DE19836592A1 - Verfahren zur Flußquantifizierung mittels magnetischer Resonanz - Google Patents

Abstract

Kernresonanzsignale, die entsprechend ihrer Geschwindigkeit phasencodiert sind, werden in Echtzeit ausgewertet und die geschwindigkeitsabhängige Phase (phi) wird in eine graphische Information umgesetzt. Die Parameter des Meßvorgangs sind interaktiv während des Meßvorgangs einstellbar.

Description

Mit der in der europäischen Patentschrift 0 115 642 näher be­ schriebenen Phasenkontrast-Angiographie wird es möglich, mit MR-Anlagen den Fluß in Gefäßen quantitativ zu erfassen. Um eine genügende räumliche und zeitliche Auflösung des Flusses in Echtzeit zu messen, werden hohe Anforderungen an die MR- Anlage gestellt. Wenn man beispielsweise den Spitzenwert des systolischen arteriellen Blutflusses im menschlichen Körper genau messen will, ist eine zeitliche Auflösung unter 40 ms erforderlich. Außerdem sollte die räumliche Auflösung minde­ stens viermal so groß sein wie das interessierende Gefäß, so daß man z. B. für renale Arterien auf eine erforderliche räum­ liche Auflösung von 2 mm kommt. Um bei der Phasenkontrast- Angiographie die hohe Ortsauflösung in Verbindung mit der ho­ hen zeitlichen Auflösung zu realisieren, wurde in den SMRM- Abstracts Sydney 1998, Seite 2144, eine spezielle Flußcodie­ rung mit wechselnder Flußcodierrichtung vorgeschlagen. Damit kann man die sonst übliche flußrephasierte Akquisition ein­ sparen. Mit Hilfe von EPI-Sequenzen kann man damit 27 flußco­ dierte Bilder pro Sekunde bei einer räumlichen Auflösung von 2 mm gewinnen, d. h. die obengenannten Erfordernisse erfüllen.

Bei dem bekannten Verfahren besteht jedoch das Problem, daß zwar eine schnelle Messung erfolgt, aber die Auswertung nicht in Echtzeit durchgeführt wird. Damit ist kein Eingriff auf die Messung während der Bilddatengewinnung möglich.

Aus der europäischen Patentanmeldung 0 355 508 ist eine Puls­ sequenz zur Messung des zeitlichen Verlaufs eines Flusses in einem Gefäß mit Hilfe der magnetischen Resonanz bekannt. Da­ bei wird anstelle einer Ortsauflösung in einer Richtung eine zeitliche Auflösung des Flusses durchgeführt. Auch hierbei wird die Auswertung und Darstellung jedoch nicht während des Meßablaufs durchgeführt, so daß auch hier kein Eingriff auf die Messung während des Meßablaufs möglich ist.

Wegen der fehlenden Eingriffsmöglichkeit muß die Messung un­ ter Umständen mehrfach komplett neu gestartet werden, bis man schließlich das gewünschte Meßresultat erhält.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Flußquantifi­ zierung so auszugestalten, daß es für einen Untersuchenden einfacher handhabbar wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Durch die interaktive Einstellbarkeit von Parametern während des Meßvorgangs wird die Anwendbarkeit des Verfahrens ähnlich einfach wie die Ultraschall-Doppler- Messung. Die MR-Messung hat allerdings den wesentlichen Vor­ teil, daß die gemessene Schicht frei gewählt werden kann, während bei der Ultraschall-Messung erhebliche Einschränkun­ gen bestehen. Ferner kann bei der MR-Messung die Richtung der Flußsensitivität frei und unabhängig von der gewählten Schicht eingestellt werden, während bei der Ultraschall- Dopplermessung die Richtung der Flußsensitivität stets mit der Schichtrichtung zusammenfällt.

Bei einer Umsetzung der geschwindigkeitsabhängigen Phase in eine Farbcodierung gemäß Anspruch 2 entsteht ein Bildein­ druck, der mit demjenigen der Farb-Doppler-Messung bei Ultra­ schall vergleichbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 5 näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 bis 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Pulsse­ quenz zur Gewinnung der Rohdaten der MR-Messung,

Fig. 5 ein Beispiel für eine Bildschirmdarstellung.

Zur Gewinnung der Rohdaten kann im Prinzip jede Pulssequenz angewandt werden, die eine Information bezüglich der Flußge­ schwindigkeit liefert. Da die Information in Echtzeit mit hinreichender Zeit- und Ortsauflösung ausgewertet werden soll, muß allerdings der Meßablauf sehr schnell sein. Die entsprechenden Anforderungen wurden bereits eingangs erläu­ tert. Die schnellste derzeit verfügbare Pulssequenz ist die sogenannte EPI(Echo Planar Imaging)-Sequenz, wie sie in Ver­ bindung mit einer in zwei Richtungen selektiven Anregung und einer Flußcodierung in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist. Die Pulssequenz nach den Fig. 1 bis 4 ist bereits aus der deutschen Offenlegungsschrift 44 46 423 bekannt und dort im Detail erläutert. Sie besteht aus einer Anregephase A, in der gemäß Fig. 1 Hochfrequenzpulse RF unter der Wirkung eines Schichtselektionsgradienten G_S wechselnden Vorzeichens einge­ strahlt werden. Zwischen den Hochfrequenzpuls RF wird gemäß Fig. 3 jeweils ein Gradient G_P in einer zum Schichtselekti­ onsgradienten G_S senkrecht stehenden Richtung geschaltet. Da­ mit erhält man eine in zwei Dimensionen selektive Anregung.

