DE19521662A1 - Magnetresonanz(MR)-Angiographie unter Verwendung eines Faraday-Katheters - Google Patents
Magnetresonanz(MR)-Angiographie unter Verwendung eines Faraday-KathetersInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die medizinische Bildgebung
von Blutgefäßen und insbesondere auf die Verwendung von Ma
gnetresonanz, um eine derartige Bildgebung zu erhalten.
Angiographie oder die Bildgebung von Gefäßstrukturen ist
sehr nützlich bei diagnostischen und therapeutischen medi
zinischen Verfahren. Bei der Röntgen-Angiographie wird eine
Menge von für Röntgenstrahlen undurchlässiger Flüssigkeit
in das interessierende Gefäß durch eine invasive Vorrich
tung eingebracht, die in das Gefäß eingeführt wird. Während
die Menge in dem Gefäß ist, wird eine Reihe von Röntgenbil
dern erhalten, die die Röntgenstrahlen absorbierende Flüs
sigkeit hervorheben.
Die Röntgen-Angiographie hat mehrere signifikante Risiken
für den Patienten. Beispielsweise kann die für Röntgen
strahlen undurchlässige Flüssigkeit unbequeme und nachtei
lige Reaktionen in dem Patienten hervorrufen. Zwar sind
konventionelle Röntgen-Fluoreskope so ausgelegt, daß sie
die Röntgendosis minimieren, aber einige Verfahren können
sehr lang sein und die akkumulierte Röntgendosis für das
Subjekt kann signifikant werden. Die Langzeitbestrahlung
des betroffenen medizinischen Personals ist sogar von noch
größerer Bedeutung, da sie regelmäßig an diesen Verfahren
teilnehmen. Infolgedessen ist es wünschenswert, die Rönt
gendosis während dieser Verfahren zu reduzieren oder zu
eliminieren.
Magnetresonanz (MR)-Bildgebungsverfahren für die Bildgebung
von Gefäßstrukturen sind kürzlich verfügbar geworden. MR
Angiographie wird mit einer Vielfalt von Methoden
durchgeführt, die alle auf einer von zwei Grunderscheinun
gen basieren. Die erste Erscheinung entsteht aus Änderungen
in der longitudinalen Spinmagnetisierung, wenn sich Blut
von dem einen Bereich des Patienten zum anderen bewegt.
Verfahren, die Nutzen aus dieser Erscheinung ziehen, sind
als "In-Strömungs-" oder "Laufzeit"-Verahren bekannt gewor
den. Ein üblicherweise verwendetes Laufzeitverfahren ist
die dreidimensionale Laufzeit-Angiographie. Bei diesem Ver
fahren wird ein interessierender Bereich mit einer relativ
kurzen Wiederholungszeit TR und einem relativ starken Anre
gungs-Hochfrequenz(HF)-Puls abgebildet. Dies führt dazu, daß
die MR Spins in dem Sichtfeld gesättigt werden und schwache
MR Antwortsignale ergeben. In das Sichtfeld strömendes Blut
tritt jedoch in einem vollständig entspannten Zustand ein.
Infolgedessen gibt dieses Blut ein relativ starkes MR Ant
wortsignal, bis es ebenfalls gesättigt wird. Infolge der
Natur der Blutgefäßedetektion mit Laufzeitverfahren kann
das stationäre Gewebe, das das Gefäß umgibt, nicht voll
ständig unterdrückt werden. Darüber hinaus wird sich lang
sam bewegendes Blut und Blut, das zu lange in dem abgebil
deten Volumen gewesen ist, gesättigt und schlecht abgebil
det.
Ein zweiter Typ der MR Angiographie basiert auf der Indu
zierung von Phasenverschiebungen in der Spin-Quermagneti
sierung. Diese Phasenverschiebungen sind direkt proportio
nal zur Geschwindigkeit und werden durch strömungskodie
rende Magnetfeld-Gradientenpulse hervorgerufen. Phasenemp
findliche MR Angiographie-Verfahren nutzen diese Phasenver
schiebungen, um Bilder hervorzurufen, in denen die Pixelin
tensität eine Funktion der Blutgeschwindigkeit ist. Während
die phasenempfindliche MR Angiographie eine langsame Strö
mung in komplizierten Gefäßgeometrien einfach detektieren
kann, so detektiert sie auch jedes sich bewegende Gewebe in
dem Sichtfeld. Infolgedessen haben phasenempfindliche MR
Angiogramme des Herzens Artefakte, die aus dem sich bewe
genden Herzmuskel und den sich bewegenden Blutmengen in den
Herzkammern resultieren.
