DE102020214197A1

DE102020214197A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Positionierung eines Instruments mittels eines Magnetresonanztomographen

Info

Publication number: DE102020214197A1
Application number: DE102020214197.5A
Authority: DE
Inventors: Arne Hengerer; Robert Krieg
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2022-05-12
Also published as: CN217561704U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lokalspule, wobei die Lokalspule eine Antennenschleife aufweist, welche außenumfänglich eine Fläche umschließt, wobei die Lokalspule ausgelegt ist, ein Messmittel in einer vorbestimmten Relativposition aufzunehmen, wobei sich das Messmittel über die Fläche von einer Seite der Lokalspule zur gegenüberliegenden Seite erstreckt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System aus einer Lokalspule und einem Magnetresonanztomographen sowie ein Verfahren zum Betrieb.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionierung eines Instruments mittels eines Magnetresonanztomographen und einer Lokalspule mit Messmittel. Das Verfahren weist die Schritte auf, die Lokalspule an einem Patienten zu positionieren und eine Abbildung des Patienten mit der Lokalspule und dem Magnetresonanztomographen zu erfassen.
Magnetresonanztomographen sind bildgebende Vorrichtungen, die zur Abbildung eines Untersuchungsobjektes Kernspins des Untersuchungsobjektes mit einem starken äußeren Magnetfeld ausrichten und durch ein magnetisches Wechselfeld zur Präzession um diese Ausrichtung anregen. Die Präzession bzw. Rückkehr der Spins aus diesem angeregten in einen Zustand mit geringerer Energie wiederum erzeugt als Antwort ein magnetisches Wechselfeld, das über Antennen empfangen wird.
Mit Hilfe von magnetischen Gradientenfeldern wird den Signalen eine Ortskodierung aufgeprägt, die nachfolgend eine Zuordnung von dem empfangenen Signal zu einem Volumenelement ermöglicht. Das empfangene Signal wird dann ausgewertet und eine dreidimensionale bildgebende Darstellung des Untersuchungsobjektes bereitgestellt. Zum Empfang des Signals werden vorzugsweise lokale Empfangsantennen, sogenannte Lokalspulen verwendet, die zur Erzielung eines besseren Signal-Rauschabstandes unmittelbar am Untersuchungsobjekt angeordnet werden. Die Empfangsantennen können auch in einer Patientenliege verbaut sein.
Wegen der guten Abbildung der Organe sind Magnetresonanztomographen besonders gut geeignet, Zielgebiete von Biopsien oder anderen Eingriffen zu identifizieren. Es werden allerdings die meisten Instrumente aus Metall oder Kunststoff nicht oder nur mit Artefakten abgebildet, was eine Überwachung und Steuerung mit Magnetresonanztechnik schwierig macht.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Planung und Vorbereitung von Eingriffen zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch eine Lokalspule nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 4, und ein Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Lokalspule weist eine Antennenschleife aufweist, welche außenumfänglich eine Fläche umschließt. Die Antennenschleife kann dabei kreisförmig, elliptisch geformt sein, als Polygon oder unregelmäßig geformt sein. Es ist auch eine Antennenspule wie eine Sattelspule denkbar, die nicht eben ausgeführt ist, sodass die umschlossene Fläche nicht eben ist. Denkbar ist auch eine Butterfly-Spule mit einer Leiterkreuzung, wobei die Kreuzung so ausgeführt ist, dass eine freie Fläche ohne Leiter für ein Messmittel vorhanden ist.
Die Lokalspule ist weiterhin ausgelegt, ein Messmittel in einer vorbestimmten Relativposition aufzunehmen. Dabei kann das Messmittel entweder dauerhaft an der Lokalspule befestigt sein. Es ist aber auch denkbar, dass, wie zu den Unteransprüchen ausgeführt, die Lokalspule eine Haltevorrichtung für das Messmittel aufweist, die das Messmittel in einer vorbestimmten Relativposition zu der Lokalspule fixiert.
Das Messmittel kann ähnlich einem Lineal eindimensional ausgeführt sein. Denkbar ist euch ein zweidimensionales Messmittel, beispielsweise ein Gitter. Das Messmittel ist dazu ausgelegt, eine Relativposition zumindest in einer Dimension entlang einer Erstreckung des Messmittels in einem vorbestimmten Raster, beispielsweise von mindestens 2 mm, 5 mm oder 10 mm zu definieren. Das Messmittel erstreckt sich über die Fläche von einer Seite der Lokalspule zu einer gegenüberliegenden Seite der Fläche. Als Seite wird dabei nicht nur eine gerade Linie bezeichnet, sondern allgemein eine Begrenzung, wobei die Fläche zumindest teilweise zwischen der diesseitigen und der gegenüberliegenden Begrenzung liegt.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Lokalspule durch ein Messmittel in einer vorbestimmten Relativposition Instrumente in definierter Position relativ zu der Lokalspule zumindest entlang des Messmittels anzuordnen.
Das erfindungsgemäße System weist eine Lokalspule mit einer bereits erwähnten Haltevorrichtung auf. Darüber hinaus weist das System ein Gitter auf, das in dieser Haltevorrichtung in einer vorbestimmten Relativposition zu der Lokalspule in der positioniert ist.
