DE112016006290T5

DE112016006290T5 - System und Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung der Magnetresonanztomografie

Info

Publication number: DE112016006290T5
Application number: DE112016006290.7T
Authority: DE
Inventors: Chad Tyler HARRIS; Alexander Gyles PANTHER; David Mark Deschenes; Philip J. Beatty; Jeff Alan Stainsby
Original assignee: Synaptive Medical Barbados Inc
Current assignee: Synaptive Medical Inc
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2018-11-15
Also published as: CA3012161A1; US11675037B2; CA3012161C; US10969453B2; US20190025391A1; WO2017125790A1; CN108496091B; JP2019503788A; US20210263121A1; JP6783864B2; CN108496091A

Abstract

Systeme und Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung der Magnetresonanztomografie »MRT« werden bereitgestellt. Relaxationsparameter einschließlich der longitudinalen Relaxationszeit »T1« und der transversalen Relaxationszeit »T2« werden aus Magnetresonanzsignaldaten geschätzt, die bei mehreren unterschiedlichen Magnetfeldstärken unter Verwendung desselben MRT-Systems erfasst wurden. Durch Vermessen dieser Relaxationsparameter als eine Funktion der Magnetfeldstärke werden T1-Dispersionsdaten, T2-Dispersionsdaten oder beide erzeugt. Basierend auf diesen Dispersionsdaten können quantitative physiologische Parameter geschätzt werden. Als ein Beispiel kann der Eisengehalt aus T2-Dispersionsdaten geschätzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Systeme und Verfahren zur Magnetresonanztomografie »MRT«. Insbesondere betrifft die Erfindung Systeme und Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung von MRT.
Die Verwendung von MRT als ein quantitatives Werkzeug hat weiterhin großes Interesse in der klinischen und Forschungsgemeinde geweckt. Eine der gebräuchlichsten MRT-Methoden für die quantitative Diagnose ist die Relaxometrie, bei der die longitudinale Relaxationszeit (T1), die transversale Relaxationszeit (T2) oder beide in einer Region von Interesse geschätzt und verwendet werden können, um quantitative Karten basierend auf den Relaxationszeiten zu erzeugen. Im Allgemeinen verwenden Relaxometriemethoden die Abtastung von Magnetresonanzsignalen zu zwei oder mehr verschiedenen Zeitpunkten (wie z. B. Echozeiten) unter Verwendung einer langen Wiederholungszeit »TR«.
Die Darstellung des Eisengehalts im Körper (und insbesondere im Gehirn) ist sehr wünschenswert. Es wurde gezeigt, daß der Eisengehalt mit mehreren neurologischen Störungen korreliert (wie z. B. Parkinson- und Alzheimerkrankheit). Gegenwärtige Verfahren zum Abbilden des Eisengehalts drehen sich um das Quantifizieren des Rückgangs des Magnetresonanzsignals, wenn die Echozeit einer Gradientenechosequenz erhöht wird. Dies erlaubt die scheinbare transversale Relaxationsrate, $R_{2}^{*} = 1 / T_{2}^{*}$
in vivo gemessen zu werden. Jedoch kann $R_{2}^{*}$
sich aus vielen Gründen ändern, die nicht mit dem Eisengehalt in Verbindung gebracht werden können. Darüber hinaus ist diese Methode gegenüber kleinen Mengen Eisen nicht sehr empfindlich.
Es wurde gezeigt, daß longitudinale und transversale Relaxationszeiten von der Magnetfeldstärke abhängig sind. Zum Beispiel zeigen die transversalen Relaxationszeiten der Lösungen vom Ferritin einen linearen Anstieg mit der magnetischen Feldstärke, wobei die Steigung dieser Zunahme vom Ferritinbelastungsfaktor abhängt. Wenn das Gewebe bei mehreren Feldstärken berechnet werden kann, kann der Eisengehalt geschätzt werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Form der Eisenabscheidung zu bestimmen, welche sehr vorteilhaft sein könnte, um die Rolle des Eisens bei neurologischen Störungen zu identifizieren.
Diese magnetfeldabhängigen Relaxometriemethoden wurden jedoch nicht für die regelmäßige klinische Implementierung übernommen, weil in diesen Methoden die Relaxationsparameter bei mehreren unterschiedlichen Magnetfeldstärken abgeschätzt werden müssten. Unter Verwendung der derzeit verfügbaren Technologie wird diese Anforderung im Allgemeinen nur erfüllt, indem das Subjekt zwischen mehreren verschiedenen MRT-Systemen bewegt wird, die jeweils ein anderes Magnetfeld (wie z. B. 0,5 T, 1,0 T, 1,5 T und 3 T) aufweisen.