Es gibt auch mehrere Verfahren zum Verfolgen einer inter
ventionalen Vorrichtung unter Verwendung von MR. Das Ver
folgen einer invasiven Vorrichtung in einem Patienten unter
Verwendung dieser MR Techniken hat den Vorteil, daß die
Lage der invasiven Vorrichtung unter Verwendung der glei
chen physikalischen Relationen ermittelt wird, die zur Her
stellung des MR Bildes verwendet werden. Infolgedessen ist
die Registrierung der Position der invasiven Vorrichtung in
bezug auf das Bild hervorragend. Diese bilden jedoch nicht
speziell Blutgefäße ab, sondern liefern MR Bilder mit einem
überlagerten Symbol, das die Position von einer invasiven
Vorrichtung darstellt.
Gegenwärtig besteht ein Bedarf für ein einfaches Verfahren
zum Erhalten von Angiogrammen hoher Qualität von einem ge
wählten Gefäß ohne die Risiken, ionisierender Strahlung und
Injektionen von für Röntgenstrahlen undurchlässiger Kon
trastmittel ausgesetzt zu sein.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Ab
bilden von gewählten Blutgefäßen unter Verwendung von Ma
gnetresonanz zu schaffen.
Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren
der MR Angiographie zu schaffen, das eine invasive Vorrich
tung verwendet, um den Magnetresonanzzustand von Blut in
dem detektierten Gefäßbaum zu modifizieren.
Erfindungsgemäß wird ein Katheter in dem Gefäßbaum von ei
nem Patienten während einer MR Abtastung angeordnet. Der
Katheter ist teilweise mit einem elektrisch leitenden Mate
rial versehen und wirkt als ein Faraday-Käfig für das
Fluid, das in dem Lumen (Kanal) des Katheters enthalten
ist. Dann wird eine MR Bildgebungssequenz ausgeführt. Die
Pulssequenz ist so gewählt, daß eine Sättigung der Kern
spins in dem Sichtfeld herbeigeführt wird. Fluid wird durch
den Katheter und in den Gefäßraum während der MR
Untersuchung injiziert. Da der Katheter als ein Faraday-Kä
fig wirkt, ist das in den Gefäßraum eintretende Fluid nicht
den nutierenden Effekten der HF Pulse der MR Pulssequenz
ausgesetzt. Infolgedessen ergibt dieses Fluid ein starkes
MR Signal, während dasjenige des umgebenden Gewebes schwach
ist aufgrund von Spinsättigung. Auf diese Weise ausgeführte
MR Angiographie sollte für die bildliche Darstellung von
Koronararterien gut geeignet sein.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen
anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbei
spielen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung von einem er
sten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Betrieb, bei dem
ein Gefäß-selektives Angiogramm von einem Subjekt erhalten
wird.
Fig. 2 ist eine Darstellung von einem Faraday-Katheter,
der gemäß der Erfindung in den Körper von einem Subjekt
eingeführt werden soll.
Fig. 3a ist eine perspektivische Darstellung von einem
zweiten Ausführungsbeispiel des Faraday-Katheters gemäß der
Erfindung.
Fig. 3b ist eine schematische Darstellung des in Fig. 3a
dargestellten Ausführungsbeispiels.
