DE102019104679A1 - Method for shortening the measurement time in elastography - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kodierung von extern angeregten Schwingungen in Köpergewebe mittels Elastographie-Aufnahmetechniken zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften von Körpergeweben.The invention relates to a method for coding externally excited vibrations in body tissue by means of elastography recording techniques for determining the viscoelastic properties of body tissues.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kodierung von extern angeregten Schwingungen in Köpergewebe mittels Elastographie-Aufnahmetechniken zur Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften von Geweben, insbesondere von Körpergeweben.The invention relates to a method for coding externally excited vibrations in body tissue by means of elastography recording techniques for determining the viscoelastic properties of tissues, in particular body tissues.
Die Elastographie erlaubt die bildgestützte Quantifizierung der viskoelastischen Eigenschaften weicher Gewebe für klinisch-diagnostische Zwecke. Zu den viskoelastischen Eigenschaften, die mittels Elastographie gemessen werden können, zählen unter anderem Schermodul, Youngs- oder Elastizitätsmodul, Verlustmodul, Viskosität, Verlust-Winkel, Powerlaw-Koeffizient sowie die Scherwellengeschwindigkeit. Es ist bekannt, dass viele Erkrankungen, wie Tumore, Leberfibrose oder neurodegenerative Erkrankungen mit einer Veränderung dieser oder anderer mechanischer Parameter einhergehen. Insbesondere die Erkennung der Leberfibrose stellt derzeit die etablierteste Anwendung der Elastographie in der Klinik dar[1].Elastography allows the image-based quantification of the viscoelastic properties of soft tissues for clinical diagnostic purposes. The viscoelastic properties that can be measured by means of elastography include, among other things, the shear modulus, Young's or elasticity modulus, loss modulus, viscosity, loss angle, Powerlaw coefficient and the shear wave speed. It is known that many diseases such as tumors, liver fibrosis or neurodegenerative diseases are associated with a change in these or other mechanical parameters. In particular, the detection of liver fibrosis is currently the most established application of elastography in the clinic [1].
Üblicherweise besteht jede Elastographie-Methode im Wesentlichen aus drei Elementen[2]: 1) Extrinsische oder intrinsische mechanische Anregung von Körpergewebe zur Erzeugung definierter Gewebe-Deformationen, 2) Aufnahme der unter (1) erzeugten Gewebedeformationen als Deformations-Karten, auch Wellenbilder genannt, mittels bewegungssensitiver Techniken der Magnetresonanztomographie (MRT) oder mittels medizinischem Ultraschall (US) und 3) Analyse der unter (2) erzeugten Wellenbilder zur Rekonstruktion von Karten für die Anzeige mechanischer Kenngrößen, meist in Form eines der oben genannten Parameter oder als Kombination derselben.Usually, every elastography method essentially consists of three elements [2]: 1) Extrinsic or intrinsic mechanical stimulation of body tissue to generate defined tissue deformations, 2) Recording of the tissue deformations generated under (1) as deformation maps, also called wave images, using motion-sensitive magnetic resonance imaging (MRT) or medical ultrasound (US) and 3) analysis of the wave images generated under (2) to reconstruct maps for the display of mechanical parameters, usually in the form of one of the above-mentioned parameters or a combination thereof.
Die mechanischen Stimulationen (1) in der US-Elastographie erfolgen meist mittels Acoustic Radiation Force Impulse-Techniken oder extern mittels kurzer Stoßwellenimpulse, die beider maßen eine transiente, lokale Schockwelle im Gewebe anregen, die wiederum transiente Scherwellen induziert[3]. Demgegenüber werden in der MRT-Elastographie(MRE) derzeit zumeist externe Schwingungen durch die periodische Anwendung von akustischer Energie im Körpergewebe angeregt. Hintergrund der Anwendung von periodisch wiederholter Anregung sind zeitliche Limitationen der MRT-Bildaufnahme, die oft eine wiederholte Anwendung von Bildaufnahmeschritten erforderlich macht. Die Wiederholrate dieser Bildaufnahmeschritte liegt im Frequenzbereich der für die Quantifizierung der viskoelastischen Eigenschaften genutzten Scherwellen-Frequenzen im Frequenzbereich von 10 bis 500 Hz für klinische Untersuchungen und im Frequenzbereich von 200 Hz bis 10 kHz für präklinische Untersuchungen an kleinen Versuchstieren oder Gewebeproben. Die wiederholte Anwendung sequenzieller Bildaufnahmeschritte in der MRT, zum Bespiel zur zeilenweisen Abtastung des k-Raums, mit Wiederholzeiten (Engl.: Repetition time, TR) von wenigen Millisekunden bis mehr als 100 Millisekunden erfordert die kontinuierliche oder wiederholte Anwendung der externen mechanischen Stimulationen mittels, zur Bildaufnahme synchronisierter, Aktoren, wodurch sich meist ein Gleichgewichtszustand des Schwingungsverhaltens des Körpergewebes einstellt. TR beschreibt die Wiederholzeit der vollständigen Abfolge der Radiofrequenzimpulse einer Bildaufnahmesequenz. Die inverse Wiederholzeit wird Wiederholrate oder auch Bildaufnahmerate genannt (Engl. Frame rate, FR) [2]. Innerhalb eines TR können entsprechend den bekannten Methoden der MRT Informationen über eine k-Raum Zeile, eine Schicht, eine Schichtgruppe oder das gesamten Untersuchungsvolumen erhalten werden.The mechanical stimulations (1) in US elastography are usually carried out using acoustic radiation force impulse techniques or externally using short shock wave impulses, both of which stimulate a transient, local shock wave in the tissue, which in turn induces transient shear waves [3]. In contrast, in MRT elastography (MRE), mostly external vibrations are currently stimulated through the periodic application of acoustic energy in the body tissue. The background to the use of periodically repeated excitation is the time limitations of the MRT image acquisition, which often necessitate the repeated application of image acquisition steps. The repetition rate of these image acquisition steps is in the frequency range of the shear wave frequencies used for quantifying the viscoelastic properties in the frequency range from 10 to 500 Hz for clinical examinations and in the frequency range from 200 Hz to 10 kHz for preclinical examinations on small test animals or tissue samples. The repeated use of sequential image acquisition steps in MRT, for example for line-by-line scanning of k-space, with repetition times (TR) from a few milliseconds to more than 100 milliseconds, requires the continuous or repeated application of external mechanical stimulations using, for image acquisition of synchronized actuators, which usually results in a state of equilibrium of the vibration behavior of the body tissue. TR describes the repetition time of the complete sequence of radio frequency pulses in an image acquisition sequence. The inverse repetition time is called the repetition rate or frame rate (FR) [2]. According to the known methods of MRT, information about a k-space line, a slice, a slice group or the entire examination volume can be obtained within a TR.