Es bleibt daher ein Bedarf, Systeme und Verfahren für die magnetfeldabhängige Relaxometrie bereitzustellen, die ohne weiteres in klinischen und Forschungsumgebungen ohne die Notwendigkeit mehrerer verschiedener MRT-Systeme implementiert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung überwindet die oben genannten Nachteile, indem ein Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung der Magnetresonanztomografie »MRT« bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst das Erfassen von ersten Daten von einem Subjekt unter Verwendung eines MRT-Systems mit einem Hauptmagnetfeld bei einer ersten Magnetfeldstärke durch Abtasten eines ersten Magnetresonanzsignals an einer ersten Pluralität von Zeitpunkten. Das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems wird denn auf eine zweite Magnetfeldstärke eingepasst und zweite Daten werden unter Verwendung des MRT-Systems erfasst, während das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems bei der zweiten Magnetfeldstärke ist, durch Abtasten eines zweiten Magnetresonanzsignals an einer zweiten Pluralität von Zeitpunkten. Ein erster Wert eines Relaxationsparameters wird durch Einpassen von ersten Daten an ein Signalmodell geschätzt, das die Relaxation des Magnetresonanzsignals als eine Funktion des Relaxationsparameters beschreibt, anschließend wird ein zweiter Wert des Relaxationsparameters durch Einpassen der zweiten Daten an das Signalmodell geschätzt. Dispersionsdaten werden durch Assoziieren des ersten Wertes des Relaxationsparameters mit der ersten Magnetfeldstärke und dem zweiten Wert des Relaxationsparameters mit der zweiten Magnetfeldstärke erstellt.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Karte eines quantitativen physiologischen Parameters in einer Region in einem Subjekt unter Verwendung von Magnetresonanztomografie »MRT« zu erzeugen.
Magnetresonanzsignale werden in der Region unter Verwendung des MRT-Systems erzeugt und ein Datensatz wird aus der Region unter Verwendung des MRT-Systems durch Abtasten der in der Region erzeugten Magnetresonanzsignale erfasst. Die bisherigen Schritte werden mehrfach wiederholt, um eine Vielzahl von Datensätzen zu erfassen, wobei jeder Datensatz bei einer anderen Magnetfeldstärke durch Einstellen der Magnetfeldstärke des Hauptmagnetfeldes vom MRT-System vor dem Erzeugen der Magnetresonanzsignale in der Region erfasst wird. Die Werte eines Relaxationsparameters werden in der Region durch Einpassen von jeder der Pluralitäten von Datensätzen an ein Signalmodell geschätzt, das die Magnetresonanzsignalrelaxation als eine Funktion des Relaxationsparameters beschreibt. Dispersionsdaten werden für jede Position in der Region durch Assoziieren von den Werten des geschätzten Relaxationsparameters mit der Magnetfeldstärke erstellt, bei der der Datensatz, der zum Schätzen der Werte des Relaxationsparameters verwendet wurde, erfasst wurde. Eine Karte eines quantitativen physiologischen Parameters wird in der Region durch Berechnen des quantitativen physiologischen Parameters bei jeder Stelle in der Region aus den Dispersionsdaten erzeugt.
Die vorstehenden und anderen Aspekte bzw. Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen zur Veranschaulichung eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gezeigt wird. Eine solche Ausführungsform stellt jedoch nicht notwendigerweise den vollen Umfang der Erfindung dar, und daher wird zur Beschreibung des Umfangs der Erfindung auf die Ansprüche und hierin Bezug genommen.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung eines Magnetresonanztomografie »MRT« -systems und zum optionalen Erzeugen von Karten aus quantitativen physiologischen Parametern basierend auf Dispersionsdaten zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften MRT-Systems, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementieren kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es werden Systeme und Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie unter Verwendung der Magnetresonanztomografie »MRT« beschrieben. Relaxometrie bezieht sich im Allgemeinen auf die Messung von Relaxationsparametern, einschließlich longitudinaler Relaxationszeit (T1) und transversaler Relaxationszeit (T2). Durch Messen dieser Relaxationsparameter als eine Funktion der Magnetfeldstärke können T1-Dispersionsdaten, T2-Dispersionsdaten oder beides erhalten werden. Basierend auf diesen Dispersionsdaten können quantitative physiologische Parameter geschätzt werden. Als ein Beispiel kann der Eisengehalt aus T2-Dispersionsdaten geschätzt werden.
Derzeit können Relaxationsdispersionsdaten erhalten werden, indem ein Subjekt in einer Anzahl von verschiedenen MRT-Systemen mit jeweils einer unterschiedlichen Magnetfeldstärke abgebildet wird. Dieser Ansatz hat mehrere Einschränkungen. Zum Beispiel erfordert der Ansatz Zugang zu mehreren verschiedenen MRT-Systemen mit jeweils unterschiedlichen Feldstärken, die an den meisten klinischen Standorten möglicherweise nicht verfügbar sind. Weil das Subjekt zwischen mehreren verschiedenen MRT-Systemen bewegt werden muss, müssen die Bilder des Subjekts aus den verschiedenen MRT-Systemen ebenfalls gemeinsam registriert werden, bevor Dispersionsdaten von ihnen erzeugt werden können.
Die Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung verwenden jedoch ein einzelnes MRT-System, das betrieben werden kann, um seine Hauptmagnetfeldstärke schnell zu erhöhen, wodurch Messungen von Relaxationsparametern bei mehreren unterschiedlichen Feldstärken ermöglicht werden, ohne das Objekt bewegen zu müssen .
Bezug nehmend auf 1 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zum Messen der Relaxationsparameterdispersion unter Verwendung von MRT darstellt.