In Fig. 1 ist ein Subjekt 100 auf einem Tragetisch 110 an
geordnet und befindet sich in einem homogenen Magnetfeld,
das durch einen Magneten 125 erzeugt wird, der in einem Ma
gnetgehäuse 120 eingeschlossen ist. In diesem Ausführungs
beispiel haben der Magnet 125 und das Magnetgehäuse 120
eine zylindrische Symmetrie und sind in zwei Hälften ge
schnitten gezeigt, um die Position des Subjektes 100 zu
verdeutlichen. Ein Bereich von Interesse in dem Subjekt 100
ist etwa in der Mitte der Bohrung des Magneten 125 angeord
net. Das Subjekt 100 ist von einem Satz zylindrischer Ma
gnetfeld-Gradientenspulen 130 umgeben, die Magnetfeldgradi
enten von vorbestimmter Stärke zu vorbestimmten Zeiten ge
mäß vorbestimmten MR Pulssequenzen hervorrufen, die später
beschrieben werden. Die Gradientenspulen 130 sind in der
Lage, gepulste Magnetfeldgradienten in drei zueinander or
thogonalen Richtungen zu erzeugen. Wenigstens eine Hochfre
quenz(HF)-Spule 140 (in Fig. 1 ist nur eine gezeigt) um
gibt ebenfalls den interessierenden Bereich des Subjektes
100. In Fig. 1 hat die HF Spule 140 eine zylindrische Form
mit einem ausreichenden Durchmesser, um das gesamte Subjekt
zu umschließen. Andere Geometrien, wie beispielsweise klei
nere Zylinder, die speziell gestaltet sind für die Bildge
bung des Kopfes oder einer Extremität, können in alternati
ven Ausführungsbeispielen verwendet werden. Es können auch
nicht-zylindrische HF Spulen, wie beispielsweise Oberflä
chenspulen verwendet werden. Die HF Spule 140 strahlt Hoch
frequenzenergie in das Subjekt 100 zu vorbestimmten Zeiten
und mit genügender Leistung bei einer vorbestimmten Fre
quenz, um eine Population von magnetischen Spins, die nach
folgend als "Spins" bezeichnet werden, des Subjektes 100 in
bekannter Weise zu nutieren. Die HF Spule 140 kann auch als
ein Empfänger wirken, der die MR Antwortsignale detektiert,
die durch Nutation stimuliert werden, wenn dies erwünscht
ist.
Die Nutation der Spins bewirkt, daß sie bei der Larmor-Fre
quenz schwingen. Die Larmor-Frequenz für jedes Spin ist di
rekt proportional zur Stärke des Magnetfeldes, das von dem
Spin erfahren wird. Diese Feldstärke ist die Summe des sta
tischen Magnetfeldes, das durch den Magneten 125 erzeugt
wird, und des lokalen Feldes, das durch die Magnetfeld-Gra
dientenspule 130 erzeugt wird.
Ein Faraday-Katheter 150 wird in einen interessierenden Be
reich des Subjektes 100 von einem Operator 160 eingesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel des Faraday-Katheters 150 ist in
Fig. 2 dargestellt. Der Faraday-Katheter 150 wird in ein
Gefäß 3 des Subjektes 100 eingesetzt. Die Konstruktion des
Faraday-Katheters 150 ist ein kritischer Aspekt der Erfin
dung. Der Faraday-Katheter 150 muß keine bestimmte Form
oder Größe haben, er muß aber eine leitende Schicht oder
Hülle 157 um das Lumen herum für eine gewählte Länge nahe
dem Ende des Katheters aufweisen. Die leitende Hülle 157
hat die Funktion, einen Faraday-Käfig um einen Lumen
(Kanal) 155 herum zu bilden, wodurch im wesentlichen ver
hindert wird, daß Hochfrequenzenergie auf irgendein MR-ak
tives Material darin einwirkt. Aus Sicherheitsgründen kann
es wünschenswert sein, die leitende Hülle gegenüber dem
Subjekt 100 mit einem Isolator 159 elektrisch zu isolieren.
Es sei darauf hingewiesen, daß die Hülle 157 nicht aus ei
ner massiven Leiterschicht hergestellt sein muß. Es sind
auch Konstruktionen denkbar, bei denen die Hülle mit einem
Geflecht, Gitter oder Drähten hergestellt sein kann.