Als Aktoren finden in der MRE derzeit vor allem geteilte Systeme Anwendung, die aus einem aktiven Teil und einem passiven Teil bestehen. Der aktive Teil erzeugt die akustische Energie, während der passive Teil diese akustische Energie ohne Interferenzen zu MRT-Magnetfeld und Magnetfeldgradienten der Bildaufnahmesequenz in das Körpergewebe überträgt. Aktive Aktoren sind derzeit meist auf der Grundlage von Lautsprechern, Shakern, piezoelektrischen Elementen oder Schrittmotoren aufgebaut. Die passiven Elemente bestehen derzeit meist aus Membranen, starren Gestängen, Aufsatzplatten oder Schwungmassen [2]. Eine eigenständige Kategorie von Aktoren in der MRE nutzt periodisch geschaltete Druckluftimpulse als Quelle für die akustische Energie zur Erzeugung von Gewebedeformationen.The MRE currently mainly uses divided systems as actuators, which consist of an active part and a passive part. The active part generates the acoustic energy, while the passive part transmits this acoustic energy into the body tissue without interference to the MRI magnetic field and magnetic field gradients of the image acquisition sequence. Active actuators are currently mostly based on loudspeakers, shakers, piezoelectric elements or stepper motors. The passive elements currently consist mostly of membranes, rigid rods, attachment plates or flywheels [2]. A separate category of actuators in the MRE uses periodically switched compressed air pulses as a source for the acoustic energy to generate tissue deformations.
Derzeit liegt allen MRE-Verfahren die Synchronizität von periodischer akustischen Energie mit Periodendauer TA (Schwingungsfrequenz FS = 1/TA) und MRT-Bildaufnahmemit der Wiederholzeit TR zugrunde. Konkret erfordert die Synchronisierung von TA-periodischer akustischer Anregung mit TR-periodischer Bildaufnahme-Sequenzeine der folgenden Möglichkeiten:
- i) Die akustische Stimulation wird nach jedem TR oder nach jedem TR-Vielfachen neu initiiert (Burst-Modus) [4].
- ii) Die akustische Stimulation wird nach jedem TR oder nach jedem TR-Vielfachen neu synchronisiert (Phasenversatz-Modus) [5].
- iii) Die akustische Stimulation und die Dauer der Bildaufnahmeschritte sind so aufeinander angepasst, dass eines der Verhältnisse TA/TR oder TR/TA ganzzahlige Vielfache bilden (kontinuierlicher Modus) [6].
- i) The acoustic stimulation is re-initiated after each TR or after each TR multiple (burst mode) [4].
- ii) The acoustic stimulation is re-synchronized after each TR or after each TR multiple (phase shift mode) [5].
- iii) The acoustic stimulation and the duration of the image recording steps are adapted to one another in such a way that one of the ratios TA / TR or TR / TA form integer multiples (continuous mode) [6].
Fehlende Synchronisierung von periodischer akustischer Energie und periodischer Bildaufnahme verursacht Bildartefakte, da jeder Bildaufnahmeschritt eine zusätzliche, von der jeweiligen akustischen Schwingungsphase abhängige Bildphase akkumuliert, was insbesondere in der MRT aufgrund der Phasen-Sensitivität der Bildrekonstruktion zu störenden Interferenzen, d.h. Signalschwebungen im k-Raum, führt [2]. Demgegenüber vermeidet die Synchronisierung von periodischer akustischer Energie und periodischer Bildaufnahme Interferenzen zwischen der Bildaufnahme und der Kodierung der akustischen Wellen. Die resultierenden Wellenbilder, das initiale Ergebnis einer MRE-Untersuchung, stellen die Gewebeschwingungen mit einer bestimmten Wellenphase der periodischen mechanischen Anregung dar. Aus diesen Wellenbildern werden viskoelastische Kenngrößen rekonstruiert. A lack of synchronization of periodic acoustic energy and periodic image acquisition causes image artifacts, since each image acquisition step accumulates an additional image phase, which is dependent on the respective acoustic oscillation phase, which in particular in MRT due to the phase sensitivity of image reconstruction leads to disruptive interferences, i.e. signal fluctuations in k-space, leads [2]. In contrast, the synchronization of periodic acoustic energy and periodic image recording avoids interference between the image recording and the coding of the acoustic waves. The resulting wave images, the initial result of an MRE examination, represent the tissue vibrations with a specific wave phase of the periodic mechanical excitation. Viscoelastic parameters are reconstructed from these wave images.