Das Verfahren umfasst, wie in Schritt 102 angegeben, daß das MRI-System angewiesen wird, eine Pulssequenz durchzuführen, die Daten durch Abtasten eines Magnetresonanzsignals zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst. Im Allgemeinen wird das Magnetresonanzsignal durch Kernspins erzeugt, die sich zurück in das Gleichgewicht entspannen, und kann somit ein freies Induktionszerfalls »FID« -signal, ein Gradientenechosignal, ein Spinechosignal, ein stimuliertes Echosignal oder jedes andere geeignete Magnetresonanzsignal enthalten. Im Allgemeinen wird das MRT-System betrieben, um Magnetresonanzsignale über eine Region des Subjekts zu erzeugen, wie z. B. eine Bildschicht, Bildplatte, Bildvolumen oder eine andere räumlich lokalisierte Region von Interesse.
Für den Fachmann ist ersichtlich, daß die Wahl der Pulssequenz die Art des gebildeten Magnetresonanzsignals und auch den zu untersuchenden Relaxationsparameter beeinflusst. Zum Beispiel kann eine Inversionserholung oder T1-gewichtete Pulssequenz zur Untersuchung der longitudinalen Relaxation verwendet werden, während eine T2-gewichtete Pulssequenz zur Untersuchung der transversalen Relaxation verwendet werden kann.
Im Entscheidungsblock (104) wird festgestellt, ob Daten bei einer gewünschten Anzahl von unterschiedlichen Magnetfeldstärken erfasst wurden. Falls nicht, wird die Magnetfeldstärke dann eingestellt, wie in Schritt 106 angezeigt, und zusätzliche Daten werden bei der neuen Magnetfeldstärke erfasst. Somit umfasst das Verfahren das Erfassen von Daten mindestens bei einer ersten Magnetfeldstärke und einer zweiten Magnetfeldstärke; der Prozess kann jedoch im Allgemeinen wiederholt werden, um eine Vielzahl von Datensätzen bei jeder von mehreren unterschiedlichen Magnetfeldstärken zu erfassen. Dementsprechend ist in einem bevorzugten MRT-System eine abstimmbare HF-Spule implementiert, so dass die HF-Spule auf die geeigneten Resonanzfrequenzen eingestellt werden kann, die den unterschiedlichen Magnetfeldstärken zugeordnet sind. Zugleich kann vorzugsweise ein Breitbandempfänger implementiert werden, um einen breiten Bereich von Resonanzfrequenzen und somit Feldstärken bereitzustellen, die in einem einzigen Scan verwendet werden können. Beispiele solcher abstimmbarer HF-Spulen und Breitbandempfänger werden von Fachleuten auf dem Gebiet anerkannt werden.
In einer spezifischen Ausführungsform wird das Magnetfeld unter Verwendung eines MRT-Systems eingestellt, das sein Hauptmagnetfeld schnell an-oder absteigen kann. Ein Beispiel für ein solches System ist in der gleichzeitig anhängigen PCT-Anmeldung mit der Seriennummer PCT / IB2015 / 057979 beschrieben. Mit dieser Art von System kann das Hauptmagnetfeld abhängig von der Menge an angelegtem Strom auf unterschiedliche Stärken erhöht werden. In vorteilhafter Weise kann das Hauptmagnetfeld in einer klinisch vertretbaren Zeitdauer erhöht werden. Als ein Beispiel kann das Hauptmagnetfeld in ca. zehn Minuten von Null auf 0,5 T erhöht werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Hauptmagnetfeld in ca. einer Minute oder weniger von 0,5 T auf 0,4 T erhöht werden. Somit kann in einigen Ausführungsformen die Magnetfeldstärke des Hauptmagnetfeldes in weniger als 15 Minuten und in einigen Ausführungsformen in weniger als zwei Minuten zwischen einem ersten und einem zweiten Wert erhöht werden.
Unter Verwendung eines solchen Systems kann dann das Hauptmagnetfeld inkrementell eingestellt werden, um Daten bei mehreren unterschiedlichen Feldstärken in einem klinisch vertretbaren Zeitraum zu erfassen, wodurch eine magnetfeldabhängige Relaxometrie bereitgestellt wird. Als ein Beispiel kann das Hauptmagnetfeld in Schritten von 0,1 T eingestellt werden; es versteht sich jedoch, daß auch andere Inkremente größer oder kleiner als 0,1 T verwendet werden können (z. B. 0,05 T, 0,2 T, 0,25 T, 0,5 T). In einigen Ausführungsformen kann das Hauptmagnetfeld ferner unter Verwendung eines Spuleneinsatzes eingestellt werden, um das lokale Magnetfeld im MRT-System zu modulieren.
Wenn Daten bei allen gewünschten Magnetfeldstärken erfasst worden sind, werden die Daten an die geeigneten Signalmodelle eingepasst, um Relaxationsparameter, wie in Schritt 108 angegeben, als eine Funktion der Magnetfeldstärke zu extrahieren. Im Allgemeinen ist das verwendete Signalmodell ein Signalmodell, das die Relaxation von Magnetresonanzsignalen als eine Funktion eines Relaxationsparameters beschreibt, wie z. B. transversale Relaxationszeit, transversale Relaxationsrate, scheinbare transversale Relaxationszeit, scheinbare transversale Relaxationsrate, longitudinale Relaxationszeit oder longitudinale Relaxationsrate. Dieser Schritt kann das Rekonstruieren von Bildern aus den erfassten Daten und das Anpassen der Bildgröße, der Bildphase oder von beiden an das geeignete Signalmodell umfassen. Als ein Beispiel können Bildgrößen zu den verschiedenen abgetasteten Zeitpunkten an ein Signalmodell eingepasst werden, das auf den Bloch-Gleichungen basiert, die die gemessene Signalintensität mit einem oder beiden der Relaxationszeitparameter T1 und T2 in Beziehung setzen. Als ein anderes Beispiel kann das Signalmodell auf einem exponentiellen Verfallsmodell zum Schätzen von T2 odereinem Wiederherstellungssignalmodell zum Schätzen von T1 basieren. Als ein Ergebnis dieses Schritts werden Werte der Relaxationsparameter für jede Magnetfeldstärke geschätzt, bei der Daten erfasst wurden. In einigen Ausführungsformen können Karten der Relaxationsparameter erzeugt werden, welche die räumliche Verteilung der Relaxationsparameter in einer Region des Subjekts, wie dem abgebildeten Sichtfeld, darstellen.