In einer anschließenden Flußcodierphase F wird ein bipolarer Flußcodiergradient G_F in Richtung des nachfolgenden Auslese­ gradienten G_R geschaltet. Da das Gradienten-Zeit-Integral über diesen bipolaren Gradienten Null ist, bleiben stationäre Spins unbeeinflußt, während bewegte Spins in bekannter Weise entsprechend ihrer Geschwindigkeit phasencodiert werden.

In einer Auslesephase B werden unter Gradientenpulsen G_R nach Fig. 2 in Akquisitionsfenstern AQ nach der bekannten EPI- Methode Kernresonanzsignale gewonnen. Durch kurze Gradienten­ pulse G_P nach Fig. 3 zwischen den einzelnen Akquisitionen wird die Phase der Kernresonanzsignale in Richtung des Gra­ dienten G_P von Akquisition zu Akquisition weitergeschaltet. Durch diese Pulssequenz erhält man in an sich bekannter Weise Kernresonanzsignale, die in Richtung des Flußcodiergradienten G_F eine flußabhängige Phase aufweisen, wobei folgender Zusam­ menhang zwischen der entsprechenden Phase ϕ und dem Flußco­ diergradienten G_F besteht:

Durch die Zeitdauer und die Amplitude des Flußcodiergradien­ ten GF wird also der Betrag der Flußsensitivität und durch seine Richtung die Richtung der Flußsensitivität festgelegt. Zur Bestimmung der oben angegebenen Flußphase ϕ benötigt man natürlich eine Referenzphase, die z. B. aufgrund einer flußre­ phasierten Messung gewonnen werden kann. Um die damit verbun­ dene Verdoppelung der Meßzeit, die insbesondere bei Echtzeit­ messung problematisch ist, zu vermeiden, kann man entspre­ chend dem Vorschlag nach dem eingangs genannten Artikel in "Abstracts SMRM", Sydney 1998, Seite 2144, eine Messung mit alternierender Flußcodierung durchführen. Die erforderliche Referenzphase wird von einer statischen Region im Betrach­ tungsfenster oder durch eine Mittelung über eine Bildfolge gewonnen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es erforderlich, daß die Flußmessung nicht nur, wie in dem genannten SMRM-Abstract vorgeschlagen, in Echtzeit, d. h. mit einer ausreichenden zeitlichen Auflösung, erfolgt, sondern auch in Echtzeit aus­ gewertet wird. Dies bedeutet, daß die Ausweitung, also z. B. die Bildrekonstruktion, mit Ausweitung der geschwindigkeits­ abhängigen Phase bereits kontinuierlich während der Messung der Rohdaten erfolgt und sich nicht erst in herkömmlicher Weise an die Rohdatenerfassung anschließt. Ferner ist es we­ sentlich, daß eine interaktive Eingriffsmöglichkeit auf den Meßvorgang erfolgt. Dies setzt eine Steuerung für das MR- Gerät voraus, bei der der Sequenzablauf noch während der Mes­ sung beeinflußbar ist, d. h. nicht schon vor Beginn der Mes­ sung vollständig festliegt. Solche Steuereinrichtungen sind beispielsweise aus den US-Patentschriften 5,144,242 oder 5,606,258 bekannt. Besonders geeignet für das hier beschrie­ bene Verfahren für Flußquantifizierung ist eine Steuerein­ richtung, wie sie in der deutschen Patentanmeldung 198 18 292 beschrieben ist.

In Fig. 5 ist schematisch ein Beispiel dafür dargestellt, wie die Darstellung auf einem Monitor erfolgen könnte. Die Bildschirmoberfläche 1 ist in mehrere Bereiche aufgeteilt, wobei in einem Bereich 2 das anatomische Bild in Verbindung mit einer Flußinformation, in einem Bereich 3 ein Geschwin­ digkeits-Histogramm und in mehreren kleineren Bereichen 4 verschiedene Parameter dargestellt sind. Die Flußinformation kann man im anatomischen Bild z. B. dadurch darstellen, daß die gemessene Flußphase in Farbwerte umcodiert wird, so daß man ähnlich wie bei der Farb-Doppler-Messung mit Ultraschall aus der Farbe auf die jeweilige Flußgeschwindigkeit schließen kann.

