DE19618426A1 - Verfahren und Einrichtung zur Magnetresonanz-Abbildung - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Magnetresonanz-Abbildung

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Description

Die Erfindung betrifft Magnetresonanz-Abbildungseinrichtungen und -verfahren, und insbesondere solche Einrichtungen und Verfahren, bei denen die Position des Objektes einstellbar ist.
MRI-Systeme werden heutzutage zum Diagnostizieren einer großen Vielzahl von Teilen des Körpers verwendet, z. B. für das Gehirn, die Wirbelsäule, das Herz, die Knie, den Magen und die Nieren. Diese Systeme basieren auf einem nuklearen Phänomen, das auftritt, wenn atomare Kerne ("Spine"), die in einem statischen, gleichförmigen Magnet­ feld angeordnet sind, durch ein zweites Magnetfeld stimuliert werden, das mit der Larmor-Frequenz rotiert, die bestimmten Kernen zugeordnet ist. Bei einem Entfernen des rotierenden Stimulationsfeldes entspannen sich die stimulierten Kerne und emittieren die absorbierte Energie in Form von HF-Signalen, die als NMR-Signale bezeichnet werden. Diese Signale werden empfangen und so verarbeitet, daß sie eine sichtbare Darstellung der Kerne ergeben.
Bei einem typischen MRI-System ist der Patient auf einem speziellen, horizontal angeord­ neten Bett gelagert, während der Bilderfassungsvorgang durchgeführt wird. Es wurde von den Ärzten erkannt, daß viele Organe und Funktionen des Körpers bei einer Abbildung durch MRI-Systeme in der Bauchlage und in der stehenden Position unterschiedliche Parameter haben.
Aus diesem Grunde wäre ein MRI-System, das Daten durch Abbildung eines speziellen Organs erfassen kann, wenn der Patient entweder in der Bauchlage und in einer stehen­ den Position untersucht wird, von besonderem Vorteil. Beispielsweise wären durch Abbil­ den der Wirbelsäule bei unterschiedlichen Körperhaltungen, die von horizontal bis verti­ kal reichen, mehr Informationen über Probleme in der Wirbelsäule erkennbar und anzeig­ bar. Es wären leichter Probleme zu diagnostizieren, die mit der relativen Position zweier aufeinanderfolgender Rückenwirbel in Verbindung stehen, indem zwei Bilder der Wirbel­ säule in zwei verschiedenen Positionen miteinander verglichen werden, nämlich in der Bauchlage und unter Beanspruchung, d. h. bei einer aufrecht stehenden Person.
Es gibt kein MRI-System, das die Möglichkeit bietet, Organe in einer Vielfalt von unter­ schiedlichen Körperpositionen zwischen horizontalen und vertikalen Positionen abzu­ bilden, um den Ärzten die Möglichkeit zum Diagnostizieren zu geben, wenn sie Bilder eines Organs in einigen Positionen vergleichen. Vorliegende Erfindung betrifft ein derar­ tiges System, das die Abbildung von Organen in mehr als einer Position ermöglicht.
Gemäß der Erfindung wird ein verbessertes Magnetresonanz-Abbildungssystem (MRI- System) vorgeschlagen, das die Abbildung einer Vielfalt von Organen in verschiedenen Positionen eines Patienten abbilden kann, wobei diese Positionen von einer horizontalen bis zu einer vertikalen Position reichen. Ein derartiges System umfaßt
Bilddaten-Erfassungs- und Verarbeitungsvorrichtungen zur Erzielung von Bildern der Organe,
ein Gerät zur Sichtanzeige der erhaltenen Bilder,
einen Rotationsmechanismus zur Änderung der Positionen des Patienten.
Die Bilderfassungs- und Verarbeitungsvorrichtungen umfassen einen Magneten zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes in einem vorbestimmten Volumen, um Spine in dem Patienten mit dem Magnetfeld auszurichten,
Gradientenspulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern,
ein Bett, auf dem der Patient innerhalb des Magnetfeldes in einer beliebigen Position zwischen horizontal er und vertikaler Anordnung positioniert ist,
HF-Spulen zum Aufgeben von Impulsen elektromagnetischer Strahlung auf einen Patienten, um die Spine aus der Ausrichtung zu kippen, und
ein Drehen des Magneten, der Gradientenspulen, der HF-Spulen und des Bettes zum Abbilden des Patienten in einem beliebigen Winkel durch Drehen des Drehmechanis­ mus.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Magnetabschirmung für das System vorgesehen, die einen Eisen-Raum aufweist, der eine Abschirmung für das MRI- System wie auch eine Abstützung für den Drehmechanismus darstellt.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß ein ganzer, einheitlicher Abschirmraum eine bessere Abschirmung des MRI-Systems im Vergleich zu Abschirmun­ gen bekannter Art ergibt. Ein weiterer Vorteil eines derartigen Systems besteht darin, daß es möglich ist, jedes Organ in einer beliebigen Position zwischen einer vertikalen Stel­ lung und einer Bauchlage abzubilden, d. h., daß jedes Organ in einem Spektrum von Winkeln mindestens zwischen 0 und 90° abgebildet werden kann, so daß dadurch ent­ scheidende diagnostische Vorteile erzielt werden können.
Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen MRI-Systems, mit dem die Abbildung von Objekten in Positionen möglich ist, die sich mindestens von einer stehenden Position in eine liegende Position ändern,
Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teiles einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
Fig. 3 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das hier vorgestellte MRI-System ergibt entscheidende Verbesserungen gegenüber her­ kömmlichen MRI-Systemen. So wird die Datenerfassungsvorrichtung zusammen mit dem Bett des Patienten drehbar angeordnet, damit die Abbildung unterschiedlicher Organe in beliebigen und beliebig vielen Winkelstellungen ermöglicht wird. Da viele Organe und Körperfunktionen in verschiedenen Winkeln unterschiedliche Parameter haben, ergibt die Möglichkeit der Abbildung von Organen und Körperfunktionen in verschiedenen Winkel­ lagen entscheidende diagnostische Vorteile.
Das MRI-System nach Fig. 1 weist eine quadrantenförmige Wandeinheit 11 auf. Mit dieser quadrantenförmigen Wandeinheit ist ein Magnet 13 verbunden. Der Magnet ist vorzugsweise ein offener Magnet, der aus zwei Hälften 27 und 28 besteht. Zwischen den Magnethälften ist ein Patientenbett 12 angeordnet. Der gesamte Quadrant 11 mit den Magneten, den (nicht dargestellten) Gradientenspulen, den (nicht dargestellten) HF- Spulen und dem Bett 12 ist um ein Lager 14 drehbar angeordnet, das den Quadranten 11 mit einer Wand 16 des ferromagnetischen Raumes 17 verbindet, der das MRI-System 10 aufnimmt. Ein Motor 19 treibt Antriebsräder 15a, 15b, 15c über Getriebeeinheiten 21a, 21b und 21c an, um die quadrantenförmige Wandeinheit in eine beliebige Position des Patienten 29 zu drehen, die von einer liegenden Position bis zu einer stehenden Position reicht.
Die Magnetspulen werden durch eine Magnetgeneratoreinheit 31 erregt. Zum Aktivieren der (nicht dargestellten) Gradientenspulen werden Gradientenspulen-Stromgeneratoren 32, 33 und 34 verwendet. Ein HF-Generator-Übertrager 36 bewirkt die Erregung der HF- Spule (nicht dargestellt). Ein Empfänger 37 nimmt Signale aus den HF-Spulen über eine Multiplexer-Schalteranordnung 38 auf, die die Übertragung von HF-Impulsen und den Empfang von Signalen mit freiem Induktionsabfall (FID) steuert. Die FID-Signale werden in einem Bildprozessor 39 verarbeitet, der die empfangenen Signale unter Verwendung eines Speichers 41 in Bilddaten umwandelt. Die Bilddaten werden verwendet, um Bilder auf einem Sichtanzeige-Monitor 42 darzustellen. Das gesamte MRI-System wird von einem Steuerprozessor 43 gesteuert. Eingabebefehle werden in den Prozessor 43 über eine Eingabevorrichtung, z. B. eine Tastatur 44, eingegeben.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Der aus Eisen bestehende Quadrant 11, der Teil des MRI-Systems 10, ist über die Lagerachse 14 mit einer Wand 16 des Raumes 17, in der das MRI-System aufgenommen ist, verbunden. Die Lagerstelle 14 ermöglicht, daß der Quadrant 11 in jeden beliebigen Winkel, zumindest in einem Winkel zwischen 0 und 90° gedreht werden kann. Ein Mechanismus, der verschiedene Räder oder Rollen 15a, 15b, 15c aufnimmt, die von dem Motor 19 angetrieben werden, trägt dazu bei, daß der Quadrant in einen gewünschten Winkel mindestens zwischen 0 und 90° gedreht werden kann. Die Räder 15 können Zahnräder mit Zähnen auf dem Quadranten sein, oder können andere Vorkehrungen aufweisen, um eine Reibung zwischen den Rädern und dem Quadranten zu erhöhen. Der Quadrant ist in einer Stellung vor einer Drehung gestrichelt dargestellt und mit 11′ bezeichnet. Die Bilderfassungsvorrichtung 13A, die einen Magneten 13′, Gradientenspulen, HF-Spulen, ein Übertragungs- und Empfangs­ gerät, und das Bett 12′ aufnimmt, ist permanent mit dem Quadranten 11′ verbunden. Wenn der Quadrant das Bett in Drehung versetzt, drehen sich das Bett und die Datener­ fassungsvorrichtung mit ihm. Die Position der Datenerfassungsvorrichtung und des Bettes ist in der Position, in der der Quadrant um einen Winkel von 90° gedreht worden ist, voll ausgezogen dargestellt und mit 13 und 12 bezeichnet.