Dispersionsdaten können anschließend erzeugt werden, indem die geschätzten Relaxationsparameter den jeweiligen Magnetfeldstärken zugeordnet werden, wie in Schritt 110 angegeben. Als ein Beispiel können die Dispersionsdaten Kurven oder andere Diagramme umfassen, die Relaxationsparameter als eine Funktion der Magnetfeldstärke beschreiben.
Unter Verwendung der Dispersionsdaten können andere physikalische Parameter, die mit dem untersuchenden Subjekt assoziiert sind, berechnet werden, wie in Schritt 112 angegeben. Als ein allgemeines Beispiel können quantitative physiologische Parameter aus den Dispersionsdaten geschätzt werden. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der Eisengehalt in Gewebe aus T2-Dispersionsdaten berechnet werden. Als ein anderes nicht einschränkendes Beispiel kann der Gehalt von Albumin in Anwendungen geschätzt werden, in denen ein Kontrastmittel an Albumin gebunden ist, wie Vasovist^® (alias Albavar^®, hergestellt von Lantheus Medical Imaging, Inc.). In einigen Fällen kann der Gehalt von Albumin unter Verwendung einer Delta-Relaxation-verstärkten Magnetresonanz »DreMR« -Methode gemessen werden. Andere Parameter, die aus dem DreMR-Kontrast gemessen werden können, können ebenfalls geschätzt werden. Im Allgemeinen wird es jedoch von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden, daß jede geeigneten physikalischen oder physiologischen Parameter, die mit einem oder mehreren Relaxationsparametern assoziiert sind, geschätzt oder berechnet werden können.
Karten dieser Parameter können erzeugt werden, um die räumliche Verteilung der geschätzten Parameter im abgebildeten Sichtfeld darzustellen, wie in Schritt 114 angegeben. Diese Karten können zum Identifizieren von Regionen im Objekt nützlich sein, die bestimmte physikalische Eigenschaften aufweisen, die den geschätzten Parametern zuzuschreiben sind. Zum Beispiel können die Karten im obigen Beispiel nützlich sein, um Regionen im Subjekt zu identifizieren, die unterschiedliche Grade an Eisengehalt aufweisen.
Beispielhaftes MRT-System
Bezug nehmend auf 2 ist ein Beispiel eines MRT-Systems (10) dargestellt, das sein Magnetfeld schnell hochfahren kann. Das MRT-System (10) umfasst allgemein eine Magnetanordnung (12) zum Bereitstellen eines Magnetfelds (14), das im Wesentlichen gleichförmig in einer Bohrung (16) ist, die ein Objekt (18) oder ein anderes Objekt, das abgebildet werden soll, halten kann. Die Magnetanordnung (12) trägt eine Radiofrequenz- »HF« - Spule (nicht gezeigt), die eine HF-Anregung für Kernspins im Objekt (18) oder dem Objekt, das in der Bohrung (16) positioniert ist, bereitstellen kann. Die HF-Spule kommuniziert mit einem HF-System (20), das die notwendigen elektrischen Wellenformen erzeugt, wie in der Technik verstanden wird. In einigen Ausführungsformen kann die HF-Spule eine abstimmbare HF-Spule sein, die auf verschiedene unterschiedliche Resonanzfrequenzen abgestimmt sein kann (wie z. B. Resonanzfrequenzen, die verschiedenen Magnetfeldstärken zugeordnet sind), wie in derTechnik verstanden wird. Das RF-System (20) kann in einigen Ausführungsformen einen Breitbandempfänger umfassen, der Magnetresonanzsignale über eine breite Bandbreite von Resonanzfrequenzen empfangen kann, wodurch ermöglicht wird, daß ein ähnlich breiter Bereich unterschiedlicher Magnetfeldstärken implementiert wird.
Die Magnetanordnung (12) trägt auch drei Achsen von Gradientenspulen (nicht gezeigt) eines in der Technik bekannten Arten, die mit einem entsprechenden Gradientensystem (22) kommunizieren, das den Gradientenspulen elektrische Energie zuführt, um Magnetfeldgradienten G_x, G_y und G_z im Laufe der Zeit zu erzeugen.
Ein Datenerfassungssystem (24) ist mit HF-Empfangsspulen (nicht gezeigt) verbunden, die innerhalb der Magnetanordnung (12) gelagert sind oder in der Bohrung (16) positioniert sind.