Für die Rekonstruktion viskoelastischer Kenngrößen aus den Wellenbildern muss die Wellenphase relativ zur Aufnahme des Wellenbildes so zyklisiert werden, dass das räumliche Fortschreiten der Gewebeschwingungen durch das untersuchte Medium im Wellenbild sichtbar wird. Aus diesem Grund wird in der MRE nach den oben genannten Synchronisierungsschemata(i-iii) die Bildaufnahme mit unterschiedlichen relativen Phasenlagen zwischen periodischer akustischer Energie und periodischer Wellenbild-Aufnahme wiederholt, um somit eine Serie von Wellenbildern mit inkrementell fortschreitender Wellenphase zu erzeugen. Die Wiederholung der Bildaufnahme zur Kodierung der Wellen mit unterschiedlicher Schwingungsphase führt zu einer wesentlichen Verlängerung einer Elastographie-Untersuchung, da jeder aufgenommene Phasenschritt der Wellen-Propagation eine eigenständige Bildaufnahme erfordert.For the reconstruction of viscoelastic parameters from the wave images, the wave phase must be cyclized relative to the recording of the wave image in such a way that the spatial progression of the tissue oscillations through the examined medium becomes visible in the wave image. For this reason, the MRE repeats the image recording with different relative phase positions between periodic acoustic energy and periodic wave image recording according to the above synchronization schemes (i-iii) in order to generate a series of wave images with an incrementally advancing wave phase. The repetition of the image recording for coding the waves with different oscillation phases leads to a substantial extension of an elastography examination, since each recorded phase step of the wave propagation requires an independent image recording.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne die beispielhaft aufgeführten Varianten der Synchronisierung von akustischer Energie und Bildaufnahmeverfahren, das Schwingungsverhalten von Gewebe, insbesondere Körpergewebe, zeitaufgelöst zu kodieren, um unter anderem aufgrund verkürzter Messzeiten die viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes genauer und zeitaufgelöst quantifizieren zu können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The invention is based on the object of encoding the vibration behavior of tissue, in particular body tissue, in a time-resolved manner, without the exemplified variants of the synchronization of acoustic energy and image recording methods, in order to be able to quantify the viscoelastic properties of the tissue more precisely and in a time-resolved manner, among other things due to shorter measurement times. According to the invention, this object is achieved by a method having the features according to
Es wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welches Schwingungen in Gewebe, im Folgenden ‚Gewebeschwingungen‘ genannt, mittels Elastographietechniken kodiert. Kodiert beschreibt im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Abtasten der Gewebeschwingungen über ein definiertes Zeitintervall dadurch, dass die durch ein Bildaufnahmeverfahren aufgenommenen Signale linear abhängig von der Auslenkung der Gewebeteilchen verändert werden. Das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Gewebe kann insbesondere Körpergewebe sein. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass mindestens für die Aufnahmezeit einer Sequenz von N Wellenbildern mit einer Bildwiederholrate FR durch ein Bildaufnahmeverfahren kontinuierlich akustische Energie zugeführt wird und ein Gleichgewichtszustand von Gewebeschwingungen mit mindestens einer definierten Schwingungsfrequenz FS erzeugt wird; diese Gewebeschwingungen unter der Bedingung FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ} mit N Stützstellen durch das Bildaufnahmeverfahren kodiert werden; und daraus die zeitlichen Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes bestimmt werden.A method is made available which encodes vibrations in tissue, hereinafter referred to as “tissue vibrations”, using elastography techniques. In the context of the present invention, encoded describes the scanning of the tissue vibrations over a defined time interval in that the signals recorded by an image recording method are changed linearly as a function of the deflection of the tissue particles. The tissue used in the method according to the invention can in particular be body tissue. Furthermore, the method according to the invention is characterized in that at least for the recording time of a sequence of N wave images with an image repetition rate FR, acoustic energy is continuously supplied by an image recording method and a state of equilibrium of tissue vibrations with at least one defined vibration frequency FS is generated; these tissue vibrations are coded under the condition FS / FR ≠ ½ · K {K ∈ ℕ} with N support points by the image acquisition process; and from this the changes over time in the viscoelastic properties of the tissue are determined.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the method according to the invention are specified in the subclaims.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass für elastographische Untersuchungen, Gewebe kontrolliert mechanisch mittels akustischer Anregungseinheiten stimuliert werden, wobei die externen Anregungseinheiten mit definierten Schwingungsfunktionen so bewegt werden, dass sich ein Gleichgewichtszustand der Gewebeschwingung einstellt. Der Gleichgewichtszustand der Gewebeschwingungen wird dabei durch kontinuierliche akustische Energiezufuhr erzielt, wobei der Zeitbereich der akustischen Energiezufuhr mindestens die Aufnahmezeit einer Sequenz von N Wellenbildern mit Bildwiederholrate FR, d.h. N/FR umfasst. Die Schwingungsfunktionen entsprechen periodischen Anregungsfunktionen mit mindestens einer definierten harmonischen Schwingungsfrequenz FS=1/TA und werden entweder gänzlich unsynchronisiert oder nur teilweise synchronisiert zu den einzelnen Bildaufnahmeschritten eines Bildaufnahmeverfahrens angewandt. Durch das Bildaufnahmeverfahren werden erfindungsgemäß die Gewebeschwingungen kodiert, wenn sich diese im Gleichgewichtszustand befinden.According to the invention, for elastographic examinations, tissue is mechanically stimulated in a controlled manner by means of acoustic excitation units, the external excitation units being moved with defined vibration functions in such a way that a state of equilibrium is established for the tissue vibration. The state of equilibrium of the tissue oscillations is achieved by continuous acoustic energy supply, the time range of the acoustic energy supply being at least the recording time of a sequence of N wave images with a frame rate FR, i.e. N / FR includes. The oscillation functions correspond to periodic excitation functions with at least one defined harmonic oscillation frequency FS = 1 / TA and are applied either completely unsynchronized or only partially synchronized to the individual image recording steps of an image recording process. According to the invention, the tissue vibrations are encoded by the image recording method when they are in a state of equilibrium.
Im untersuchten Gewebe können durch die Anregung mit akustischen Schwingungen stehende Wellen entstehen, diese verursachen im Wellenbild Artefakte, die die Bildqualität beeinträchtigen können. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden daher mehrere Gewebeschwingungen mit verschiedenen Schwingungsfrequenzen FS durch das erfindungsgemäße Verfahren kodiert. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass stehende Wellen ausgeglichen werden können und damit Artefakte im Wellenbild minimiert bzw. verhindert werden. Damit können die viskoelastischen Eigenschaften des untersuchten Körpergewebes genauer, im Vergleich zur Kodierung einer einzelnen Schwingungsfrequenz FS mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmen werden.In the examined tissue, standing waves can arise due to the excitation with acoustic oscillations; these cause artifacts in the wave image that can impair the image quality. In one embodiment of the method according to the invention, several tissue oscillations with different oscillation frequencies FS are therefore encoded by the method according to the invention. This embodiment offers the advantage that standing waves can be compensated and thus artifacts in the wave pattern are minimized or prevented. The viscoelastic properties of the examined body tissue can thus be determined more precisely in comparison to the coding of an individual oscillation frequency FS with the method according to the invention.
