend bekannt und müssen hier nicht näher dargelegt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch denkbar, dass die Messdaten wenigstens teilweise von einer Atemmessvorrichtung gewonnen werden, insbesondere von einem Atemgürtel und/oder einer eine Pickup-Spule umfassenden Atemmessvorrichtung. Derartige, gegebenenfalls ungenauere Messvorrichtungen können im Rahmen der vorliegenden Erfindung ebenso eingesetzt werden, insbesondere, da es ja nur um das Feststellen eines Anhaltens des Atems geht, nicht jedoch eine exakte Bestimmung eines Zeitpunkts im Atemzyklus. Insbesondere sind als Teil einer Atemmessvorrichtung auch Pickup-Spulen denkbar, die beispielsweise auf dem Patienten angeordnet werden können und aufgrund ihrer Bewegung durch die Atmung des Patienten im Magnetfeld der Magnetresonanzeinrichtung als Messdaten induzierte elektrische Signale erzeugen.
Zweckmäßigerweise werden zyklisch eine Position im Atemzyklus beschreibende Messdaten aufgenommen, wobei das Triggersignal in Abhängigkeit einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Messdaten gegeben wird. Nach dem Ende des Sprachkommandos erfolgt mithin eine zyklische Aufnahme von Messdaten, aus denen jeweils erkannt werden kann, in welcher Position im Atemzyklus sich der Patient gerade befindet. Mithin gibt der zeitliche Verlauf dieser Messdaten an, ob ein Atemanhaltevorgang vorliegt, wenn sich die durch sie beschriebene Position im Atemzyklus nicht mehr oder nur wenig verändert. Entsprechend sind verschiedene konkrete Ausgestaltungen zur Erzeugung des Triggersignals aufgrund solcher zyklisch aufgenommener Messdaten denkbar.
So ist es in einer einfachen Ausgestaltung möglich, dass das Triggersignal gegeben wird, wenn ein Betrag der Differenz zwischen den Messdaten der beiden zuletzt vermessenen Zeitpunkte kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Es wird also die aktuell aufgenommene Position im Atemzyklus mit der zuvor aufgenommenen Position im Atemzyklus verglichen, woraufhin dann, wenn keine Bewegung oder eine Bewegung unterhalb des vorbestimmten Schwellwerts vorhanden ist, das Triggersignal gegeben und die Aufnahme der Magnetresonanzdaten gestartet wird.
Denkbar ist es jedoch auch, den Verlauf über einen längeren Zeitraum auszuwerten, so dass beispielsweise vorgesehen sein kann, dass das Triggersignal bei einem auf einen Konvergenzwert konvergierenden Verlauf der wenigstens drei zuletzt aufgenommenen Messdaten gegeben wird. Jedoch sind selbstverständlich auch andere Möglichkeiten denkbar, den zeitlichen Verlauf zu analysieren, um möglichst sicherzustellen, dass tatsächlich ein Anhalten des Atems vorliegt.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Magnetresonanzeinrichtung, umfassend eine Ausgabeeinheit für Atemanhaltekommandos und eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung also eine Triggereinheit umfassen, die Messdaten des Patienten zur Erzeugung eines das Anhalten der Atmung anzeigenden Triggersignals auswertet. Liegt das Triggersignal vor, wird mit der Aufnahme der Magnetresonanzdaten begonnen. Sämtliche Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung übertragen, so dass auch mit dieser die Vorteile der Erfindung erhalten werden können.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 einen Verlauf der Position im Atemzyklus vor der Aufnahme von Magnetresonanzdaten, und
3 eine erfindungsgemäße Magnetresonanzeinrichtung.
1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem Magnetresonanzdaten eines Patienten aufgenommen werden sollen, vorliegend aus dem Brust- und/oder Abdomenbereich als Aufnahmebereich. Hierzu wird dem Patienten üblicherweise ein Atemanhaltekommando gegeben, so dass die Aufnahme der Magnetresonanzdaten mittels einer Magnetresonanzsequenz während des Atemanhaltens erfolgen kann und möglichst frei von Bewegungsartefakten ist. Vor der Durchführung des Verfahrens, wie es in 1 dargestellt ist, erfolgen die üblichen vorbereitenden Schritte, beispielsweise die Positionierung des Patienten innerhalb der Magnetresonanzeinrichtung, die Auswahl und Parametrisierung des Messprogramms und dergleichen.
In einem Schritt 1 wird dann eine Ausgabeeinheit der Magnetresonanzeinrichtung genutzt, um vollautomatisch in den Ablauf des Messprogramms eingebettet eine Reihe von Sprachkommandos auszugeben, die durch das Atemanhaltekommando abgeschlossen wird.
Dann wird jedoch nicht unmittelbar mit der Aufnahme der Magnetresonanzdaten begonnen, sondern es werden zunächst in einem Schritt 2 Messdaten aufgenommen, die die aktuelle Atemposition des Patienten im Atemzyklus beschreiben, vorliegend mittels einer Navigatormessung durch die Magnetresonanzeinrichtung. Zusätzlich oder alternativ können auch Daten über eine Atemmessvorrichtung, insbesondere einen Atemgürtel und/oder eine eine Pick-up-Spule umfassende Atemmessvorrichtung, verwendet werden. Die Aufnahme der Messdaten erfolgt dabei zyklisch, das bedeutet, in festen Zeitabständen.