Der Patient 29 kann mit Hilfe von Gurten 51 am Bett festgelegt werden. Eine Plattform 52 am Fußende ist vorgesehen, um den Patienten bei der Untersuchung in der aufrechten Position zu stützen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist den ferromagnetischen Raum 17 zum Abschirmen des MRI-Systems gegenüber der Außenwelt auf.
Eine derartige Abschirmung hat verglichen mit den herkömmlichen Abschirmungen, die eine ferromagnetische Abschirmung (üblicherweise Eisen) verwendet, welche um den MRI-Magneten in Form eines Rückführjoches angeordnet ist, viele Vorteile. Ein Vorteil der Raumabschirmung besteht darin, daß er eine verbesserte Abschirmung ergibt, d. h. ein geringeres Lecken des Magnetfeldes nach außen, und umgekehrt von außen in das Magnetfeld, das bei dem MRI-System verwendet wird. Ein synergistischer Vorteil der Verwendung eines ferromagnetischen Raumes besteht darin, daß er eine ausgezeichnete Abstützung für das drehende MRI-System ergibt.
Das Vorhandensein eines ferromagnetischen Raumes (üblicherweise aus Eisen oder Stahl) und eines ferromagnetischen Quadranten ist zu berücksichtigen und muß zur Kenntnis genommen werden, wenn das Gesamtsystem auf eine maximale magnetische Homo­ genität ausgelegt wird, wie dies bei MRI-Abbildungssystemen erforderlich ist.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1. Der Qua­ drant 11 ist mit einer Wand 16 über ein Lager 14 verbunden. Die Abbildungsvorrichtung 13A und das Patientenbett 12 sind dauernd mit dem Quadranten verbunden, so daß sie gedreht werden, wenn der Quadrant selbst in Drehung versetzt wird; dies ergibt Bilder eines Organs in mehr als einer Position.
Die Datenerfassungsvorrichtung 13A kann jede Art von Magneten enthalten, die zur Erzeugung von Magnetfeldern in MRI-Systemen verwendbar sind, z. B. einen Permanent­ magneten, einen Widerstandsspulen-Magneten oder einen supraleitenden Magneten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Datenerfassungsvorrichtung einen Permanentmagneten auf, der z. B. ein C-förmiger Magnet oder ein H-förmiger Magnet sein kann.

Claims (26)

1. Magnetresonanz-Abbildungseinrichtung (MRI) zur Abbildung einer Vielfalt von Organen eines Patienten in unterschiedlichen Positionen, mit
einer Bilderfassungsvorrichtung (13A) zum Erfassen von Bilddaten,
einer Sichtanzeigevorrichtung (42) zur Darstellung von Bildern, und
einem Drehmechanismus (19, 15, 21) zum Drehen des Patienten in eine beliebige, gewünschte Position während einer Untersuchung,
wobei die Bilderfassungsvorrichtung (13A) aufweist
eine Vorrichtung (1 3) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes in einem vorbestimmten Volumen,
eine Vorrichtung zum Erzeugen von Gradientenfelder,
einem Bett (12) für den Patienten (29),
eine HF-Erzeugungsvorrichtung, mit der Impulse elektromagnetischer Strahlung einem Patienten aufgegeben werden, und
wobei der Drehmechanismus (19, 15, 21) die Bilderfassungsvorrichtung (13A) in einem beliebigen Winkel von mindestens zwischen 0° und 90° drehen kann.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen supraleitenden Magneten aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen Widerstandsspulen-Magnet aufweist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen Permanentmagneten aufweist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen H-förmigen Magneten aufweist.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen C-förmigen Magneten aufweist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Datenerfassungs­ vorrichtung (13A) und das Bett (12) des Patienten (29) mit einem ferromagnetischen Quadranten (11) verbunden ist, der mit Hilfe eines Lagers (14) an einer Wand (16) eines ferromagnetischen Raumes (17) befestigt ist, und daß der Quadrant (11) durch den Drehmechanismus (19. 15, 21) in einem beliebigen Winkel von mindestens zwischen 0° und 90° drehbar angeordnet ist.