Geeignete Bildaufnahmeverfahren, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, stellen die Magnetresonanz-Tomographie oder medizinischer Ultraschall dar. Suitable image recording methods that can be used in the method according to the invention are magnetic resonance tomography or medical ultrasound.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Magnetresonanz-Tomographie als Bildaufnahmeverfahren verwendet, womit durch das erfindungsgemäße Verfahren neue MRE-Verfahren zur Verfügung gestellt werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, magnetic resonance tomography is used as the image recording method, with which new MRE methods are made available by the method according to the invention.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine zeitliche Serie (Sequenz) von N akustischen Wellenbildern, mit der Bildwiederholrate FR, innerhalb einer Messzeit von N*TR (=N/FR) aufgenommen, so dass das zeitliche Schwingungsverhalten des untersuchten Körpergewebes mit Schwingungsfrequenz FS mit der Anzahl von N-Stützstellen kodiert (abgetastet) wird. Durch die notwendige Bedingung, dass das Verhältnis FS/FR nicht ein beliebiges ganzzahliges Vielfaches von ½ annimmt (FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ}) wird sichergestellt, dass in der Sequenz der aufgenommenen Wellenbilder eine kontinuierliche Verschiebung der periodischen akustischen Wellenphase kodiert wird, wobei mit FS/FR < ½ die tatsächliche Frequenz der Gewebeschwingungen mit mehr als 2 Stützstellen pro Wellenperiode abgetastet wird, während mit FS/FR > ½ nicht die tatsächliche Frequenz der Gewebeschwingungen sondern scheinbar niederfrequente Pseudo-Schwingungen kodiert (abgetastet) werden, deren tatsächliche Frequenzlagen aufgrund definierter Schwingungsfunktionen der akustischen Anregung bekannt sind und so zur Rekonstruktion der viskoelastischen Eigenschaften des untersuchten Gewebes genutzt werden können.In the method according to the invention, a temporal series (sequence) of N acoustic wave images, with the frame rate FR, is recorded within a measurement time of N * TR (= N / FR), so that the temporal oscillation behavior of the examined body tissue with oscillation frequency FS with the number is encoded (scanned) by N interpolation points. The necessary condition that the ratio FS / FR does not assume any integer multiple of ½ (FS / FR ≠ ½ · K {K ∈ ℕ}) ensures that there is a continuous shift of the periodic acoustic wave phase in the sequence of the recorded wave images is coded, whereby with FS / FR <½ the actual frequency of the tissue vibrations is scanned with more than 2 interpolation points per wave period, while with FS / FR> ½ not the actual frequency of the tissue vibrations but apparently low-frequency pseudo-vibrations are coded (scanned), whose actual frequency positions are known based on defined vibration functions of the acoustic excitation and can thus be used to reconstruct the viscoelastic properties of the tissue being examined.
Die Erfindung stellt daher ein Verfahren bereit, bei dem mindestens eine Schwingungsfrequenz FS der Gewebeschwingungen kleiner ist als die halbe Bildaufnahmerate FR/2 des Bildaufnahmeverfahrens und bei dem das zeitliche Schwingungsverhalten der Gewebeschwingungen mit dieser mindestens einen Schwingungsfrequenz FS mit mindestens zwei Stützstellen pro Schwingungsperiode abgetastet und zur Quantifizierung der viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes genutzt wird.The invention therefore provides a method in which at least one oscillation frequency FS of the tissue oscillations is less than half the image acquisition rate FR / 2 of the image acquisition method and in which the temporal oscillation behavior of the tissue oscillations is scanned and for this at least one oscillation frequency FS with at least two support points per oscillation period Quantification of the viscoelastic properties of the tissue is used.
Diese Ausführungsform ist besonders geeignet zur Aufnahme von Gewebeschwingungen mit geringen akustischen Frequenzen mittels eines Bildaufnahmeverfahrens welches sich durch hohe Bildwiederholraten auszeichnet. Geringe akustische Frequenzen haben den Vorteil, dass die erzeugten Gewebeschwingungen praktisch ungedämpft den Körper durchdringen.This embodiment is particularly suitable for recording tissue vibrations with low acoustic frequencies by means of an image recording method which is characterized by high frame rates. Low acoustic frequencies have the advantage that the tissue vibrations generated penetrate the body with practically no dampening.
Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren zur Verfügung bei dem mindestens eine Schwingungsfrequenz FS der Gewebeschwingungen größer ist als die halbe Bildaufnahmerate FR/2 des Bildaufnahmeverfahrens und bei dem bei der Abtastung dieser mindestens einen Schwingungsfrequenz FS eine Pseudo-Schwingungsfrequenz abgetastet wird mit der die viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes bestimmt werden.Furthermore, the invention provides a method in which at least one oscillation frequency FS of the tissue oscillations is greater than half the image recording rate FR / 2 of the image recording method and in which when this at least one oscillation frequency FS is scanned, a pseudo-oscillation frequency is scanned with which the viscoelastic properties of the Tissue can be determined.
Diese Ausführungsform ist besonders geeignet für elastographische Untersuchungen, bei denen viele Wellen innerhalb eines Organs beobachtet werden sollen und deshalb höhere Anregungsfrequenzen eingestellt werden müssen.This embodiment is particularly suitable for elastographic examinations in which many waves are to be observed within an organ and therefore higher excitation frequencies must be set.
Die aufgenommene Sequenz akustischer Wellenbilder mit fortschreitender Wellenphase kann über geeignete Bildnachverarbeitungsschritte in eine Abfolge komplexer Wellenbilder transformiert werden, die die akustische Energie bei den Frequenzen FS±BW zeigen, wobei BW die Bandbreite des Frequenzfilters definiert.The recorded sequence of acoustic wave images with advancing wave phase can be transformed into a sequence of complex wave images using suitable image post-processing steps, which show the acoustic energy at the frequencies FS ± BW, BW defining the bandwidth of the frequency filter.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bildaufnahme mit einem Bildaufnahmeverfahren unsynchronisiert zur Erzeugung der akustischen Energie.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the image recording is carried out using an image recording method in an unsynchronized manner to generate the acoustic energy.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, elastographische Untersuchungen ohne Synchronisierungskanal zwischen periodischer akustischer Energie und Bildaufnahmeverfahren durchzuführen und dadurch auf zusätzliche Hardware-Komponenten und deren Ansteuerung durch die periodische Bildaufnahmesequenz zu verzichten. Durch die Einsparung von Hardware-Komponenten zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine höhere Kosteneffizienz und damit durch eine höhere Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu den Verfahren aus, die einen solchen Synchronisierungskanal benötigen. Darüber hinaus führt die Einsparung von Hardware-Komponenten zu einer verringerten Anfälligkeit gegenüber Reparaturen und einem geringerem Wartungsaufwand.An essential advantage of this embodiment of the method according to the invention is to carry out elastographic examinations without a synchronization channel between periodic acoustic energy and image recording method and thus to dispense with additional hardware components and their control by the periodic image recording sequence. By saving hardware components, the method according to the invention is characterized by higher cost efficiency and thus higher economic efficiency compared to the methods that require such a synchronization channel. In addition, the saving of hardware components leads to a reduced susceptibility to repairs and less maintenance.