Das HF-System (20), das Gradientensystem (22) und das Datenerfassungssystem (24) stehen jeweils mit einer Steuerung (26) in Verbindung, die Impulsfolgen erzeugt, die HF-Impulse vom HF-System (20) und Gradientenimpulse vom Gradientensystem (22) enthalten. Das Datenerfassungssystem (24) empfängt Magnetresonanzsignale vom HF-System (20) und liefert die Magnetresonanzsignale an ein Datenverarbeitungssystem (28), das die Magnetresonanzsignale verarbeitet und Bilder daraus rekonstruiert. Die rekonstruierten Bilder können an einer Anzeige (30) zur Anzeige für einen Benutzer bereitgestellt werden.
Die Magnetanordnung (12) umfasst eine oder mehrere Magnetspulen (32), die in einem Vakuumgehäuse (34) untergebracht sind, das im Allgemeinen einen Kryostaten für die Magnetspulen (32) bereitstellt und mechanisch durch einen mechanischen Kryokühler (36) wie z.B. Gifford-McMahon- »GM« -Kryokühler oder ein Pulsrohr-Kryokühler gekühlt wird. In einer beispielhaften Konfiguration kann der Kryokühler ein Gifford-McMahon-Kryokühler Modell RDK-305 sein, der von Sumitomo Heavy Industries (Japan) hergestellt wird. Im Allgemeinen befindet sich der Kryokühler (36) in thermischem Kontakt mit den Magnetspulen (32) und dient dazu, die Temperatur der Magnetspulen (32) zu senken und die Magnetspulen (32) und eine gewünschte Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen umfasst der Kryokühler (36) eine erste Stufe in thermischem Kontakt mit dem Vakuumgehäuse (34) und eine zweite Stufe in thermischem Kontakt mit den Magnetspulen (32). In diesen Ausführungsformen hält die erste Stufe des Kryokühlers (36) das Vakuumgehäuse (34) auf einer ersten Temperatur und die zweite Stufe des Kryokühlers (36) hält die Magnetspulen (32) auf einer zweiten Temperatur, die niedriger als die erste Temperatur ist.
Die Magnetspulen (32) bestehen aus einem supraleitendem Material und stellen daher einen supraleitenden Magneten bereit. Das supraleitende Material wird vorzugsweise so ausgewählt, daß es ein Material mit einer geeigneten kritischen Temperatur ist, so daß die Magnetspulen (32) gewünschte Magnetfeldstärken über einen Bereich von geeigneten Temperaturen erreichen können. Als ein Beispiel kann das supraleitende Material Niob »Nb« sein, das eine Übergangstemperatur von ca. 9,2 K aufweist. Als ein anderes Beispiel kann das supraleitende Material Niob-Titan »NbTi« sein, das eine Übergangstemperatur von ca. 10 K aufweist. Als ein weiteres Beispiel kann das supraleitende Material Triniobzinn »Nb3Sn« sein, das eine Übergangstemperatur von ca. 18,3 Kaufweist.
Die Wahl des supraleitenden Materials definiert den Bereich der magnetischen Feldstärken, die mit der Magnetanordnung (12) erreichbar sind. Vorzugsweise wird das supraleitende Material so gewählt, daß magnetische Feldstärken im Bereich von ca. 0,0 T bis ca. 3,0 T über einen Bereich von Temperaturen erreicht werden können, die in geeigneter Weise durch den Kryokühler (36) erreicht werden können. In einigen Konfigurationen kann das supraleitende Material jedoch so gewählt werden, daß es Magnetfeldstärken von mehr als 3,0 T bereitstellt.
Der Kryokühler (36) ist betreibbar, um die Magnetspulen (32) auf einer Betriebstemperatur zu halten, bei der die Magnetspulen (32) supraleitend sind, wie z. B. eine Temperatur, die unterhalb der Übergangs- oder kritischen Temperatur des Materials, aus dem die Magnetspulen (32) bestehen, liegt. Als ein Beispiel kann eine untere Betriebstemperaturgrenze ca. 4 K betragen und eine obere Betriebstemperaturgrenze kann bei oder nahe der Übergangs- oder kritischen Temperatur des supraleitenden Materials sein, aus dem die Magnetspulen (32) bestehen.
Die Stromdichte in den Magnetspulen (32) im MRT-System (10) ist steuerbar, um das von der Magnetanordnung (12) erzeugte Magnetfeld (14) schnell hoch- oder herunterzufahren, während die Temperatur der Magnetspulen (32) mit dem Kryokühler (36) geregelt wird, um die Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur des supraleitenden Materials, aus dem die Magnetspulen (32) bestehen, zu halten. Als ein Beispiel kann das Magnetfeld (14) in der Größenordnung von Minuten, wie z.B. fünfzehn Minuten oder weniger, hoch- oder heruntergefahren werden.
Im Allgemeinen kann die Stromdichte in den Magnetspulen (32) erhöht oder verringert werden, indem die Magnetspulen (32) mit einer Schaltung mit einer Stromversorgung (38) verbunden werden, die über einen Schalter (40) mit den Magnetspulen (32) in elektrischer Verbindung steht und die Stromversorgung (38) betreibt, um den Strom in der angeschlossenen Schaltung zu erhöhen oder zu verringern. Der Schalter (40) ist allgemein ein supraleitender Schalter, der zwischen einem ersten, geschlossenen Zustand und einem zweiten, offenen Zustand betrieben werden kann.