Das erfindungsgemäße System teilt die Vorteile der erfindungsgemäßen Lokalspule, wobei darüber hinaus ein Gitter eine Bestimmung der Relativposition nicht nur in einer Dimension, sondern in einer zweiten Dimension der von der Lokalspule umschlossenen Fläche erlaubt.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für die Markierung eines Eintrittspunkts in einen Patienten mit einer erfindungsgemäßen Lokalspule in einem Magnetresonanztomographen vorgesehen. Der Magnetresonanztomograph weist eine Patientenliege auf, die entlang einer z-Achse in Längsrichtung bewegbar ist, vorzugsweise entlang der Feldrichtung des B0-Feldmagneten. Weiterhin weist der Magnetresonanztomograph einen Markierungspointer auf, der in einer vorbestimmten Position an dem Magnetresonanztomographen angeordnet ist, sodass ein von dem Markierungspointer ausgesandter Lichtstrahl eine vorbestimmte Position der Lokalspule auf einem Patienten auf der Patientenliege zumindest in einer Dimension definiert. Vorzugsweise ist der Markierungspointer so an der Öffnung des Patiententunnels angeordnet, dass der Lichtstrahl senkrecht zu der z-Achse der Bewegungsrichtung der Patientenliege ausgerichtet ist. Liegt dann die Lokalspule direkt auf der Patientenliege oder auf dem Patienten und dieser wiederum auf der Patientenliege, so kann durch den Markierungspointer insbesondere in Verbindung mit einer Nullpunktmarkierung auf der Lokalspule eine Relativposition der Lokalspule zu dem Magnetresonanztomographen entlang der z-Achse definiert werden und diese in Verbindung mit einem Verfahren der Patientenliege um eine vorbestimmte Distanz entlang der z-Achse und relativ zum Koordinatensystem einer Magnetresonanzabbildung verändern.
Das Verfahren weist den Schritt auf, die Lokalspule auf der Patientenliege bzw. Patienten und die Patientenliege durch Verfahren der Patientenliege so zu positionieren, dass durch den Markierungspointer markiert die Lokalspule die vorbestimmte Position einnimmt. So wird erreicht, dass die Lokalspule eine definierte Position entlang der z-Achse einnimmt. Darüber hinaus ist durch den Lichtstrahl die Position in einer zweiten Koordinate definiert, die senkrecht zur z-Achse und der Ausbreitung des Lichtstrahls ist. Ist der Markierungspointer beispielsweise so angeordnet, dass er senkrecht von oben auf der Patientenliege ausgerichtet ist, so ist die Lage der Lokalspule in der Ebene, in der sich die Liegefläche der Patientenliege erstreckt, also in der horizontalen Ebene relativ zu dem Magnetresonanztomographen definiert.
In einem Schritt des Verfahrens wird die Lokalspule so ausgerichtet, dass sich das Messmittel in einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung der Patientenliege und vorzugsweise auch senkrecht zur Richtung des Lichtstrahls erstreckt.
In einem weiteren Schritt erfasst der Magnetresonanztomograph eine Magnetresonanzabbildung des Patienten. Aufgrund der bekannten Position und Ausrichtung der Lokalspule in Bezug zu dem Magnetresonanztomographen in den vorhergehenden Schritten wird so eine Magnetresonanzabbildung erfasst, die eine definierte Relativposition der abgebildeten Organe zu der Lokalspule aufweisen.
In einem anschließenden Schritt wird eine Koordinate des Eintrittspunkts entlang der Erstreckung des Messmittels aus der Abbildung ermittelt. Beispielsweise kann für eine Abbildung einer x-y-Schicht der Eintrittspunkt aus der x-Position des Organs (in der Horizontalen) minus der X-Position des mit dem Markierungspointer ermittelten Nullpunkts des Messmittels ermittelt werden.
In einem weiteren Schritt wird der Eintrittspunkts an der ermittelten Koordinate des Messmittels markiert.
Auf vorteilhafte Weise vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren das Übertragen einer mit der Magnetresonanzabbildung ermittelten Koordinate auf den Patienten.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist für die Positionierung eines Instruments mit einem System aus seinem Magnetresonanztomographen, einer erfindungsgemäßen Lokalspule und einem Gitter in einer Haltevorrichtung der Lokalspule vorgesehen, wobei das Gitter eine Mehrzahl an Magnetresonanz-auslesbaren Markern aufweist.
In einem Schritt wird die Lokalspule an einem Patienten positioniert, sodass diese zumindest für die Durchführung des Verfahrens in einer unveränderten Relativposition zu dem Patienten verbleibt. Dies kann beispielsweise durch pflaster-ähnliche Klebebänder oder auch durch Haltegurte erreicht werden.
In einem weiteren Schritt erfasst der Magnetresonanztomograph eine Abbildung des Patienten mit der Lokalspule und dem Magnetresonanztomographen. Vorzugsweise werden mit der gleichen Abbildung auch die Magnetresonanz-auslesbaren Markern erfasst und abgebildet.
In einem weiteren Schritt wird die Abbildung durch den Magnetresonanztomographen in Organe segmentiert. Insbesondere werden bei der Segmentierung das zu untersuchende bzw. behandelnde Organ, besonders zu schützende Strukturen bzw. Organe und hindernde Strukturen wie Knochen erkannt.
Es ist auch denkbar, dass die Segmentierung des zu untersuchenden Organs durch eine geschulte Person erfolgt, da hier individuelle Besonderheiten zu berücksichtigen sind.
In einem weiteren Schritt werden von dem Magnetresonanztomographen mögliche Trajektorien zwischen Gitterpunkten und einem vorbestimmten Zielgebiet in Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung bestimmt. Vorzugsweise sind dabei mögliche Trajektorien Geraden durch den jeweiligen Gitterpunkt und dem Zielgebiet, die nicht durch ein zu schützendes Organ oder eine behindernde Struktur verlaufen. Die Position der Gitterpunkte kann dabei aus der Position der erfassten Magnetresonanz-auslesbaren Markern ermittelt werden. Denkbar ist, dass jeder Gitterpunkt einen Marker aufweist, oder dass das Gitter zumindest drei Marker aufweist und dadurch die Position des Gitters im Raum in der Magnetresonanzabbildung bestimmt werden kann. Die Positionen der Gitterpunkte in der Abbildung kann dann durch die vorbestimmte Relativpositionen relativ zu den Markern ermittelt werden. Vorzugsweise werden die möglichen Trajektorien gemeinsam mit der Abbildung der segmentierten Organe in einer Darstellung auf einem Ausgabegerät ausgegeben. Möglich wäre es auch, alle Trajektorien darzustellen und dabei die möglichen Trajektorien unterschiedlich zu markieren, beispielsweise durch Farbgebung.