Darüber hinaus wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein gesamtes Wellenbild innerhalb einer Bildwiederholrate FR durch das Bildaufnahmeverfahren aufgenommen. Umgehend erfolgen daraufhin die Analyse der viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes und deren Darstellung in Viskoelastizitätskarten. Sowohl die Aufnahme des Wellenbildes, als auch die Analyse und Darstellung der viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes erfolgen in Echtzeit. Das heißt, in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein gesamtes Wellenbild innerhalb einer Wiederholrate FR aufgenommen und die Abtastung der Gewebeschwingungen erfolgt in Echtzeit. Echtzeit bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung die unsynchronisierte Kodierung der Gewebeschwingungen und die Erstellung aussagekräftiger Viskoelastizitätskarten in kurzen zeitlichen Inkrementen, beispielhaft von weniger als eine Sekunde. Dadurch ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, Gewebeschwingungen in Echtzeit abzutasten und die dazugehörigen viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes darzustellen.Furthermore, in a preferred embodiment of the invention, an entire wave image is recorded within a frame rate FR by the image recording method. The analysis of the viscoelastic properties of the fabric and their representation in viscoelastic maps are then carried out immediately. Both the recording of the wave image and the analysis and display of the viscoelastic properties of the tissue take place in real time. That is to say, in a preferred embodiment of the invention, an entire wave image is recorded within a repetition rate FR and the tissue oscillations are sampled in real time. In the context of the present invention, real time means the unsynchronized coding of the Tissue vibrations and the creation of meaningful viscoelasticity maps in short time increments, for example of less than a second. As a result, the method according to the invention makes it possible to scan tissue vibrations in real time and to display the associated viscoelastic properties of the tissue.
Viskoelastizitätskarten stellen die räumliche Veränderung der Viskoelastizität anhand einer oder mehrerer der oben genannten viskoelastischen Kenngrößen dar. Beispielhaft kann eine Viskoelastizitätskarte die Scherwellengeschwindigkeit als quantitativen Bildkontrast darstellen.Viscoelasticity maps show the spatial change in viscoelasticity based on one or more of the viscoelastic parameters mentioned above. For example, a viscoelastic map can show the shear wave velocity as a quantitative image contrast.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die MRT als Bildaufnahmeverfahren verwendet, um Wellenbilder unsynchronisiert zur Erzeugung der akustischen Energie aufzunehmen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Nutzung der MRT als Bildaufnahmeverfahren besteht im Verzicht auf die, bei bekannten MRE-Verfahren notwendigen Wiederholungen der Bildaufnahme zur Kodierung des Fortschreitens der akustischen Wellen. Damit wird ein MRE-Verfahren zur Verfügung gestellt, welches eine signifikant schnellere Messung im Vergleich zu den bekannten MRE-Verfahren ermöglicht. Während bisherige Aufnahmedauern in der MRE im Bereich von mehreren Minuten liegen, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren in Kombination mit der MRT als Bildaufnahmeverfahren die Durchführung einer MRE-Messung in Echtzeit, so können beispielhaft mit einer Wiederholzeit für ein Wellenbild (Einzelbild-TR) von 40 Millisekunden 25 Wellenbildern pro Sekunde aufgenommen werden. Bei einer kontinuierlichen Anwendung über 10 Sekunden können daraus bis zu 250 Viskoelastizitätskarten erstellt werden, um zum Beispiel die Änderung der mechanischen Eigenschaften eines Skelettmuskels bei Arbeitsbelastung zu quantifizieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht damit überhaupt erst die Durchführung von Elastographieuntersuchungen mittels MRE-Verfahren in Echtzeit, wodurch Änderungen von viskoelastischen Eigenschaften von Geweben in Echtzeit durch das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt werden können.In a preferred embodiment of the method according to the invention, MRT is used as an image recording method in order to record wave images in an unsynchronized manner for generating the acoustic energy. A further advantage of the method according to the invention when using MRT as an image recording method consists in dispensing with the repetitions of the image recording necessary in known MRE methods to encode the progression of the acoustic waves. This provides an MRE method that enables significantly faster measurement compared to the known MRE method. While previous recording times in the MRE are in the range of several minutes, the method according to the invention in combination with the MRT as an image recording method allows an MRE measurement to be carried out in real time, for example with a repetition time for a wave image (single image TR) of 40 milliseconds 25 wave images per second are recorded. If used continuously for 10 seconds, up to 250 viscoelasticity maps can be created from this, for example to quantify the change in the mechanical properties of a skeletal muscle during workload. The method according to the invention therefore makes it possible for the first time to carry out elastography examinations using the MRE method in real time, whereby changes in viscoelastic properties of tissues can be represented in real time by the method according to the invention.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich unterschiedliche MRE-Aufnahmetechniken, die den k-Raumbeispielhaft in kartesischen, radialen oder spiralförmigen Koordinaten in einem einzelnen Schritt oder mehreren Segmenten abtasten.Different MRE recording techniques are suitable for the method according to the invention, which scan the k-space, for example in Cartesian, radial or spiral coordinates, in a single step or in several segments.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren, als MRE-Verfahren mit einer Teil-Synchronisierung zur akustischen Anregung und optional zu periodischen physiologischen Aktivitäten des untersuchten Gewebes durchgeführt. Diese Ausführungsform kann in Kombination mit einer segmentierten Aufnahme des k-Raumes angewandt werden, das heißt der k-Raum wird in n-Segmenten ausgelesen, und das erfindungsgemäße Verfahren kann damit eine hohe Bildqualität bieten, da im Gegensatz zur unsegmentierten Aufnahme n-mal mehr Bildpunkte aufgenommen werden.In a further preferred embodiment, the method according to the invention is carried out as an MRE method with partial synchronization for acoustic excitation and optionally for periodic physiological activities of the tissue examined. This embodiment can be used in combination with a segmented recording of the k-space, that is, the k-space is read out in n-segments, and the method according to the invention can thus offer a high image quality, since in contrast to the unsegmented recording n times more Pixels are recorded.