Wenn sich der Schalter (40) in seinem offenen Zustand befindet, befinden sich die Magnetspulen (32) in einem geschlossenen Kreis, der manchmal als „Dauermodus“ bezeichnet wird. Bei dieser Konfiguration sind die Magnetspulen (32) solange in einem supraleitenden Zustand, wenn die Temperatur der Magnetspulen (32) auf einer Temperatur bei oder unterhalb der Übergangstemperatur des supraleitenden Materials, aus dem sie bestehen, gehalten wird.
Wenn der Schalter (40) im geschlossenen Zustand ist, können jedoch die Magnetspulen (32) und die Stromversorgung (38) in einer verbundenen Schaltung angeordnet sein, und der von der Stromversorgung (38) gelieferte Strom sowie der Strom in den Magnetspulen (32)
werden versuchen sich miteinander auszugleichen. Wenn beispielsweise die Stromversorgung (38) betrieben wird, um der angeschlossenen Schaltung mehr Strom zuzuführen, wird der Strom in den Magnetspulen (32) ansteigen, welcherdie Stärke des Magnetfeldes (14) erhöht. Wenn die Stromversorgung (38) andererseits betrieben wird, um den Strom in der angeschlossenen Schaltung zu verringern, wird der Strom in den Magnetspulen (32) abnehmen, welcher die Stärke des Magnetfelds (14) verringern wird.
Der Fachmann wird erkennen, daß jeder geeignete supraleitende Schalter zum selektiven Verbinden der Magnetspulen (32) und der Stromversorgung (38) in einer angeschlossenen Schaltung verwendet werden kann; jedoch kann der Schalter (40) als ein nicht einschränkendes Beispiel eine Länge eines supraleitenden Drahts enthalten, der parallel zu den Magnetspulen (32) und der Stromversorgung (38) geschaltet ist. Um einen solchen Schalter (40) in seinen geschlossenen Zustand zu versetzen, wird eine Heizeinrichtung in thermischem Kontakt mit dem Schalter (40) betrieben, um die Temperatur des supraleitenden Drahts über seine Übergangstemperatur zu erhöhen, was wiederum den Draht im Vergleich zur induktiven Impedanz des Widerstands der Magnetspulen (32) hochwiderstandsfähig macht. Infolgedessen fließt sehr wenig Strom durch den Schalter (40). Die Stromversorgung (38) kann anschließend in einen mit den Magnetspulen (32) verbundenen Schaltkreis gelegt werden. In dieser verbundenen Schaltung versuchen der Strom in der Stromversorgung (38) und den Magnetspulen (32), sich auszugleichen; somit kann die Stromdichte in den Magnetspulen (32) durch das Einstellen des von der Stromversorgung (38) gelieferten Stroms erhöht oder erniedrigt werden, um das Magnetfeld (14) entsprechend hochzufahren oder herunterzufahren. Um den Schalter (40) in seinen offenen Zustand zu versetzen, wird der supraleitende Draht im Schalter (40) unter seine Übergangstemperatur abgekühlt, wodurch die Magnetspulen (32) wieder in einen geschlossenen Stromkreis gebracht werden, wobei die Stromversorgung (38) getrennt wird und der gesamte Strom durch die Magnetspulen (32) fließen kann.
Wenn sich die Magnetspulen (32) in der mit der Stromversorgung (38) verbundenen Schaltung befinden, wird die Temperatur der Magnetspulen (32) ansteigen, wenn der Strom in der angeschlossenen Schaltung ausgeglichen wird. Somit sollte die Temperatur der Magnetspulen (32) überwacht werden, um sicherzustellen, daß die Temperatur der Magnetspulen (32) unter der Übergangstemperatur für das supraleitende Material bleibt, aus dem sie bestehen. Weil das Anordnen der Magnetspulen (32) in einer mit der Stromversorgung (38) verbundenen Schaltung dazu neigt, die Temperatur der Magnetspulen (32) zu erhöhen, hängt die Rate, mit der das Magnetfeld (14) hochgefahren oder heruntergefahren werden kann, teilweise von der Kühlkapazität des Kryokühlers (36) ab. Zum Beispiel wird ein Kryokühler mit einer größeren Kühlkapazität in der Lage sein, Wärme schneller von den Magnetspulen (32) zu entfernen, während sie sich in einem verbundenen Stromkreis mit der Stromversorgung (38) befinden.
Die Stromversorgung (38) und der Schalter (40) arbeiten unter Steuerung von der Steuerung (26), um Strom an die Magnetspulen (32) zu liefern, wenn die Stromversorgung (38) in einem mit den Magnetspulen (32) verbundenen Schaltkreis ist. Eine Stromüberwachung (42) misst den Strom, der von der Stromversorgung (38) zu den Magnetspulen (32) fließt, und ein Maß des Stroms kann der Steuerung (26) bereitgestellt werden, um das Hoch- oder Herunterfahren des Magnetfelds (14) zu steuern. In einigen Konfigurationen ist die Stromüberwachung (42) in die Stromversorgung (38) integriert.
Eine Temperaturüberwachung (44) steht in thermischem Kontakt mit der Magnetanordnung (12) und funktioniert, um eine Temperatur der Magnetspulen (32) in Echtzeit zu messen. Als ein Beispiel kann die Temperaturüberwachung (44) einen Thermoelement-Temperatursensor, einen Diodentemperatursensor (wie z. B. eine Siliziumdiode oder eine GaAlAs-Diode), einen Widerstandstemperaturdetektor »RTD«, einen kapazitiven Temperatursensor usw. enthalten. RTD-basierte Temperatursensoren können aus Keramikoxynitrid, Germanium oder Rutheniumoxid bestehen. Die Temperatur der Magnetspulen (32) wird überwacht und kann an der Steuerung (26) bereitgestellt werden, um das Hoch- oder Herunterfahren des Magnetfelds (14) zu steuern.
