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GEBIET DER ERFINDUNG
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Nachfolgendes betrifft den Fachbereich der Magnetresonanz. Nachfolgendes findet beispielhafte Anwendung bei der Magnetresonanzbildgebung und -spektroskopie und ist unter besonderer Bezugnahme darauf beschrieben. Nachfolgendes findet jedoch auch bei anderen Magnetresonanzanwendungen Anwendung.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Magnetresonanzbildgebung und -spektroskopie sind als Techniken für das Diagnostizieren, Überwachen, Untersuchen oder anderweitige Beschreiben verschiedener Zustandsarten bei Menschen, Tieren (z. B. Haustieren oder klinischen Versuchstieren), Leichen, archäologischen Untersuchungsobjekten und so weiter bekannt. In solchen Fällen ist das Untersuchungsobjekt in der Regel von beträchtlichem Wert, und die Magnetresonanztechniken sind vorteilhaft, da es als unwahrscheinlich erachtet wird, dass sie dem Untersuchungsobjekt Verletzungen oder Schäden zufügen.
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Während es sich bei der Magnetresonanz tatsächlich um eine allgemein sichere und nicht schädigende Technik handelt, kann es zu Problemen kommen, wenn das Untersuchungsobjekt einen elektrisch leitenden Gegenstand, eine solche Komponente oder ein anderes solches Element enthält oder damit verknüpft ist. In einem solchen Fall kann die bei der Magnetresonanz verwendete Radiofrequenzanregung so auf das elektrisch leitende Element einwirken, dass es zu einer Erwärmung, lokalen elektrischen Entladung oder einem anderen negativen Effekt kommt, durch den das Untersuchungsobjekt verletzt oder beschädigt werden kann. Bei der interventionellen Magnetresonanz wird beispielsweise ein Katheter oder ein anderes Interventionsinstrument in ein menschliches oder tierisches Untersuchungsobjekt eingeführt. Wenn das Interventionsinstrument Metalldrähte oder andere leitende Komponenten aufweist, können sich diese auf das bei der Magnetresonanzanregung von der Sendespule ausgegebene Radiofrequenzsignal auswirken. Auf ähnliche Weise können implantierte Herzschrittmacherdrähte, orthopädische Implantate, Sensoren oder andere in oder an einem menschlichen oder tierischen Untersuchungsobjekt angeordnete, elektrisch leitende Fremdkörper Probleme verursachen. Bei der forensischen Magnetresonanz, zu der das Untersuchen einer Leiche, eines archäologischen Gegenstandes oder dergleichen gehört, kann die Zusammensetzung des Untersuchungsobjekts vor der Untersuchung unbekannt sein, und eine unerwarteterweise in einer Leiche, einer ägyptischen Mumie oder dergleichen versteckte elektrisch leitende Komponente kann aufgrund der Erwärmung oder anderer Effekte der Radiofrequenzeinwirkung eine beträchtliche Beschädigung verursachen.
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Die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung steigt dramatisch, wenn das elektrisch leitende Element eine Eigenresonanzfrequenz besitzt, die auf oder bei der Magnetresonanzfrequenz liegt. In solchen Fällen verstärkt sich die Auswirkung des elektrisch leitenden Elements auf das bei der Magnetresonanzanregung verwendete Radiofrequenzsignal durch die Eigenresonanz beträchtlich. Die Eigenresonanzfrequenz eines Elements kann durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden. So kann sich beispielsweise die Eigenresonanzfrequenz eines Interventionsinstruments als Reaktion darauf, wie der Arzt das Instrument hält, oder als Reaktion auf eine Berührung zwischen dem Instrument und dem Untersuchungsobjekt ändern, wenn das Interventionsinstrument in das Untersuchungsobjekt eingeführt und darin bewegt wird, und so weiter. Kurz gesagt gibt es zahlreiche Situationen, in denen sich ein bekannter oder unbekannter elektrisch leitender Gegenstand möglicherweise durch Eigenresonanz unerwarteterweise auf die Magnetresonanzanregung auswirken und zu einer Überhitzung oder einer anderweitigen Beschädigung des Untersuchungsobjekts führen kann.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, die hier als Beispiele gezeigt und beschrieben werden, wird ein Magnetresonanzsicherheitsverfahren offenbart, das Folgendes umfasst: Empfangen eines Radiofrequenzsignals bei der Magnetresonanzanregung, Extrahieren eines Radiofrequenzparameters aus dem empfangenen Radiofrequenzsignal, Einschätzen der Sicherheit des Untersuchungsobjekts auf der Grundlage des extrahierten Radiofrequenzparameters und Korrigieren der Magnetresonanzanregung als Reaktion auf die Einschätzung, dass es sich um einen potentiell unsicheren Zustand handelt.