Interaktiv mit der Messung kann man Parameter der Messung verändern. Dabei kann man beispielsweise durch Veränderung der Orientierung und/oder Position der gemessenen Schicht diese so legen, daß man die optimale diagnostische Informati­ on über den Flüß erhält. Wie bereits oben erläutert, gibt die Richtung des Flußcodiergradienten G_R die Richtung vor, in der die Phase der gewonnenen Signale sensitiv auf die Bewegung bzw. den Fluß ist. Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn man diese Richtung interaktiv mit der Messung einstellen kann, also z. B. die Flußsensitivität in Richtung des jeweils betrachteten Gefäßes legt. Schließlich ist es auch nützlich, wenn man die Sensitivität auf den Fluß während der Messung einstellen kann. Entsprechend den jeweiligen Erfordernissen kann man dann einen großen Bereich von Flußgeschwindigkeiten abdecken oder eine mehr oder weniger feine Auflösung der Flußgeschwindigkeit erreichen.

Die obengenannten Parameter sind nur Beispiele für die inter­ aktive Einstellbarkeit. Grundsätzlich kann man auf alle Meß­ parameter, wie z. B. Betrachtungsfeld, Repetitionszeit usw. zugreifen.

Aufgrund der Echtzeitmessung und Echtzeitauswertung bekommt man, z. B. durch Farbänderungen, zwar auch im Bild eine Infor­ mation über den zeitlichen Verlauf des Flusses, diese Infor­ mation ist jedoch verhältnismäßig schwer auszuwerten. Vor­ teilhaft ist es daher, in einem Fenster 3 ein gesondertes Ge­ schwindigkeits-Histogramm darzustellen. Hierzu wird in der Bilddarstellung zunächst eine interessierende Region ROI ein­ gegrenzt, die typischerweise ein besonders interessierendes Blutgefäß enthält. Die Definition dieser interessierenden Re­ gion ROI erfolgt z. B. grafisch durch Aufziehen eines Recht­ ecks mit einer Maus. Aus der interessierenden Region ROI wird für jedes Pixel die Flußphase und der Meßzeitpunkt in einem Diagramm aufgetragen und im Fenster 3 dargestellt. Die Ampli­ tude des jeweiligen Pixels wird in diesem Diagramm in einen Helligkeitswert umgesetzt. Man erhält damit ein Geschwindig­ keits-Histogramm, das die Geschwindigkeitsverteilung über die Zeit anschaulich darstellt. Durch die Umsetzung der Amplitu­ denwerte in Helligkeitswerte kann man optisch die aussagefä­ higeren Signale hoher Amplitude von den Signalen geringerer Amplitude unterscheiden.

Mit dem beschriebenen Verfahren gelingt es somit, mit einem MR-Gerät eine Flußdarstellung zu erzielen, die im Untersu­ chungsablauf mit der üblichen Ultraschall-Doppler-Messung vergleichbar ist. Es werden aber einige wesentliche Nachteile der Ultraschall-Doppler-Messung vermieden. Bei dieser ist man bezüglich der zur Verfügung stehenden Abtastebenen einge­ schränkt. Die Richtung der Flußempfindlichkeit ist direkt durch die Abtastebene vorgegeben und nicht frei einstellbar. Damit kann man Geschwindigkeitskomponenten nicht in beliebi­ gen Richtungen messen. Bei der hier vorgestellten MR-Messung ist jedoch sowohl die Richtung der Flußsensitivität als auch die Schichtselektionsrichtung beliebig und unabhängig vonein­ ander einstellbar.

Claims (8)

1. Verfahren zur Flußquantifizierung mittels magnetischer Re­ sonanz, wobei bei einem in einer MR-Anlage ablaufenden Meß­ vorgang in einem Objektbereich Kernresonanzsignale erzeugt und durch Magnetfeldgradienten (G_F) entsprechend ihrer Ge­ schwindigkeit phasencodiert werden, wobei die gemessenen Kernresonanzsignale in Echtzeit ausgewertet und in Echtzeit die geschwindigkeitsabhängige Phase (ϕ) der Kernresonanzsi­ gnale in eine grafische Information umgesetzt wird und wobei Parameter des Meßvorgangs interaktiv während des Meßvorgangs einstellbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschwindigkeitsab­ hängige Phase in eine Farbcodierung umgesetzt wird, die in eine ortsaufgelöste Darstellung des Objektbereichs eingeblen­ det wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Phaseninforma­ tionen der Kernresonanzsignale über eine Zeitachse als Ge­ schwindigkeits-Histogramm aufgetragen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in einer grafischen Dar­ stellung die Position jedes Pixels durch Zeitzuordnung ung Phase des gemessenen Signals, die Helligkeit jedes Bildpixels durch die Amplitude des zugeordneten Signalsbestimmt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei für das Geschwindigkeits- Histogramm die geschwindigkeitsabhängige Phase (ϕ) einer In­ teressierenden Region (ROI), die kleiner ist als der gemesse­ ne Objektbereich, ausgewertet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei während des Meßvorgangs die Positionierung und Orientierung einer ge­ messenen Schicht interaktiv einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während des Meßvorgangs die Richtung der zur geschwindigkeitsabhängi­ gen Phasencodierung geschalteten Magnetfeldgradienten inter­ aktiv einstellbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei während des Meßvorgangs die Sensitivität der geschwindigkeitsabhängi­ gen Phasencodierung einstellbar ist.