In einem nachfolgenden Schritt wird eine der Trajektorien in der Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung ausgewählt. Dies kann beispielsweise durch eine geschulte Person erfolgen. Es ist aber auch denkbar, dass die Auswahl durch den Magnetresonanztomographen erfolgt. Das primäre Auswahlkriterium ist, dass die Trajektorie kein zu schützendes Organ oder Hindernis trifft. Denkbar als zusätzliche Auswahlkriterien sind aber beispielsweise auch eine minimale Länge der möglichen Trajektorien oder ein Mindestabstand von zu schützenden Organen und/oder hindernden Strukturen.
Anschließend wird für die ausgewählte Trajektorie eine Gitterpunkt ausgewählt, durch den die Trajektorie verläuft. Im einfachsten Fall sind die Trajektorien bereits durch die Gitterpunkte definiert, durch die die Gerade zu dem Zielbereich verläuft. Um ein Instrument an dem Gitterpunkt entlang der ausgewählten Trajektorie auszurichten, wird anschließend ein Eintrittswinkels an dem Gitterpunkt für die ausgewählte Trajektorie bestimmt, bzw. ein Winkelpaar, das eine Ausrichtung erlaubt. Denkbar ist es zwei Winkel anzugeben, die die Trajektorie mit jeweils einer x-Koordinate und einer y-Koordinate des Gitters einschließt. Denkbar wäre auch ein Winkel, den die Trajektorie mit einer Normalen durch den Gitterpunkt einschließt und einen Drehwinkel um die Normale, bzgl. einer ausgezeichneten Richtung in der Ebene des Gitters, z.B. die x-Achse.
Anschließend werden der Gitterpunkt der ausgewählten Trajektorie sowie der Eintrittswinkel der Trajektorie an diesem ausgewählten Gitterpunkt ausgegeben. Denkbar ist es beispielsweise, dass die Gitterpunkte durchnummeriert sind und die Nummer ausgegeben wird. Möglich wären auch Koordinaten beispielsweise in einem x-y-Koordinatengitter. Der Eintrittswinkel kann durch die zwei beschriebenen Winkelangaben ausgegeben werden.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren mit einer einzigen Abbildung und dem Gitter eine Trajektorie und einen Eintrittspunkt zu bestimmen und auf den Patienten zu übertragen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspule weist die Lokalspule eine Nullpunktmarkierung für einen Markierungspointer auf. Der Markierungspointer kann beispielsweise ein Laser sein, der einen eng begrenzten Lichtstrahl in Richtung der Patientenliege ausstrahlt. Als Nullpunktmarkierung wird dabei jede Markierung bezeichnet, die es erlaubt, eine vorbestimmte Relativposition zwischen dem Lichtstrahl des Markierungspointers und dem Messmittel herzustellen. Die vorbestimmte Relativposition weist dabei eine Toleranz auf, die kleiner als 10 mm, 5 mm, 2 mm oder 1 mm ist. Die vorbestimmte Relativposition kann beispielsweise so sein, dass der Lichtstrahl an einem Nullpunkt einer Messskala oder mit einem vorbestimmten Offset zu diesem Nullpunkt ausgerichtet ist. Die Nullpunktmarkierung kann beispielsweise gekreuzte Linien, konzentrische Kreise, Punkte oder andere im Lichtstrahl sichtbare Merkmale aufweisen, die eine Ausrichtung in einer oder vorzugsweise zwei Koordinaten erlauben.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht die Nullpunktmarkierung ein einfacheres und präziseres Ausrichten des Messmittels in Bezug auf den Magnetresonanztomographen.
In einer denkbaren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lokalspule weist die Lokalspule eine Haltevorrichtung zur Positionierung eines Gitters in einer vorbestimmten Relativposition zu der Lokalspule auf. Die Haltevorrichtung ist ausgelegt, ein Gitter lösbar an der Lokalspule zu fixieren, sodass es einfach ausgetauscht werden kann. Denkbar ist beispielsweise ein Rahmen mit Federzungen, die in korrespondierende Aussparungen des Gitters eingreifen. Möglich wäre aber auch eine Klemmung, Verschraubung oder andere lösbare Haltevorrichtungen.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht eine lösbare Haltevorrichtung ein schnelles Auswechseln des Gitters, das als Einwegartikel ausgelegt sein kann. So kann wegen der möglichen Kontamination mit Körperflüssigkeiten die erforderliche Hygiene leicht eingehalten werden.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Gitter eine Mehrzahl an Magnetresonanz-auslesbaren Markern auf. Als Magnetresonanz-auslesbar wird ein Marker angesehen, deren Position mit dem Magnetresonanztomographen in einer Bilderfassung ermittelt werden kann, vorzugsweise gleichzeitig mit der Bilderfassung des Patienten. Der Marker kann beispielsweise aus einer Ampulle mit einer Testflüssigkeit, Eisenoxid oder einem elektrischen Resonanzkreis mit Resonanz bei der Larmorfrequenz gebildet sein. Vorzugsweise sind zumindest drei oder vier Marker vorgesehen, um eine Lage im Raum eindeutig identifizieren zu können. Mit der Kenntnis der Geometrie des Gitters ist dann durch den Magnetresonanztomographen die Position der Gitterpunkte bestimmbar und darstellbar. Möglich wäre aber auch, jeden Gitterpunkt mit einem Marker zu versehen, sodass unmittelbar die Position der Gitterpunkte in der Abbildung sichtbar wird.