Sobald der Faraday-Katheter 150 in seiner Lage ist, wird
eine übliche MR Bildgebungssequenz gestartet. Die meisten
konventionellen MR Bildgebungssequenzen arbeiten gut für
diesen Anwendungsfall, vorausgesetzt, daß der Kipp- oder
Flippwinkel des HF Anregungspulses relativ groß gemacht ist
und die Wiederholungszeit TR relativ kurz ist. Der große
Flippwinkel und die kurze TR bewirken eine Spin-Sättigung
und haben ein kleines Signal/Rausch-Verhältnis für alle
Spins zur Folge, die während der gesamten oder dem größten
Teil der Bildgewinnung innerhalb des Sichtwinkels bleiben.
Pulssequenzen, die sich als brauchbar erweisen sollten, um
fassen 3D Gradienten-Sequenzen, sequentielle Dünnscheiben-
2D-Sequenzen, projektive 2D-Sequenzen, Zeit-aufgelöste
(d. h. Kino-) Sequenzen, Phasenkontrastsequenzen und seg
mentierte und spiralförmige K-Raum-Sequenzen.
Unmittelbar vor und während der Pulssequenz wird ein MR-ak
tives Fluid 151 (eines, das bei einer MR Abbildung gut
abbildet) durch den Faraday-Katheter 150, notfalls unter
Verwendung einer Pumpe 153 gemäß Fig. 1, injiziert. Das
Fluid 151 ist idealerweise eine starke MR Signalquelle.
Mehrere bevorzugte Wahlmöglichkeiten für das Fluid 151
sind:
- 1) eine physiologische Salzlösung (möglicherweise dotiert mit einem Relaxationsmittel, wie beispielsweise Gadolinium, verbunden mit Diäthylentriaminpentasäure (Gd-DTPA),
- 2) Blut von dem Patienten (möglicherweise dotiert mit einem Relaxationsmittel). Dieses Blut muß nicht aus dem Patienten entfernt werden (d. h. der Katheter könnte eine Pumpe auf weisen und Blut aus einem Port bewegen, der außerhalb des MR Bildvolumens, aber immer noch innerhalb des Körpers, ist)
- 3) gesundes Blut oder Plasma von einem Spender,
- 4) ein Blutersatz, wie beispielsweise fluoridierte Kohlen wasserstoffe, die Sauerstoff zu einem Gewebe führen können.
Da das Fluid, das den Faraday-Katheter verläßt, von den
Wirkungen der abbildenden HF Pulse der Sequenz abgeschirmt
ist, tritt es in das Gefäß 3 des Subjektes 100 in einem
völlig entspannten Zustand ein. Unmittelbar nachdem es den
Faraday-Katheter 150 verläßt, wird es HF Pulsen ausgesetzt,
wodurch eine starke transversale Magnetisierung MT herbei
geführt wird, die später in einen stationären Wert abgebaut
wird, nachdem es wiederholten HF Pulsen ausgesetzt ist. In
folgedessen gibt es ein relativ starkes MR Signal, bevor es
in seinen stationären Zustand verbraucht wird. Umgekehrt
werden "Spins", die nicht durch den Faraday-Katheter 150
abgeschirmt sind, mehreren HF Pulsen ausgesetzt, wodurch
sie in einen gesättigten stationären Zustand sind, wodurch
ein verkleinertes MR Antwortsignal erzeugt wird im Ver
gleich zu dem MR Antwortsignal von dem Fluid aus dem Fara
day-Katheter 150. Die an der HF Spule 140 empfangenen MR
Antwortsignale werden zu einer MR Abbildungselektronik ge
leitet, die hier als ein Gehäuse 170 gezeigt ist, um eine
Bildrekonstruktion auszuführen, wie es allgemein in der
Technik bekannt ist, und dann das MR Angiographiebild auf
einem Display 180 darzustellen. Da der Faraday-Katheter 150
bewirkt, daß das MR Signal aus dem Fluid 151 stärker ist,
das durch den Faraday-Katheter 150 hindurchgetreten ist,
würden die MR Bildgebungssequenz und die Bildrekonstruktion
einfach die für die Standard-Bildgebung von stationärem Ge
webe sein, ohne das Erfordernis, das sich bewegende Gewebe
besonders abzubilden, da der Faraday-Katheter bewirkt, daß
der Kontrast des Fluids in dem rekonstruierten Bild er
scheint. Da auch der verstärkte Kontrast nur in den Fluids
bzw. Strömungsmitteln erscheint, die durch den Faraday-Ka
theter 150 hindurchgetreten sind, werden andere Strömungs
mittel in der Nähe nicht von Strömungsmitteln aus dem Fara
day-Katheter 150 beeinflußt, wodurch exzellente dynamische
Fluidstudien gestattet werden. Die vorliegende Erfindung
arbeitet auch gut zur Schaffung eines exzellenten Gefäßkon
trastes selbst in Situationen, in der der Gefäßbaum sich
bewegt und/oder sich benachbart zu einem großen Pool von
sich bewegendem Blut befindet (wie es in der Koronar-Angio
graphie gefunden wird) im Gegensatz zu anderen Typen der MR
Angiographie.