8. Magnetresonanz-Abbildungseinrichtung (MRI) zum Abbilden einer Vielfalt von Organen eines Patienten in unterschiedlichen Positionen, mit einer Bilderfassungsvorrichtung (13A) zum Erfassen von Bilddaten,
einer Sichtanzeigevorrichtung (42) zur Darstellung von Bildern, die aus der Bild­ datenabschirmung abgeleitet sind, und
einem Drehmechanismus (19, 15, 21),
wobei die Bilderfassungsvorrichtung (13A) aufweist
einen Magneten (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes in einem vorbestimmten Volumen,
Magnet-Gradientenfeld-Spulen zum Erzeugen von Gradientenfeldern,
ein Patientenbett (12),
einen HF-Generator, mit dem Impulse elektromagnetischer Strahlung einem Patienten aufgegeben werden,
wobei die Bilddatenabschirmung (17) einen die MRI-Vorrichtung aufnehmenden ferromagnetischen Raum aufweist, und der Drehmechanismus (19, 15, 21) so ausgelegt ist, daß er die Bilderfassungsvorrichtung relativ zu dem Raum in einem beliebigen Winkel dreht.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen supraleitenden Magneten aufweist.
10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen Widerstandsspulen-Magneten aufweist.
11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (13) zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes einen Permanentmagneten aufweist.
12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet H-förmig ausgebildet ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet C-förmig ausgebildet ist.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenerfassungs­ vorrichtung (13A) mit einem ferromagnetischen Quadranten (11) verbunden ist, der drehbar mit Hilfe eines Lagers (14) an einer Wand (16) des ferromagnetischen Rau­ mes (17) befestigt ist, und daß der Quadrant (11) durch den Drehmechanismus (19, 15, 21) in einem beliebigen Winkel von mindestens zwischen 0 und 90° drehbar ist.
15. Abbildungsverfahren unter Verwendung von Magnetresonanz-Abbildungssystemen (MRI), bei dem die MRI-Vorrichtung zusammen mit einem Patientenbett während des Erfassens der MRI-Bilder in Drehung versetzt wird, so daß Bilder einer Vielzahl von Organen in unterschiedlichen Positionen erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß
ein homogenes Magnetfeld in einem vorbestimmten Volumen erzeugt wird, Gradientenfelder erzeugt werden,
Hochfrequenzimpulse erzeugt werden, die als elektromagnetische Strahlung einem auf dem Bett befindlichen Patienten aufgegeben werden, und
das Verfahren zum Drehen der MRI-Vorrichtung und des Patientenbettes das Benutzen eines Drehmechanismus verwendet, der so ausgelegt ist, daß er die MRI- Vorrichtung und das Patientenbett relativ zum Raum in einem beliebigen Winkel dreht.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes ein supraleitender Magnet verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes ein Widerstandsspulen-Magnet verwendet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes ein Permanentmagnet verwendet wird.
19. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet H-förmig ausgebildet ist.
20. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet C-förmig ausgebildet ist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zum Drehen der MRI- Vorrichtung und des Patientenbettes ein Quadrant verwendet wird, der mit der Wand über ein Lager und mit der MRI-Vorrichtung sowie dem Patientenbett verbunden ist, wobei der Quadrant eine Drehung durch den Drehmechanismus in einem beliebigen Winkel ermöglicht.
22. Verfahren zur Magnetresonanz-Abbildung (MRI), dadurch gekennzeichnet, daß die MRI-Vorrichtung und das Patientenbett in Drehung versetzt werden, während die MRI-Bilder erfaßt werden, so daß Bilder einer Vielzahl von Organen in unterschiedlichen Positionen erzielt werden,
ein homogenes Magnetfeld in einem vorbestimmten Volumen erzeugt wird,
Gradientenfelder erzeugt werden,
die MRI-Vorrichtung und das Patientenbett abgeschirmt werden,
HF-Impulse erzeugt werden,
diese HF-Impulse einem auf dem Bett liegenden Patienten aufgegeben werden,
zur Abschirmung die MRI-Vorrichtung in einem ferromagnetischen Raum eingeschlossen wird, und
die MRI-Vorrichtung und das Patientenbett so gedreht werden, daß beide in eine beliebige Winkellage eingestellt werden können.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes die Verwendung eines supraleitenden Magneten umfaßt.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes die Verwendung eines Widerstandsspulen-Magneten umfaßt.
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Erzeugen eines homogenen Magnetfeldes die Verwendung eines Permanentmagneten umfaßt.
26. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehen der MRI- Vorrichtung und des Patientenbettes die Verwendung eines ferromagnetischen Quadranten umfaßt, der mit Hilfe eines Lagers mit der Wand und mit der MRI- Vorrichtung sowie dem Patientenbett verbunden wird, wobei der ferromagnetische Quadrant die Drehung des Patienten mit Hilfe des Drehmechanismus um einen beliebigen Winkel ermöglicht.
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