Auf vorteilhafte Weise ermöglichen die Marker ein einfacheres und genaueres Erfassen der Lage des Gitters in einer Magnetresonanzabbildung.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Gitter eine Führungseinrichtung auf, die ausgelegt ist, an einem Gitterpunkt des Gitters ein Instrument in einer Bewegung entlang einer Längserstreckung unter einem einstellbaren Eintrittswinkel zu führen. Beispielsweise kann die Führungseinrichtung eine Röhre oder eine Bohrung in einem Körper sein, durch die eine Biopsienadel geführt wird. Der Eintrittswinkel kann vorzugsweise verändert werden, beispielsweise wenn die Bohrung durch eine Kugel verläuft, die drehbar in einer Teil-Kugelschale gelagert ist. Der Winkel kann durch Markierungen an der Kugel in Verbindung mit der Teil-Kugelschale abgeschätzt werden. Denkbar wäre auch eine aufschiebbare Winkellehre, die einen Winkel gegenüber dem Gitter auszeichnet.
Auf vorteilhafte Weise erlaubt die Führungseinrichtung eine präzisere und rekonstruierbare Führung und Ausrichtung unter einem vorbestimmten Winkel.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems weist das Instrument einen Marker auf, der ausgelegt ist, das Instrument in einer Magnetresonanzabbildung sichtbar zu machen. Die bereits gemachten Ausführungen zu den Markern am Gitter gelten in gleicher Weise für den Marker am Instrument.
Der Marker am Instrument erlaubt auf vorteilhafte Weise, nicht nur die Ausrichtung an der Trajektorie zu überwachen, sondern auch die Bewegung entlang der Trajektorie.
In einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Führungseinrichtung an dem ermittelten Gitterpunkt drehbar angeordnet und der Eintrittswinkel wird an der Führungseinrichtung eingestellt. Beispielsweise kann durch eine am Gitter oder der Führung angeordnetem Winkelskala der ausgegebene Wert für den Eintrittswinkel mit der Führung eingestellt werden. Denkbar ist auch, dass durch unterschiedliche Winkellehren, die für den ausgegebenen Winkel bereitstehen, der ausgegebene Winkel für die Führung vorgegeben wird, indem diese an das Gitter gehalten oder lösbar mit diesem verbunden werden. Denkbar wäre es beispielsweise, eine Winkellehre an den Gitterpunkt zu klipsen, wenn entsprechende korrespondierende Haltelemente an Gitter und Winkellehre vorgesehen sind.
Auf vorteilhafte Weise wird durch das Einstellen des Eintrittswinkels am vorgegebenen Gitterpunkt die Trajektorie einfach und nachvollziehbar definiert.
In einer denkbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Instrument einen Marker auf, der ausgelegt ist, das Instrument in einer Magnetresonanzabbildung sichtbar zu machen. Wie der Marker ausgeführt werden kann, wurde bereits zu Markern am Gitter und zum entsprechenden Vorrichtungsanspruch beschrieben. In einem Schritt werden die ausgewählte Trajektorie und das Instrument in einer gemeinsamen Abbildung auf einem Ausgabegerät dargestellt. Dabei kann das Instrument durch den Marker oder eine Mehrzahl an Markern repräsentiert sein, die sich entlang einer Erstreckung des Instruments verteilen. Denkbar ist dabei auch, dass das Instrument in der Darstellung interpoliert wird, beispielsweise zwischen einer Mehrzahl an Markern oder dem Marker und dem Gitterpunkt, durch den die ausgewählte Trajektorie verläuft und an dem das Instrument positioniert ist.
Auf vorteilhafte Weise ermöglicht der Marker eine Echtzeitdarstellung des Instruments in einer Magnetresonanzabbildung und damit ein Überwachen der Ausrichtung sowie Verfolgung einer Position senkrecht zu dem Gitter.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanztomographen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 einen schematischen Teil-Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspule;
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems;
4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gitters eines erfindungsgemäßen Systems;
5 ein beispielhaftes schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6 ein beispielhaftes schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Magnetresonanztomographen 1 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Magneteinheit 10 weist einen Feldmagneten 11 auf, der ein statisches Magnetfeld B0 zur Ausrichtung von Kernspins von Proben bzw. des Patienten 100 in einem Aufnahmebereich erzeugt. Der Aufnahmebereich zeichnet sich durch ein äußerst homogenes statisches Magnetfeld B0 aus, wobei die Homogenität insbesondere die Magnetfeldstärke bzw. den Betrag betrifft. Der Aufnahmebereich ist nahezu kugelförmig und in einem Patiententunnel 16 angeordnet, der sich in einer Längsrichtung 2 durch die Magneteinheit 10 erstreckt.
Eine Patientenliege 30 ist in dem Patiententunnel 16 von der Verfahreinheit 36 bewegbar. An einer Öffnung des Patiententunnels 16 ist ein Markierungspointer 17 derart angeordnet, dass er einen Lichtstrahl oder Laserstrahl in Richtung der Patientenliege darunter abstrahlen kann.
Üblicherweise handelt es sich bei dem Feldmagneten 11 um einen supraleitenden Magneten, der magnetische Felder mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 3T, bei neuesten Geräten sogar darüber, bereitstellen kann. Für geringere Feldstärken können jedoch auch Permanentmagnete oder Elektromagnete mit normalleitenden Spulen Verwendung finden.