In Betrieb, ist die Steuerung (26) so programmiert, daß sie das Magnetfeld (14) der Magnetanordnung (12) als Reaktion auf Anweisungen von einem Benutzer hoch- oder herunterfährt. Wie oben erwähnt kann das Magnetfeld (14) heruntergefahren werden, indem die Stromdichte in den Magnetspulen (32) durch Zuführen von Strom zu den Magnetspulen (32) von der Stromversorgung (38) über den Schalter (40), der von der Steuerung (26) gesteuert wird, verringert wird. In ähnlicher Weise kann die Stärke des Magnetfelds (14) durch Erhöhen der Stromdichte in den Magnetspulen (32) durch Zuführen von Strom zu den Magnetspulen (32) von der Stromversorgung (38) über den Schalter (40), der durch die Steuerung (26) gesteuert wird, hochgefahren werden.
Die Steuerung (26) ist auch dazu programmiert, verschiedene Betriebsparameterwerte zu überwachen, die dem MRT-System (10) vor, während und nach dem Hoch- oder Runterfahren des Magnetfelds (14) zugeordnet sind. Als ein Beispiel, wie oben erwähnt, kann die Steuerung (26) den Strom, der an den Magnetspulen (32) durch die Stromversorgung (38) über Daten zugeführt wird, die von der Stromüberwachung (42) empfangen werden, überwachen. Als ein anderes Beispiel kann, wie oben erwähnt, die Steuerung (26) die Temperatur der Magnetspulen (32) über Daten, die vom Temperaturmonitor (44) empfangen werden, überwachen. Als ein weiteres Beispiel kann die Steuerung (26) die Stärke des Magnetfelds (14) überwachen, beispielsweise durch Empfangen von Daten von einem Magnetfeldsensor, wie einer Hall-Sonde oder Ähnlichem, der in oder nahe der Bohrung (16) der Magnetanordnung (12) positioniert ist.
Ein oder mehrere Computersysteme können mit dem MRT-System (10) zum Verarbeiten der erfassten Daten gemäß den oben beschriebenen Verfahren bereitgestellt werden. Als ein Beispiel kann das Datenverarbeitungssystem (28) verwendet werden, um die erfassten Daten zu verarbeiten.
Zum Beispiel kann das Datenverarbeitungssystem (28) Magnetresonanzdaten vom Datenerfassungssystem (24) empfangen und gemäß Anweisungen, die von einer Bediener-Workstation heruntergeladen wurden, verarbeiten. Eine solche Verarbeitung kann die oben beschriebenen Verfahren zum Rekonstruieren von Bildern, Einpassen von Signalen an Signalmodelle, Erzeugen von Dispersionsdaten und Berechnen quantitativer oder physikalischer Parameter aus Dispersionsdaten umfassen.
Bilder, die vom Datenverarbeitungssystem (28) rekonstruiert wurden, können zur Speicherung zurück an die Bedienerarbeitsstation übertragen werden, und Echtzeitbilder können in einem Speicher gespeichert werden, von dem die Echtzeitbilder an die Anzeige (30) ausgegeben werden können.
Das MRT-System (10) kann auch eine oder mehrere vernetzte Arbeitsstationen umfassen. Eine vernetzte Arbeitsstation kann beispielsweise eine Anzeige umfassen, ein oder mehrere Eingabegeräte, wie eine Tastatur und eine Maus und einen Prozessor. Die vernetzte Arbeitsstation kann sich innerhalb derselben Einrichtung wie das MRT-System (10) oder in einer anderen Einrichtung befinden, beispielsweise einem anderen Gesundheitsinstitut oder einer anderen Klinik.
Die vernetzte Workstation, sei es innerhalb derselben Einrichtung oder in einer anderen Einrichtung als das MRT-System (10), kann Fernzugriff auf das Datenverarbeitungssystem (28) über ein Kommunikationssystem erlangen. Dementsprechend können mehrere vernetzte Arbeitsstationen Zugriff auf das Datenverarbeitungssystem (28) haben. Auf diese Weise können Magnetresonanzdaten, rekonstruierte Bilder oder andere Daten zwischen dem Datenverarbeitungssystem (28) und den vernetzten Arbeitsstationen ausgetauscht werden, so dass die Daten oder Bilder von einer vernetzten Arbeitsstation fern verarbeitet werden können. Diese Daten können in jedem geeigneten Format ausgetauscht werden, beispielsweise in Übereinstimmung mit dem Übertragungssteuerprotokoll »TCP«, dem Internetprotokoll »IP« oder anderen bekannten oder geeigneten Protokollen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, und es sollte anerkannt werden, daß viele Äquivalente, Alternativen, Variationen und Modifikationen neben den ausdrücklich angegebenen möglich sind und innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen.