Bei einer segmentierten Kodierung des k-Raums wird der k-Raum in n Segmenten ausgelesen, so dass nach der Aufnahme von n-Segmenten ein vollständiges Wellenbild aufgenommen worden ist. Die Wiederholzeit TR ist bei segmentierter Aufnahme die Wiederholzeit für ein Segment und die Wiederholrate FR entsprechend die Wiederholrate pro Segment. Nach TR_S=n*TR bzw. FR_S=FR/n ist ein vollständiges Wellenbild aufgenommen, wobei TR_S und FR_S die Wiederholzeit bzw. die Wiederholrate für ein vollständiges Wellenbild bei segmentierter Aufnahme beschreiben. Die Abtastung der Gewebsschwingung mit der mindestens einen definierten Schwingungsfrequenz FS wird unter der Bedingung FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ} durchgeführt. Das heißt, die Bildaufnahme mit einem Bildaufnahmeverfahren, wie der MRT, wird mit n-Unteraufnahmen (n Segmenten) pro Wellenbild durchgeführt. In dieser Ausführungsform erfordert die segmentierte Kodierung des k-Raums eine Re-Synchronisierung der Bildaufnahme mit der akustischen Anregung für jedes der n Segmente der k-Raum-Aufnahme, d.h. es muss auf die zeitharmonischen akustischen Vibrationen (akustische Anregung) zu Beginn jeder Segmentaufnahme synchronisiert werden. Die Synchronisierung auf den Beginn der Bildaufnahme jedes k-Raum-Segments wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Teil-Synchronisierung bezeichnet. Im Vergleich zum oben genannten bekannten Stand der Technik, erlaubt die Teil-Synchronisierung immer noch eine deutliche Reduktion der Messzeit, da nicht auf unterschiedliche Phasen der Gewebeschwingung synchronisiert werden muss. Dies führt insgesamt zu einer deutlichen Verkürzung der Untersuch u ngszeiten.In the case of a segmented coding of the k-space, the k-space is read out in n segments, so that a complete wave image has been recorded after the recording of n-segments. With segmented recording, the repetition time TR is the repetition time for a segment and the repetition rate FR is the repetition rate per segment. According to TR_S = n * TR or FR_S = FR / n, a complete wave image is recorded, with TR_S and FR_S describing the repetition time or the repetition rate for a complete wave image with segmented recording. The sampling of the tissue oscillation with the at least one defined oscillation frequency FS is carried out under the condition FS / FR ≠ ½ · K {K ∈ ℕ}. That is, the image acquisition with an image acquisition method such as MRT is performed with n sub-shots (n segments) per wave image. In this embodiment, the segmented coding of the k-space requires a re-synchronization of the image recording with the acoustic excitation for each of the n segments of the k-space recording, i.e. it must be synchronized to the time-harmonic acoustic vibrations (acoustic excitation) at the beginning of each segment recording. The synchronization to the beginning of the image acquisition of each k-space segment is referred to as partial synchronization in the context of the present invention. In comparison to the known prior art mentioned above, the partial synchronization still allows a significant reduction in the measurement time, since there is no need to synchronize to different phases of the tissue vibration. Overall, this leads to a significant reduction in examination times.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Bildaufnahme mit einem Bildaufnahmeverfahren segmentiert mit n-Unteraufnahmen pro Wellenbild und einer Wiederholrate pro Wellenbild FR_S = FR/n so, dass die kontinuierlichen Gewebeschwingungen mit N Stützstellen durch n-fache Wiederholung der Bildaufnahme synchronisiert zur Schwingungsphase der Gewebeschwingungen abgetastet werden.In one embodiment of the method according to the invention, the image recording is carried out using an image recording method segmented with n sub-recordings per wave image and a repetition rate per wave image FR_S = FR / n so that the continuous tissue oscillations with N support points are synchronized with the oscillation phase of the tissue oscillations by repeating the image n times are scanned.
Mit dieser Ausführungsform lassen sich vorteilhafterweise vor allem periodische Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe erfassen bei gleichzeitig hoher Bildauflösung und Bildqualität, da aufgrund der n-fachen Auslesung des k-Raums im Vergleich zur schnelleren einfachen Auslesung n-mal mehr Bildpunkte akquiriert werden können. Um periodische Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu erfassen, wird nicht nur auf die zeitharmonischen akustischen Vibration (akustische Anregung) zu Beginn jeder Segmentaufnahmen synchronisiert, sondern darüber hinaus zur periodischen physiologischen Aktivität. Die Synchronisierung mit physiologischer periodischer Aktivität ist notwendig, wenn die gesamte Bildaufnahmezeit die Periodenzeit der physiologischen Aktivität überschreitet, wie beispielsweise im Falle der Herzaktivität. Um die Änderung der Myokartsteifigkeit während des Herzschlags zu messen, sollte vorzugsweise eine Serie von Bildaufnahmeschritten zur kontinuierlichen Kodierung der Gewebeschwingung für das n-te k-Raum-Segment so durchgeführt werden, das die Aufnahme mit dem eingehenden Signal des Physiologie-Triggers, zum Beispiel dem EKG, beginnt. Die Teil-Synchronisierung für die Aufnahme der folgenden Serie von Bildaufnahmeschritten für das (n+1) te k-Raum-Segement erfolgt dann so, dass die Untersuchung wieder mit dem eingehenden Signal des Physiologie-Triggers beginnt.With this embodiment, periodic changes in the viscoelastic properties of tissue in particular can advantageously be recorded with high image resolution and image quality at the same time, since n times more pixels are acquired due to the n-fold reading of k-space compared to the faster simple reading can. In order to detect periodic changes in the viscoelastic properties of tissue with the method according to the invention, synchronization is not only made with the time-harmonic acoustic vibration (acoustic excitation) at the beginning of each segment recording, but also with the periodic physiological activity. The synchronization with physiological periodic activity is necessary when the total image recording time exceeds the period time of the physiological activity, such as in the case of cardiac activity. In order to measure the change in myocardial stiffness during the heartbeat, a series of image acquisition steps should preferably be carried out for the continuous coding of the tissue vibration for the nth k-space segment in such a way that the acquisition is carried out with the incoming signal from the physiology trigger, for example the EKG, begins. The partial synchronization for the recording of the following series of image recording steps for the (n + 1) th k-space segment then takes place in such a way that the examination begins again with the incoming signal from the physiology trigger.