Weiterhin weist die Magneteinheit 10 Gradientenspulen 12 auf, die dazu ausgelegt sind, zur räumlichen Differenzierung der erfassten Abbildungsbereiche in dem Untersuchungsvolumen dem Magnetfeld B0 variable Magnetfelder in drei Raumrichtungen zu überlagern. Die Gradientenspulen 12 sind üblicherweise Spulen aus normalleitenden Drähten, die zueinander orthogonale Felder in dem Untersuchungsvolumen erzeugen können.
Die Magneteinheit 10 weist ebenfalls eine Körperspule 14 auf, die dazu ausgelegt ist, ein über eine Signalleitung zugeführtes Hochfrequenzsignal in das Untersuchungsvolumen abzustrahlen und von dem Patient 100 emittierte Resonanzsignale zu empfangen und über eine Signalleitung abzugeben. Im Folgenden bezeichnet der Begriff Sendeantenne eine Antenne, über die das Hochfrequenzsignal zur Anregung der Kernspins ausgestrahlt wird. Dies kann die Körperspule 14 sein, aber auch eine Lokalspule 50 mit Sendefunktion.
Eine Steuereinheit 20 versorgt die Magneteinheit 10 mit den verschiedenen Signalen für die Gradientenspulen 12 und die Körperspule 14 und wertet die empfangenen Signale aus.
So weist die Steuereinheit 20 eine Gradientenansteuerung 21 auf, die dazu ausgelegt ist, die Gradientenspulen 12 über Zuleitungen mit variablen Strömen zu versorgen, welche zeitlich koordiniert die erwünschten Gradientenfelder in dem Untersuchungsvolumen bereitstellen.
Weiterhin weist die Steuereinheit 20 eine Hochfrequenzeinheit 22 auf, die ausgelegt ist, einen Hochfrequenz-Puls mit einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf, Amplitude und spektraler Leistungsverteilung zur Anregung einer Magnetresonanz der Kernspins in dem Patienten 100 zu erzeugen. Dabei können Pulsleistungen im Bereich von Kilowatt erreicht werden. Die Anregungssignale können über die Körperspule 14 oder auch über eine lokale Sendeantenne in den Patienten 100 abgestrahlt werden.
Eine Steuerung 23 kommuniziert über einen Signalbus 25 mit der Gradientensteuerung 21 und der Hochfrequenzeinheit 22.
Auf dem Patienten 100 ist als eine Lokalspule 50 angeordnet, die über eine Anschlussleitung 33 mit der Hochfrequenzeinheit 22 und deren Empfänger verbunden ist. Denkbar ist es aber auch, dass die Körperspule 14 eine Empfangsantenne im Sinne der Erfindung ist.
2 zeigt einen schematischen Teil-Querschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lokalspule 50.
Die Lokalspule 50 weist eine Antennenschleife 51 auf, die ausgelegt ist, ein Magnetresonanzsignal von angeregten Kernspins des Patienten 100 zu empfangen und/oder durch einen Anregungspuls anzuregen. Die Lokalspule weist eine Öffnung mit einer offenen Fläche auf, die von der Antennenschleife 51 und einem Gehäuse der Lokalspule außenumfänglich umschlossen ist, sodass durch die offene Fläche ein Zugang zu dem Patienten 100 hinter bzw. unter der Lokalspule 50 möglich ist. Die Lokalspule 50 kann beispielsweise mit Klettbändern 55 oder Klebeändern am Patienten 100 in einer festen Relativposition befestigt werden.
Über die Öffnung erstreckt sich ein Lineal 54 als Messmittel, das ein Bestimmen einer Position entlang des Lineals erlaubt. Um einen Bezug der Position zu dem Magnetresonanztomographen 1 herzustellen, weist die Lokalspule 50 weiterhin eine Nullpunktmarkierung 52 auf, die zusammen mit dem Markierungspointer 17 an dem Magnetresonanztomographen 1 durch Ausrichten der Nullpunktmarkierung 52 an einem Laser- oder Lichtstrahl des Markierungspointers 17 eine Position entlang des Strahls bezüglich dem Magnetresonanztomographen 1 festlegt.
Elektrische Details der Lokalspule 50 wie Verstimmkreis, Vorverstärker und Anpassungsschaltung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
In 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems aus Lokalspule 50 und Gitter 60 dargestellt. In der Ausführungsform der 3 ist als Messmittel das Gitter 60 über der Öffnung der Lokalspule 50 angeordnet. Vorzugsweise ist das Gitter 60 dabei lösbar in einer Haltevorrichtung 53 angeordnet. Die Haltevorrichtung 53 kann wie in 3 beispielsweise aus vier winkelförmigen parallelen Führungen bestehen, in die ein prismenförmiges Gitter 60, beispielsweise in Form eines Quaders, eingeführt werden kann. Mittels Federhaken kann das Gitter in der Führung einrasten, aber auch andere Fixierungen wie eine Klemmung sind denkbar.
Das Gitter 60 weist eine zweidimensionale Matrix aus Durchführungen auf, in die ein Instrument wie eine Biopsienadel 7ß in einer vorbestimmten Position eingeführt werden kann. Es ist wie nachfolgend zu 4 ausgeführt auch denkbar, dass an den Durchführungen Führungseinrichtungen 61 angeordnet sind oder angeordnet werden können, um einen Winkel relativ zu dem Gitter 60 einstellen zu können. Das Gitter 60 kann wie dargestellt eine Fläche aus einem Trägermaterial mit einer Matrix aus Durchführungen aufweisen. Es ist aber auch denkbar, dass das Trägermaterial auf eine tragende Struktur für die Durchführungen mit Durchbrüchen zur Materialersparnis oder auch für eine bessere optische Überwachung der Behandlung reduziert ist. Beispielsweise kann es sich um ein Gitter im engeren Sinne handeln, bei dem an Knotenpunkten bzw. Gitterpunkten der Struktur die Durchführungen vorgesehen sind.