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Gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, die hier als Beispiele gezeigt und beschrieben werden, wird ein computerlesbares Medium offenbart, das mit einem Programm programmiert ist, welches einen Prozessor so steuert, dass er das im vorhergehenden Absatz erläuterte Verfahren ausführt.
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Gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, die hier als Beispiele gezeigt und beschrieben werden, wird ein Magnetresonanzsicherheitsüberwachungsgerät offenbart, das Folgendes umfasst: einen Analysator, der so konfiguriert ist, dass er (i) während der Magnetresonanzanregung ein Radiofrequenzsignal empfängt, (ii) einen Radiofrequenzparameter aus dem empfangenen Radiofrequenzsignal extrahiert und (iii) auf der Grundlage des extrahierten Radiofrequenzparameters die Sicherheit des Untersuchungsobjekts einschätzt, und ein Korrekturmodul, das so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf die Einschätzung (iii), dass es sich um einen potentiell unsicheren Zustand handelt, eine Korrektur der Magnetresonanzanregung durchführt.
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Gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen, die hier als Beispiele gezeigt und beschrieben werden, wird ein Magnetresonanztomograph offenbart, der Folgendes umfasst: einen Magneten, der ein statisches (B0) Magnetfeld erzeugt, ein Magnetfeldgradientensystem, das so konfiguriert ist, dass es ausgewählte Magnetfeldgradienten auf das statische Magnetfeld legt, ein Radiofrequenzsystem, das so konfiguriert ist, dass es Magnetresonanz anregt und erkennt, und ein Magnetresonanzsicherheitsüberwachungsgerät, das im unmittelbar vorhergehenden Abschnitt erläutert wurde.
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Ein Vorteil liegt in der verbesserten Sicherheit bei interventionellen Methoden, die per Magnetresonanzbildgebung überwacht werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht in der verbesserten Sicherheit bei Magnetresonanzmethoden.
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Ein weiterer Vorteil liegt im geringeren Risiko einer Beschädigung von Gegenständen, die mit einer Magnetresonanzmethode untersucht werden.
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Noch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich für Durchschnittsfachleute nach der Lektüre und dem Verstehen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung ergeben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
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Diese und weitere Aspekte werden nachfolgend anhand von Beispielen auf der Grundlage der folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
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1 eine schematische Darstellung eines Magnetresonanztomographiesystems zeigt, das zum Durchführen einer interventionellen Methode benutzt werden kann, die per Magnetresonanzbildgebung überwacht wird, und ein Sicherheitsüberwachungsgerät zum Erkennen eines potentiell unsicheren Zustandes umfasst, der durch Einwirken der Radiofrequenzanregung auf Gegenstände oder Elemente im Untersuchungsbereich verursacht wird,
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2 zeigt eine schematische Darstellung von Zeitgabeaspekten bei einer interventionellen Magnetresonanzmethode, die unter Verwendung des Systems aus 1 ausgeführt wird,