Im Gegensatz zum herkömmlichen Elastographie-Verfahren, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren damit die Beobachtung der Veränderung der viskoelastischen Eigenschaften von Körpergewebe über ein beliebiges Zeitfenster mit hoher zeitlicher Auflösung, d.h. Abtastrate FR. Jede MRE-Aufnahmetechnik, die die Aufnahme von Wellenbildern innerhalb eines einzelnen TR oder bei n-maliger Segmentierung des k-Raums innerhalb n·TR in unmittelbarer zeitlichen Abfolge von N-maliger Anregung und Aufnahme der Bildsignale erlaubt, und die Bedingung FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ} zur Kodierung des Schwingungsverhaltens von Körpergewebe mit N Stützstellen erfüllt, ist für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Die unmittelbare Abfolge von N-maliger Anregung und Aufnahme der Bildsignale erzeugt einen Gleichgewichtzustand der Magnetisierung im MRT und wird deshalb steadystate Sequenz genannt.In contrast to the conventional elastography method, the method according to the invention thus enables the change in the viscoelastic properties of body tissue to be observed over any time window with high temporal resolution, i.e. Sampling rate FR. Any MRE recording technique that allows the recording of wave images within a single TR or with n-times segmentation of k-space within n · TR in a direct temporal sequence of N-times excitation and recording of the image signals, and the condition FS / FR ≠ ½ · K {K ∈ ℕ} for coding the vibration behavior of body tissue with N support points is suitable for the method according to the invention. The immediate sequence of N-times excitation and recording of the image signals creates a state of equilibrium of the magnetization in the MRT and is therefore called the steadystate sequence.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der Möglichkeit der Quantifizierung schneller zeitlicher Veränderung der viskoelastischen Eigenschaften von Körpergewebe aufgrund periodischer physiologischer Prozesse wie beispielhaft Myokardkontraktion oder arterielle Pulsation. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können daher periodische Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe bestimmt werden.One advantage of the method according to the invention is the possibility of quantifying rapid changes over time in the viscoelastic properties of body tissue due to periodic physiological processes such as myocardial contraction or arterial pulsation. In one embodiment of the method according to the invention, periodic changes in the viscoelastic properties of tissue can therefore be determined.
Mittels der beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung zur Echtzeit-Kodierung können auch Änderungen der viskoelastischen Eigenschaften von Körpergewebe aufgrund nicht-periodischer physiologischer Prozesse, wie beispielhaft Muskelfunktion, unregelmäßige Atmung oder Bewegung und Lageveränderung von Organen quantifiziert werden.By means of the exemplary embodiment of the invention for real-time coding, changes in the viscoelastic properties of body tissue due to non-periodic physiological processes, such as muscle function, irregular breathing or movement and changes in position of organs, can also be quantified.
Viele Erkrankungen, wie beispielsweise Tumore, Leberfibrose oder neurodegenerative Erkrankungen führen zu Veränderungen des betroffenen Gewebes, die sich auf dessen Funktionalität auswirken. Das von der Erkrankung betroffene Gewebe zeichnet sich auch durch veränderte mechanische Eigenschaften aus, welche wiederum durch das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt werden können. In einer Ausführungsform stellt die Erfindung daher ein Verfahren zur Verfügung, mit dem funktionelle Veränderungen von Gewebe über dessen viskoelastische Eigenschaften bestimmt werden.Many diseases such as tumors, liver fibrosis or neurodegenerative diseases lead to changes in the affected tissue that affect its functionality. The tissue affected by the disease is also characterized by changed mechanical properties, which in turn can be determined by the method according to the invention. In one embodiment, the invention therefore provides a method with which functional changes in tissue are determined via its viscoelastic properties.
Damit stellt die Erfindung ein nicht invasives diagnostisches Mittel zur Verfügung, um Erkrankungen, die mit einer funktionellen Veränderung von Gewebe einhergehen, zu charakterisieren.The invention thus provides a non-invasive diagnostic means for characterizing diseases which are associated with a functional change in tissue.
Das beispielhaft beschriebene Verfahren weist folgende Vorteile auf:
- • Das Verfahren bietet die Möglichkeit, kontinuierliche zeitharmonische akustische Vibrationen von Gewebe, insbesondere Körpergewebe, unsynchronisiert zur Aufnahme der Signale durch ein Bildaufnahmeverfahren in ein medizinisches Schnittbild zu kodieren und mit hoher zeitlicher Auflösung, nämlich in Echtzeit, Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften des Gewebes zu quantifizieren.
- • Zur Verbesserung der Bildauflösung und -qualität kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer segmentierten Bildaufnahme kombiniert werden, insofern lediglich auf die zeitharmonischen akustischen Vibration zu Beginn der Segmentaufnahmen sowie optional zu einer periodischen physiologischen Aktivität des untersuchten Gewebes synchronisiert wird. Bei dieser Variante der Ausgestaltung der Erfindung lassen sich vor allem periodische Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften von Gewebe, insbesondere von Körpergewebe, erfassen.
- • Das erfindungsgemäße Verfahren begründet eine neue Klasse von funktionellen Elastographie-Experimenten, die es erlauben, physiologische Funktionen, Aktivitäten und Veränderungen von Geweben, insbesondere von Körpergeweben, anhand ihrer viskoelastischen Eigenschaften zeitaufgelöst zu quantifizieren.
- • The method offers the possibility to encode continuous time-harmonic acoustic vibrations of tissue, in particular body tissue, unsynchronized to the recording of the signals by an image recording method in a medical sectional image and to quantify changes in the viscoelastic properties of the tissue with high temporal resolution, namely in real time.
- To improve the image resolution and quality, the method according to the invention can be combined with a segmented image recording, provided that it is only synchronized to the time-harmonic acoustic vibration at the beginning of the segment recordings and optionally to a periodic physiological activity of the examined tissue. In this variant of the embodiment of the invention, especially periodic changes in the viscoelastic properties of tissue, in particular of body tissue, can be detected.
- The method according to the invention establishes a new class of functional elastography experiments which allow physiological functions, activities and changes in tissues, in particular body tissues, to be quantified in a time-resolved manner on the basis of their viscoelastic properties.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von 4 Abbildungen und zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigt:
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1 : eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung zur Echtzeit-Kodierung von Gewebeschwingungen mittels MRE während nicht-periodischer physiologischer Prozesse; -
2 : die Veränderung der Steifigkeit der Skelettmuskulatur im Unterschenkel während aktiver Kontraktion aufgrund Plantar-Flexion; -
3 : eine beispielhafte Ausgestaltung der Erfindung zur synchronisierten Kodierung von Gewebeschwingungen mittels MRE während periodischer physiologischer Prozesse; -
4 : die Veränderung der viskoelastischen Eigenschaften des Gehirns aufgrund intrakranieller arterieller Pulsation.