Sobald zu wenigstens zwei Zeitpunkten Messdaten vorliegen, wird die Differenz der Positionen im Atemzyklus betrachtet. Ist sie kleiner als ein vorgegebener Schwellwert oder gar null, wird in einem Schritt 3 gemäß Pfeil 4 ein Triggersignal ausgegeben und die Aufnahme der Magnetresonanzdaten beginnt, Schritt 5. Ansonsten werden gemäß Pfeil 6 weitere Messdaten aufgenommen, bis die Bedingung zur Erzeugung des Triggersignals gegeben ist.
Dabei sei angemerkt, dass sich die Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Messdaten auch auf mehr als zwei Zeitpunkte beziehen kann, beispielsweise die Konvergenz an einen Konvergenzwert überprüft werden kann, um noch sicherer festzustellen, dass der Patient den Atem anhält.
Dies wird durch 2 näher erläutert, die einen beispielhaften Verlauf 7 der Atemposition im Atemzyklus bei einer Magnetresonanzuntersuchung gemäß der Erfindung zeigt. Dabei werden zunächst, vergleiche Schritt 1, Sprachkommandos 8, 9, 10 akustisch über die Ausgabeeinheit der Magnetresonanzeinrichtung ausgegeben, wobei das Sprachkommando 10 dem Atemanhaltekommando entspricht. Das Sprachkommando 8 kann beispielsweise lauten „Atmen Sie tief ein“, das Sprachkommando 9 „Atmen Sie aus“ und das als Atemanhaltekommando dienende Sprachkommando 10 „Einatmen und Atem anhalten“. Ersichtlich zeigt der Verlauf 7 zunächst das Einatmen und das Ausatmen, woraufhin der dem Atemanhalten vorausgehende Anstieg 11 beim erneuten Einatmen folgt. Nach dem Ende des Sprachkommandos 10 beginnt die Aufnahme der Messdaten (Schritt 2), wobei die gestrichelten Linien 12 die zyklische Aufnahme von Messdaten andeuten. Die Aufnahme der Messdaten erfolgt über einen Zeitraum 13, bis die Triggerbedingung erfüllt und das Triggersignal gegeben ist, vergleich Pfeil 14, sich die Atemposition also kaum noch verändert, Plateau 15, was das Atemanhalten des Patienten anzeigt. Dann kann die Aufnahme der Magnetresonanzdaten stattfinden (Schritt 5), vgl. auch Block 16.
3 zeigt schließlich eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung 17. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 18 auf, die eine Patientenaufnahme 19 definiert, in die ein Patient mittels einer hier nicht näher gezeigten Patientenliege eingefahren werden kann. Die Patientenaufnahme 19 umschließend sind üblicherweise eine Hochfrequenzspulenanordnung und eine Gradientenspulenanordnung angeordnet.
Der Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung 17 wird von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Hierzu kann die Steuereinrichtung 20 eine akustische Ausgabeeinheit 21 ansteuern, um Sprachkommandos auszugeben, insbesondere das Atemanhaltekommando. Die Steuereinrichtung 20 weist ferner eine Triggereinheit 22 auf, die die Messdaten der Navigatormessung empfängt und auswertet sowie bei Eintritt der ein Atemanhalten des Patienten anzeigenden Triggerbedingung das Triggersignal erzeugt, so dass die Aufnahme der Magnetresonanzdaten erfolgen kann. Hierzu kann die Triggereinheit 22 auch Messdaten von einer optional vorgesehenen Atemmessvorrichtung 23, beispielsweise einem Atemgürtel, empfangen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0048505 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

C.E. Lewis et al., „Comparison of Respiratory Triggering and Gating Techniques for the Removal of Respiratory Artifacts in MR-Imaging”, Radiology 160(3), Seiten 803–810, 1986 [0004]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Magnetresonanzeinrichtung (17) zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten eines bei Atmung bewegten Aufnahmebereichs eines Patienten, wobei vor Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch durch eine Ausgabeeinheit (21) der Magnetresonanzeinrichtung (17) ein Atemanhaltekommando an den Patienten ausgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme der Magnetresonanzdaten automatisch bei einem das Anhalten der Atmung anzeigenden, aus Messdaten des Patienten ermittelten Triggersignal begonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten wenigstens teilweise aus einer Navigatormessung mit der Magnetresonanzeinrichtung (17) gewonnen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten wenigstens teilweise von einer Atemmessvorrichtung (23) gewonnen werden, insbesondere von einem Atemgürtel und/oder einer eine Pickup-Spule umfassenden Atemmessvorrichtung.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zyklisch eine Position im Atemzyklus beschreibende Messdaten aufgenommen werden, wobei das Triggersignal in Abhängigkeit einer Auswertung des zeitlichen Verlaufs (7) der Messdaten gegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Triggersignal gegeben wird, wenn ein Betrag der Differenz zwischen den Messdaten der beiden zuletzt vermessenen Zeitpunkte kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Triggersignal bei einem auf einen Konvergenzwert konvergierenden Verlauf der wenigstens drei zuletzt aufgenommenen Messdaten gegeben wird.
Magnetresonanzeinrichtung (17), umfassend eine Ausgabeeinheit (21) für Atemanhaltekommandos und eine Steuereinrichtung (20), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.