Der Flippwinkel und die Sequenzwiederholzeit TR der MR
Pulsfrequenz werden so gewählt, daß die Sichtbarmachung des
den Katheter verlassenden Fluids maximiert ist. T1 Relaxa
tionsmittel, wie beispielsweise Gd-DTPA, können dem Fluid
zugesetzt werden, um sein T1 zu verkleinern. Dies macht es
dem Fluid 151 schwieriger, in Sättigung zu kommen, wenn es
sich durch ein Bildvolumen bewegt, wodurch es eine längere
Zeit braucht, seinen stationären Zustand zu erreichen, wo
durch eine Sichtbarmachung von relativ längeren Längen ent
lang Gefäßen und/oder Gefäßbäumen ermöglicht wird.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel können kleine HF
Spulen an dem Faraday-Katheter 150 befestigt sein, die dann
durch MR Verfolgung oder HF Verfolgung verfolgt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet das Fluid
151 fluoridierte Blut-Substitute und es wird eine MR
Bildgebungssequenz für Fluor (¹⁹F) verwendet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 gezeigt,
wonach ein dynamischer Faraday-Käfig in der Lage ist, durch
ein externes Signal aktiviert oder deaktiviert zu werden.
Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Faraday-Käfig in
eine Anzahl von N Segmenten 300a, 300b, 300c, . . . 300n un
terteilt wird, und jedes Segment mit einer oder mehr Dioden
310 verbunden wird. Der Käfig kann dann aktiviert werden,
indem eine Gleichvorspannung an die Dioden über zwei Leiter
320a, 320b angelegt wird. Ein oder mehr Kondensatoren 315
kann über die ersten und letzten Segmente 300a, 300n ge
schaltet werden, so daß der Faraday′sche Käfig vollständig
ist. Auf Wunsch kann eine umgekehrte Vorspannung verwendet
werden, um eine Deaktivierung des Faraday′schen Käfigs
selbst bei Vorhandensein von HF Pulsen zu garantieren.
Gemäß der Erfindung sollte die Gewinnung von Koronar-MR-An
giogrammen hoher Qualität auf konventionellen MR Bildge
bungssystem mit minimalen Modifikationen gestattet werden.
Obwohl sie invasiver als konventionelle MR Angiographie
ist, wird die Verbesserung in der Bildqualität wesentlich
sein. Die Verwendung der Erfindung mit einem offenen Magne
ten sollte dem Kardiologen gestatten, Angiographie in weit
gehend der gleichen Weise auszuführen, wie sie derzeit mit
konventionellen Röntgen-Angiographieverfahren ausgeführt
wird.