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1 : an exemplary embodiment of the invention for real-time coding of tissue vibrations by means of MRE during non-periodic physiological processes; -
2 : the change in the rigidity of the skeletal muscles in the lower leg during active contraction due to plantar flexion; -
3 : an exemplary embodiment of the invention for the synchronized coding of tissue vibrations by means of MRE during periodic physiological processes; -
4th : the change in the viscoelastic properties of the brain due to intracranial arterial pulsation.
Ausführungsbeispiel 1
Im Ausführungsbeispiel 1 wurde eine Echtzeit-Kodierung von Gewebeschwingungen mittels MRE während nicht-periodischer physiologischer Prozesse durchgeführt. Gemessen wurde die Steifigkeit der Skelettmuskulatur im Unterschenkel im Ruhezustand und während aktiver Kontraktion aufgrund von Plantar-Flexion. Als Maß für die Steifigkeit dient dabei die Scherwellengeschwindigkeit in m/s, die in Abhängigkeit der Zeit bestimmt wird.
Auf der Grundlage einer Spiral-MRE-Sequenz wurde innerhalb einer einzelnen Wiederholzeit TR=60 ms ein Wellenbild vollständig aufgenommen. Es wurden N=330 Bildaufnahmeschritte in unmittelbarer Abfolge, d.h. mit einer Wiederholzeit TR=60 ms bzw. einer WiederholrateFR≈16.7 Hz, durchgeführt. Durch die unmittelbare Abfolge von N=330-maliger Anregung der Magnetisierung und der Aufnahme der Bildsignale mit der Widerholrate FR wurde ein Gleichgewichtszustand der Magnetisierung im MRT erzeugt.On the basis of a spiral MRE sequence, a wave image was completely recorded within a single repetition time TR = 60 ms. N = 330 image acquisition steps were taken in immediate succession, i.e. with a repetition time TR = 60 ms or a repetition rate FR≈16.7 Hz. The direct sequence of N = 330 times excitation of the magnetization and the recording of the image signals with the repetition rate FR created a state of equilibrium of the magnetization in the MRT.
Es wurden zwei Kodierrichtungen innerhalb der Bildschicht (entlang der Spalten- und Zeilenrichtung des Bildes) abwechselnd aufgenommen, wodurch sich die Zeitauflösung der viskoelastischen Parameterkarten halbiert.Two coding directions within the image layer (along the column and row direction of the image) were recorded alternately, which halves the time resolution of the viscoelastic parameter maps.
Durch wiederholte akustische Energiezufuhr mit mindestens einer Frequenz FS wurde ein Gleichgewichtszustand der Gewebeschwingungen eingestellt. Das Fortschreiten der akustischen Welle wurde über die zeitliche Abfolge der aufgenommenen Wellenbilder mit 330 zeitlichen Stützstellen kodiert, wobei die Bedingung FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ} während der Messung eingehalten wurde.
Ausführungsbeispiel 2
In Ausführungsbeispiel 2 wurde eine Kodierung von Gewebeschwingungen mittels MRE während periodischer physiologischer Prozesse durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel wurden Veränderungen der viskoelastischen Eigenschaften des Gehirns aufgrund intrakranieller arterieller Pulsation an drei Probanden gemessen. Als Maß für die Veränderung der viskoelastischen Eigenschaften dient dabei die Änderung des Betrags des komplexen Schermoduls Δ|G*| in %.
Auf Grundlage einer Spiral-MRE-Sequenz mit Re-Synchronisierung zur Abtastung des k-Raums in n = 9 Segmenten, wurde nach 9·TR ein Wellenbild vollständig aufgenommen. In unmittelbarer Abfolge wurden N = 100 Wellenbilder aufgenommen. Das heißt, das Fortschreiten der akustischen Welle wurde über die zeitliche Abfolge der aufgenommenen Wellenbilder mit 100 zeitlichen Stützstellen kodiert, wobei die Bedingung FS/FR ≠ ½·K {K ∈ ℕ} während der Messung eingehalten wurde. Dabei kam es zur Ausbildung eines Gleichgewichtszustands aus Anregung der Magnetisierung im MRT und Aufnahme der Bildsignale mit einer Wiederholzeit pro Segment TR = 40ms bzw. einer Wiederholrate pro Wellenbildsegment FR = 25Hz. Darüber hinaus wurde durch wiederholte akustische Energiezufuhr mit mindestens einer Frequenz FS ein Gleichgewichtszustand der Gewebeschwingungen eingestellt. Aufgrund der segmentierten Aufnahme des k-Raums war es notwendig, die Bildaufnahme n = 9 mal pro Kodierrichtung mit der externen akustischen Energiezufuhr zu synchronisieren, wobei die Synchronizität der Bildaufnahme zur periodischen physiologischen Aktivität mittels physiologischer Triggerung eingehalten wurde, wofür die Füllzeit τ genutzt wurde, um nach Eingang des EKG-Signals die richtige Phase der Gewebeschwingungen abzuwarten.On the basis of a spiral MRE sequence with re-synchronization for scanning k-space in n = 9 segments, a wave image was completely recorded after 9 · TR. N = 100 wave images were recorded in immediate succession. That is, the progression of the acoustic wave was coded over the time sequence of the recorded wave images with 100 time support points, the condition FS / FR ≠ ½ · K {K ∈ ℕ} was observed during the measurement. A state of equilibrium emerged from the excitation of the magnetization in the MRT and recording of the image signals with a repetition time per segment TR = 40 ms or a repetition rate per wave image segment FR = 25 Hz. In addition, a state of equilibrium of the tissue vibrations was established through repeated acoustic energy supply with at least one frequency FS. Due to the segmented recording of the k-space, it was necessary to synchronize the image recording n = 9 times per coding direction with the external acoustic energy supply, whereby the synchronicity of the image recording to the periodic physiological activity was maintained by means of physiological triggering, for which the filling time τ was used, in order to wait for the correct phase of the tissue vibrations after receiving the ECG signal.
Das Ergebnis der Messung ist in
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