Claims

Verfahren zur magnetfeldabhängigen Relaxometrie von Magnetresonanztomografie »MRT«, welches folgende Schritte umfasst: (a) Erfassen von ersten Daten von einem Subjekt unter Verwendung eines MRT-Systems mit einem Hauptmagnetfeld bei einer ersten Magnetfeldstärke durch Abtasten eines ersten Magnetresonanzsignals an einer ersten Pluralität von Zeitpunkten; (b) Einpassen vom Hauptmagnetfeld des MRT-Systems auf eine zweite Magnetfeldstärke; (c) Erfassen von zweiten Daten vom Subjekt unter Verwendung des MRT-Systems, während das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems bei der zweiten Magnetfeldstärke ist, durch Abtasten eines zweiten Magnetresonanzsignals an einer zweiten Pluralität von Zeitpunkten; (d) Schätzen von einem ersten Wert eines Relaxationsparameters durch Anpassen von ersten Daten an ein Signalmodell, das die Relaxation des Magnetresonanzsignals als eine Funktion des Relaxationsparameters beschreibt; (e) Schätzen von einem zweiten Wert des Relaxationsparameters durch Einpassen der zweiten Daten an das Signalmodell; und (f) Erstellen von Dispersionsdaten durch Assoziieren des ersten Wertes des Relaxationsparameters mit der ersten Magnetfeldstärke und dem zweiten Wert des Relaxationsparameters mit der zweiten Magnetfeldstärke.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: Schritt (d) wird für mehrere Positionen in einem Sichtfeld wiederholt, von denen die ersten Daten erfasst werden, um erste Werte des Relaxationsparameters an jeder der mehreren Positionen zu schätzen; Schritt (e) wird für mehrere Positionen in dem Sichtfeld wiederholt, von denen die zweiten Daten erfasst werden, um zweite Werte des Relaxationsparameters an jeder der mehreren Positionen zu schätzen; und die in Schritt (f) erzeugten Dispersionsdaten ordnen die ersten Werte des Relaxationsparameters an jeder der mehreren Positionen der ersten Magnetfeldstärke und die zweiten Werte des Relaxationsparameters an jeder der mehreren Positionen mit der zweiten Magnetfeldstärke zu.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems durch Hochfahren des Hauptmagnetfelds des MRT-Systems von der ersten Magnetfeldstärke auf die zweite Magnetfeldstärke eingestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems in weniger als fünfzehn Minuten von der ersten Magnetfeldstärke auf die zweite Magnetfeldstärke hochgefahren wird.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems in weniger als zwei Minuten von der ersten Magnetfeldstärke auf die zweite Magnetfeldstärke hochgefahren wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenz zwischen der ersten Magnetfeldstärke und der zweiten Magnetfeldstärke ca. 0,1 Tesla beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsparameter eine transversale Relaxationszeit oder eine transversale Relaxationsrate ist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner umfasst das Schätzen eines physikalischen Parameters, der mit dem Subjekt assoziiert ist, aus den Dispersionsdaten.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der physikalische Parameter eine Schätzung des Eisengehalts im Subjekt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsparameter eine longitudinale Relaxationszeit oder eine longitudinale Relaxationsrate ist.
Verfahren zum Erzeugen einer Karte eines quantitativen physiologischen Parameters in einer Region in einem Subjekt unter Verwendung von Magnetresonanztomografie »MRT«, welches folgende Schritte umfasst: (a) Erzeugen von Magnetresonanzsignalen in der Region unter Verwendung des MRT-Systems; (b) Erfassen von einem Datensatz aus der Region unter Verwendung des MRT-Systems durch Abtasten der in der Region erzeugten Magnetresonanzsignale; (c) mehrfaches Wiederholen von Schritten (a) und (b), um eine Vielzahl von Datensätzen zu erfassen, wobei jeder Datensatz bei einer anderen Magnetfeldstärke durch Einstellen der Magnetfeldstärke des Hauptmagnetfeldes vom MRT-System vor dem Erzeugen der Magnetresonanzsignale in der Region erfasst wird; (d) Schätzen von Werten eines Relaxationsparameters in der Region durch Einpassen von jeder der Pluralität von Datensätzen an ein Signalmodell, das die Magnetresonanzsignalrelaxation als eine Funktion des Relaxationsparameters beschreibt; (e) Erstellen von Dispersionsdaten für jede Position in der Region durch Assoziieren von Werten des in Schritt (d) geschätzten Relaxationsparameters mit der Magnetfeldstärke, bei der der Datensatz, der zum Schätzen der Werte des Relaxationsparameters verwendet wurde, erfasst wurde; und (f) Erzeugen einer Karte eines quantitativen physiologischen Parameters in der Region durch Berechnen des quantitativen physiologischen Parameters bei jeder Stelle in der Region aus den Dispersionsdaten.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems in Schritt (c) eingestellt wird, indem das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems von einer ersten Magnetfeldstärke auf eine zweite Magnetfeldstärke hochgefahren wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems in weniger als fünfzehn Minuten von der ersten Magnetfeldstärke auf die zweite Magnetfeldstärke hochgefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Hauptmagnetfeld des MRT-Systems in weniger als zwei Minuten von der ersten Magnetfeldstärke auf die zweite Magnetfeldstärke hochgefahren wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenz zwischen der ersten Magnetfeldstärke und der zweiten Magnetfeldstärke ca. 0,1 Tesla beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsparameter eine transversale Relaxationszeit oder eine transversale Relaxationsrate ist.
Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der quantitative physiologische Parameter der Eisengehalt ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Relaxationsparameter eine longitudinale Relaxationszeit oder eine longitudinale Relaxationsrate ist.