Claims (5)
1. Magnetresonanz (MR)-Bildgebungseinrichtung zum Erhalten
Gefäß-selektiver MR Angiographiebilder von einem Sub
jekt, enthaltend:
- a) eine Magneteinrichtung zum Anlegen eines homogenen Magnetfeldes mit einer im wesentlichen gleichförmi gen Amplitude an das Subjekt,
- b) einen Faraday-Katheter, der in das Subjekt einzu setzen ist und eine leitfähige Hülle aufweist, die einen Lumen umgibt und das Fluid in dem Lumen ge genüber HF Energie abzuschirmt, wodurch das Fluid in dem entspannten Zustand bleibt,
- c) eine HF Sendereinrichtung, die außerhalb des Sub jektes angeordnet ist, zur Übertragung von HF Ener gie in das Subjekt mit einer gewählten Dauer, Am plitude und Frequenz zur Nutation von einer ersten Menge von Spins in dem Subjekt, aber außerhalb des
Faraday-Katheters, wobei aber eine zweite Gruppe
von Spins in einem entspannten Zustand innerhalb
des Faraday-Katheters verbleibt,
- d) eine Gradientenvorrichtung zum Verändern der Ampli tude des Magnetfelds über dem Subjekt in wenigstens einer Dimension über der Zeit,
- e) eine HF Empfangsspule zum Detektieren von MR Ant wortsignalen aus der ersten Gruppe von nutierten Spins und aus der zweiten Gruppe von nutierten Spins innerhalb des Subjekts,
- f) eine Rekonstruktionsvorrichtung, die mit der HF Empfangsspule verbunden ist, zum Empfangen der MR Antwortsignale und zum Erzeugen eines angiographi schen Bildes aus den detektierten MR Antwortsignalen, in denen die zweite gewählte Gruppe von Spins sich von der ersten gewählten Gruppe von Spins unterscheidet,
- g) eine Steuereinrichtung, die mit dem HF Sender, dem Empfänger, der Rechenvorrichtung und der Gradien tenvorrichtung verbunden ist, zum Aktivieren des HF Senders, der Empfängers, der Rekonstruktionsvor richtung und der Gradientenvorrichtung jeweils ge mäß einer vorbestimmten MR Bildgebungspulssequenz, und
- h) ein Display, das mit der Rekonstruktionsvorrichtung verbunden ist, zum Darstellen des angiographischen Bildes, wobei die gewählten Gefäße des Subjektes sichtbar sind.
2. Magnetresonanz (MR)-Bildgebungseinrichtung nach Anspruch
1, wobei der Faraday-Katheter aufweist:
- a) mehrere so angeordnete leitfähige Platten, daß we nigstens ein Teil des Lumens umschlossen ist,
- b) wenigsten einen Kondensator, der zwei gewählte leitfähige Platten verbindet,
- c) mehrere Dioden, wobei jede Diode mit zwei Platten in einer Richtung verbunden ist, die einen Strom fluß durch die mehreren leitfähigen Platten in ei ner einzigen Richtung um den Lumen herum gestattet,
- d) eine Vorspanneinrichtung zur Lieferung einer Vor wärtsvorspannung an die Dioden, um den Faraday-Ka theter zu aktivieren, wobei die Vorspanneinrichtung die Dioden auch in Sperrichtung vorspannen kann, um den Faraday-Katheter zu inaktivieren.
3. Magnetresonanz (MR)-Bildgebungssystem nach Anspruch
1, wobei ferner eine Fluidantriebseinrichtung zum
Bewegen von Fluid durch den Faraday-Katheter vorge
sehen ist.
4. Verfahren zum Erhalten eines Gefäß-selektiven Magnetre
sonanz(MF)-Angiographiebildes von einem Subjekt, ent
haltend die Schritte:
- a) Anlegen eines homogenen Magnetfeldes mit im wesent lichen gleichförmiger Amplitude über das Subjekt,
- b) Einführen eines Faraday-Katheters mit einer leitfä higen Hülle und einem Lumen in ein gewähltes Gefäß des Subjektes derart, daß das Fluid durch den Lumen hindurch in das Gefäß strömt,
- c) Übertragen von HF Energie in das Subjekt mit einer gewählten Dauer, Amplitude und Frequenz, um für eine Nutation von einer ersten gewählten Gruppe von Spins zu sorgen derart, daß das Fluid innerhalb des Lumens abgeschirmt ist, aber nicht nutiert wird, wenn es den Lumen verläßt,
- d) Verändern der Amplitude des Magnetfeldes über we nigstens einer räumlichen Dimension in bezug auf die Zeit,
- e) Detektieren mehrerer MR Antwortsignalen aus der ge wählten Gruppe von Spins und
- f) Berechnen eines MR Angiographiebildes von dem ge wählten Gefäß aus den verarbeiteten MR Antwortsig nalen.
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8141 | Disposal/no request for examination |