Das Gitter 60 weist dabei zumindest drei Marker auf, die mit dem Magnetresonanztomographen 1 in einer Abbildung mit dem Patienten 100 erfasst werden können, beispielsweise flüssigkeitsgefüllte Kapseln oder Eisenoxidpartikel in Hohlräumen des Gitters 60. Die Marker können beispielsweise in den vier Ecken des Gitters angeordnet sein oder an jedem Gitterpunkt. Vorzugsweise liegen nicht alle Marker auf einer Gerade, sondern spannen einen Raum oder eine Fläche auf, um ein Erfassen der Orientierung des Gitters 60 im Raum zu ermöglichen.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gitters 60 eines erfindungsgemäßen Systems. Es handelt sich dabei um ein Eck des Gitters 60 aus 3 mit einer einzelnen Führungseinrichtung 61 im Detail. Das Gitter 60 setzt sich nach unten und rechts mit einer Vielzahl an Führungseinrichtungen 61, in einer Matrix angeordnet fort.
Die Führungseinrichtung 61 weist dabei einen sphärischen Körper auf. Dieser ist in einer sphärischen Ausnehmung des Gitters 60 angeordnet. Dabei kann das Gitter 60 als massiver Körper, beispielsweise als Quader, aus einem Material, z.B. einem Kunststoff ausgeführt sein. Die sphärische Ausnehmung ist dabei so ausgelegt, dass sie gerade die Kugel der Führungseinrichtung 61 aufnehmen kann. Denkbar ist es, dass das Material der Kugel und/oder des Gitters 60 elastisch ausgeführt sind und die Ausnehmung einen Hohlraum bildet, der gerade etwas mehr als eine Halbkugel umfasst. Dann kann die Kugel der Führungseinrichtung 61 mit etwas Kraft in den Hohlraum gepresst werden und einschnappen, sodass die Kugel anschließend schwenkbar in dem Hohlraum des Gitters 60 gelagert ist.
Denkbar ist es auch, dass das Gitter 60 nicht massiv ausgeführt ist, sondern als Gitter 60 mit Durchbrüchen dazwischen als ein System von Streben. An den Gitterpunkten bzw. Kreuzungspunkten der Streben sind dann Hohlkugeln angeordnet, in deren Hohlraum wie zuvor beschrieben die Kugel der Führungseinrichtung 61 schwenkbar gelagert ist. Das Gitter 60 kann beispielsweise durch Spritzguss gefertigt werden.
Die Führungseinrichtung 61 weist weiterhin einen länglichen Hohlraum auf, in dem ein Instrument wie beispielsweise eine Biopsienadel 70 geführt werden kann. Denkbar ist eine Bohrung durch die Kugel der Führungseinrichtung 70. In der Darstellung der 4 ist diese Bohrung um eine Röhre verlängert, um die Genauigkeit der Ausrichtung zu erhöhen.
In der Ausführungsform der 4 sind auf der Kugel Markierungen in Form von Längen- und Breitengraden angeordnet, beispielsweise durch ein Farbmarkierung, Lasermarkierung oder Vertiefungen in der Kugel. Auf diese Weise ist zusammen mit einer Nullpunktmarkierung am Gitter 60 das Ausrichten über Neigungs- und Roll-Winkel auf einen vorbestimmten Wert möglich.
In einer einfacheren Ausführungsform wäre es aber auch denkbar, dass die Führungseinrichtung 61 lediglich als eine Bohrung in dem Gitter 60 bzw. einem Kreuzungspunkt des Gitters 60 ausgeführt ist, durch die ein Instrument geführt wird. Denkbar wäre es dabei auch, dass eine Führungseinrichtung 61 an dem Instrument oder dem Gitter 60 befestigt wird, beispielsweise durch Anklipsen. Die Führungseinrichtung 61 könnte für unterschiedliche vorbestimmte Winkel vorgefertigt sein oder einen Einstellmechanismus für einen vorgegebenen Winkel aufweisen. Indem das Instrument parallel zu der Führungseinrichtung 61 ausgerichtet wird, kann so die gewünschte Orientierung eingestellt werden.
Das Instrument, hier beispielhaft die Biopsienadel 70, weist in einer bevorzugten Ausführungsform ebenfalls einen Marker 71 auf, die in der Magnetresonanzaufgabe erfassbar ist. So kann auf vorteilhafte Weise auch das Instrument verfolgt und die Lage auf der Trajektorie durch den Magnetresonanztomographen 1 überprüft werden.
In 5 ist ein beispielhaftes schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Das Verfahren wird mit einer erfindungsgemäßen Lokalspule 50 ausgeführt, wie sie in 2 dargestellt ist, und mit einem Magnetresonanztomographen 1, wobei der Magnetresonanztomograph 1 eine Patientenliege 30 und einen Markierungspointer 17 aufweist. Der Markierungspointer 17 ist in einer vorbestimmten Position an dem Magnetresonanztomographen 1 angeordnet ist, sodass ein von dem Markierungspointer 17 ausgesandter Lichtstrahl eine vorbestimmte Position der Lokalspule auf einem Patienten auf der Patientenliege 30 zumindest in einer Dimension definiert. Üblicherweise ist der Markierungspointer 17 senkrecht an der Öffnung des Patiententunnels 16 oberhalb der Patientenliege 30 angeordnet und strahlt senkrecht nach unten.
In einem Schritt S10 wird die Lokalspule 50 und die Patientenliege 30 so durch Verschieben und Verfahren von einer Bedienperson so positioniert, dass der Lichtstrahl des Markierungspointer 17 auf die Nullpunktmarkierung 62 trifft. Auf diese Weise ist die Lage der Nullpunktmarkierung 62 in der x-z-Ebene definiert, in der die Patientenliege 30 liegt.
In einem Schritt S15 richtet die Bedienperson die Lokalspule 50 so aus, dass sich das Messmittel, beispielsweise das Lineal 54, in einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung der Patientenliege 30 erstreckt.
In einem weiteren Schritt S20 wird eine Abbildung des Patienten 100 mit dem Magnetresonanztomographen 1 erfasst. Dabei befindet sich die Lokalspule 50 mit dem Messmittel in dem erfassten Bildbereich. Durch das Verfahren der Patientenliege 30 um eine bekannte, von der Steuereinheit 20 vorbestimmte Distanz ist die z-Position der Lokalspule 50 und der Nullpunktmarkierung 52 bekannt. Mit der Abbildung wird die Position der Organe des Patienten erfasst. Die y-Position ist dadurch gegeben, dass die Lokalspule 50 auf der abgebildeten Oberfläche des Patienten angeordnet ist. Es ist aber auch denkbar, dass die Lokalspule 50 eine oder mehrere mit der Magnetresonanzabbildung erfassbare Marker aufweist, die ein Ermitteln der y-Position der Lokalspule in der Abbildung erlaubt. Möglich ist aber auch, dass die y-Position zunächst nicht ermittelt wird, sondern erst durch eine Bedienperson bzw. den Radiologen im nachfolgenden Schritt beim Markieren direkt anhand physiologischer Merkmale des Patienten 100.
In einem Schritt S30 wird eine Koordinate des Eintrittspunkts entlang der Erstreckung des Messmittels aus der Abbildung ermittelt. Beispielsweise kann die Bedienperson bzw. der Radiologe die x-Koordinate eines zu untersuchenden oder therapierenden Organs oder Bereichs der Abbildung entnehmen, wenn der Abbildungsmaßstab und der Ort der Nullpunktmarkierung durch den Markierungspointer 17 entlang der x-Achse der Abbildung bekannt sind. Denkbar ist es auch, dass die Bedienperson lediglich den Zielpunkt mit einem Eingabegerät wie einem Mauszeiger angibt und die Steuereinheit 20 die Distanz und damit die x-Koordinate ermittelt. Auch eine automatische Segmentierung und damit Bestimmen des Zielpunktes durch die Steuereinheit 20 ist denkbar.
In einem weiteren Schritt S40 markiert eine Bedienperson bzw. ein Radiologe den bestimmten Eintrittspunkt Markieren des ermittelten Eintrittspunkts an der Koordinate des Messmittels. Die in Schritt S30 ermittelte x-Koordinate kann dabei unmittelbar an dem Lineal 54 abgelesen werden. Senkrecht dazu kann die aus der Abbildung abgelesene y-Koordinate von der Bedienperson angetragen werden.
In 6 ist ein beispielhaftes schematisches Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Verfahren kann beispielsweise mit einem System der 4 ausgeführt werden.
In einem Schritt S10 wird die Lokalspule 50 mit dem Gitter 60 an dem Patienten 100 positioniert. Hierbei ist im Gegensatz zu dem vorhergehenden Verfahren kein Ausrichten mit dem Markierungspointer 17 erforderlich. Stattdessen weist das Gitter 60 drei oder mehr in einer Magnetresonanzaufnahme erfassbare Marker auf, die so angeordnet sind, dass deren Position eine Position des Gitters 60 im Raum eindeutig definiert.
In einem Schritt S20 wird eine Abbildung des Patienten 100 mit der Lokalspule 50 mit dem Magnetresonanztomographen 1 erfasst. Mit den ebenfalls in der Abbildung erfassten Markern wird dabei die Lage des Gitters 60 ebenfalls eindeutig ermittelt.
In einem weiteren Schritt S50 wird von dem Magnetresonanztomographen 1 die erfasste Abbildung in Organe segmentiert.
In einem Schritt S60 werden anschließend Trajektorien zwischen Gitterpunkten und einem vorbestimmten Zielgebiet in Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung bestimmt. Bei der Ermittlung der Trajektorien wird dabei die Abbildung berücksichtigt. Die Trajektorien sind vorzugsweise die Verbindungslinien zwischen den Gitterpunkten und dem Zielgebiet. Das Zielgebiet ist dabei ein zu untersuchendes Organ oder ein Teilbereich davon, dessen Position mit der Abbildung erfasst wurden. Das Zielgebiet kann durch die Segmentierung der Organe durch die Steuereinheit 20 vorgegeben sein, es ist aber auch denkbar, dass das Zielgebiet wegen der individuellen Charakteristik von einem menschlichen Experten bestimmt wird.
In einem weiteren Schritt S70 wird eine Trajektorie in Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung ausgewählt. Dabei wird beispielsweise auch noch die Lage von empfindlichen Organen berücksichtigt, die nicht verletzt werden dürfen, oder Hindernissen wie Knochen. Vorzugsweise werden Trajektorien ausgeschlossen, die diese berühren oder durchstoßen. Von Vorteil sind auch Trajektorien, die einen möglichst kurzen Weg im Patienten aufweisen. Ein anderes Auswahlkriterium kann der Freiraum sein, der zur Applikation des Instruments auf der distalen Seite des Gitters zur Verfügung steht. Die Auswahl kann durch eine Bedienperson oder die Steuereinheit 20 des Magnetresonanztomographen 1 erfolgen.
Anschließend werden in einem Schritt S80 Einstellparameter für eine Bedienperson ermittelt, die eine Nachvollziehen der ausgewählten Trajektorie erlauben. Vorzugsweise wird der Gitterpunkt ermittelt, durch den die Trajektorie verläuft. Der Eintrittswinkel kann beispielsweise durch ein Paar von Winkeln angegeben sein, dass die Trajektorie mit zwei Koordinatenachsen in der Gitterebene einschließt, beispielsweise der x-Achse und der y-Achse. Denkbar wäre auch ein Winkel eingeschlossen mit einer Normalen zu der Gitterebene oder eingeschlossen zwischen Trajektorie und Gitterebene und ein Winkel, der eine Rotation um die Flächennormale zur Gitterebene angibt, beispielsweise mit Nullpunkt bei der positiven x-Koordinate oder einer Markierung auf dem Gitter.
Schließlich werden in einem Schritt S90 der Gitterpunkt Gitterpunkte und der Eintrittswinkel von dem Magnetresonanztomographen 1 über ein Ausgabegerät, beispielsweise ein Display ausgegeben. So kann der Radiologe das Instrument am Gitter 60 gemäß den Ausgaben positionieren.
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.

Claims

Lokalspule, wobei die Lokalspule (50) eine Antennenschleife (51) aufweist, welche außenumfänglich eine Fläche umschließt, wobei die Lokalspule (50) ausgelegt ist, ein Messmittel in einer vorbestimmten Relativposition aufzunehmen, wobei sich das Messmittel über die Fläche von einer Seite der Lokalspule (50) zur gegenüberliegenden Seite erstreckt.
Lokalspule (50) nach Anspruch 1, wobei die Lokalspule (50) eine Nullpunktmarkierung (52) für einen Markierungspointer (17) aufweist.
Lokalspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lokalspule (50) eine Haltevorrichtung (53) zur Positionierung eines Gitters (60) in einer vorbestimmten Relativposition zu der Lokalspule (50) aufweist.
System aus einer Lokalspule nach Anspruch 3 und einem Gitter (60), wobei das Gitter (60) in einer vorbestimmten Position zur Lokalspule (50) in der Haltevorrichtung (53) positioniert ist.
System nach Anspruch 4, wobei das Gitter (60) eine Mehrzahl an MR-auslesbaren Markern aufweist, sodass in einer MR-Abbildung mit dem Magnetresonanztomographen (1) relative Position und relative Ausrichtung des Gitters (60) zu dem Magnetresonanztomographen (1) bestimmbar sind.
System nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Gitter (60) eine Führungseinrichtung (61) aufweist, die ausgelegt ist, an einem Gitterpunkt des Gitters (60) ein Instrument in einer Bewegung entlang einer Längserstreckung unter einem einstellbaren Eintrittswinkel zu führen.
System nach Anspruch 6, wobei das Instrument einen Marker (71) aufweist, der ausgelegt ist, das Instrument in einer Magnetresonanzabbildung sichtbar zu machen.
Verfahren zur Markierung eines Eintrittspunkts in einem Patienten mit einer Lokalspule (50) nach Anspruch 1 oder 2 in einem Magnetresonanztomographen (1), wobei der Magnetresonanztomograph (1) eine Patientenliege (30) und einen Markierungspointer (17) aufweist, der in einer vorbestimmten Position an dem Magnetresonanztomographen (1) angeordnet ist, sodass ein von dem Markierungspointer (17) ausgesandter Lichtstrahl eine vorbestimmte Position der Lokalspule (50) auf einem Patienten (100) auf der Patientenliege (30) zumindest in einer Dimension definiert, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (S10) Positionieren der Lokalspule (50) und der Patientenliege (30), sodass durch den Markierungspointer (17) markiert die Lokalspule (50) die vorbestimmte Position einnimmt; (S15) Ausrichten der Lokalspule so, dass sich das Messmittel in einer Richtung senkrecht zu einer Bewegungsrichtung der Patientenliege (30) erstreckt; (S20) Erfassen einer Abbildung des Patienten (100); (S30) Ermitteln einer Koordinate des Eintrittspunkts entlang der Erstreckung des Messmittels aus der Abbildung; (S40) Markieren des ermittelten Eintrittspunkts an der Koordinate des Messmittels.
Verfahren zur Positionierung eines Instruments mit einem System nach Anspruch 5, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (S10) Positionieren der Lokalspule (50) an einem Patienten (100) ; (S20) Erfassen einer Abbildung des Patienten mit der Lokalspule (50) und dem Magnetresonanztomographen (1); (S50) Segmentieren der Abbildung in Organe durch den Magnetresonanztomographen (1); (S60) Ermitteln von Trajektorien zwischen Gitterpunkten und einem vorbestimmten Zielgebiet in Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung; (S70) Auswählen einer Trajektorie in Abhängigkeit von der segmentierten Abbildung derart, dass ein Instrument entlang der Trajektorie kein zu schützendes Organ oder Hindernis trifft; (S80) Ermitteln eines Gitterpunktes und eines Eintrittswinkels an dem Gitterpunkt für die ausgewählte Trajektorie, (S90) Ausgeben des Gitterpunktes und des Eintrittswinkels.
Verfahren nach Anspruch 9 mit einem System nach Anspruch 6, wobei die Führungseinrichtung (61) an dem ermittelten Gitterpunkt angeordnet ist und der Eintrittswinkel an der Führungseinrichtung (61) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Instrument einen Marker aufweist, der ausgelegt ist, das Instrument in einer Magnetresonanzabbildung sichtbar zu machen, wobei in einem Schritt die ausgewählte Trajektorie und das Instrument in einer gemeinsamen Abbildung auf einem Ausgabegerät dargestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein Auswählen der TRajektorie durch den Magnetresonanztomographen (1) erfolgt.