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3 stellt Ergebnisse einer Phantomstudie grafisch dar, die die Wirksamkeit des Sicherheitsüberwachungsgeräts aus 1 nachweist. Die grafische Darstellung auf der linken Seite zeigt eine Korrelation von Temperaturmessungen an der Spitze einer Kathetervorrichtung, wobei die Radiofrequenzsignalstärke über eine interne Empfangsspule (ES (PUC – Pick-Up Coil)) überwacht wird. Die grafische Darstellung auf der rechten Seite zeigt Daten aus der Darstellung auf der linken Seite nach der Korrektur um eine typische Leistungsreflexion aufgrund einer Verstimmung der RF-Sendespule, und
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4 stellt Ergebnisse einer Freiwilligenstudie grafisch dar, die die Wirksamkeit des Sicherheitsüberwachungsgeräts aus 1 nachweist. Die grafische Darstellung auf der linken Seite stellt ein Einwirken des bei der Magnetresonanzanregung verwendeten Radiofrequenzsignals auf einen sicheren Katheter und einen nicht sicheren Katheter grafisch als Funktion der Einführtiefe in ein freiwilliges Untersuchungsobjekt dar. Die grafische Darstellung auf der rechten Seite stellt ein Stimmen und ein Verstimmen der nicht sicheren Kathetervorrichtung in dem in der grafischen Darstellung auf der linken Seite mit „D” bezeichneten Bereich dar, was durch sporadisches Berühren des Griffs der nicht sicheren Kathetervorrichtung verursacht wird.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN:
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In 1 weist ein Magnetresonanztomograph 10 einen Hauptmagneten 12 auf, der in einem Untersuchungsbereich 14, in dem ein Untersuchungsobjekt wie beispielsweise ein abgebildetes menschliches Untersuchungsobjekt 16 angeordnet ist, ein statisches (B0) Magnetfeld für die Bildgebung, spektroskopische Analyse oder eine andere Magnetresonanzmethode erzeugt. Bei dem abgebildeten Magnetresonanztomographen 10 handelt es sich um einen Tomographen mit horizontal verlaufender Öffnung, der im Querschnitt gezeigt ist, damit ausgewählte Komponenten sichtbar sind; es können jedoch auch andere Magnetresonanztomographenarten benutzt werden.
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Der Magnetresonanztomograph 10 weist auch ein Magnetfeldgradientensystem 18 auf, das beispielsweise Magnetfeldgradientenspulen enthalten kann, die so konfiguriert sind, dass sie ausgewählte Magnetfeldgradienten auf das statische (B0) Magnetfeld legen, die verschiedene Aufgaben erfüllen, wie ein räumliches Eingrenzen der Magnetresonanzanregung, ein räumliches Codieren der Magnetresonanzfrequenz und/oder -phase, ein Beeinträchtigen der Magnetresonanz und so weiter. Der Magnetresonanztomograph kann wahlweise weitere, in 1 nicht gezeigte Elemente aufweisen, wie beispielsweise eine Öffnungsverkleidung, aktive Spulen- oder passive ferromagnetische Zwischenlagen und so weiter. Das Untersuchungsobjekt 16 wird auf geeignete Weise für eine Magnetresonanzmethode vorbereitet, indem es auf eine bewegliche Untersuchungsobjekttragevorrichtung 20 gelegt wird, welche dann zum Durchführen der Magnetresonanzmethode zusammen mit dem getragenen Untersuchungsobjekt in die veranschaulichte Position eingeführt wird. Bei der Untersuchungsobjekttragevorrichtung 20 kann es sich beispielsweise um eine Pritsche oder einen Tisch handeln, die/der zunächst auf einer Liege 22 neben dem Magnetresonanztomographen 10 angeordnet ist, das Untersuchungsobjekt wird auf die Tragevorrichtung 20 gelegt und dann von der Liege 22 in die Öffnung des Magnetresonanztomographen 10 verschoben.
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Der Magnetresonanztomograph weist ferner eine Radiofrequenzsendespule 24 auf, die zum Senden eines Radiofrequenzsignals mit einer Magnetresonanzfrequenz verwendet wird, um eine Magnetresonanzanregung durchzuführen. Die veranschaulichte Radiofrequenzsendespule 24 ist eine Ganzkörper-Phasenschieberspule mit Abstandsbehälter, es können jedoch auch andere Radiofrequenzsendespulenarten verwendet werden, wie transversale elektromagnetische (TEM) Ganzkörperspulen oder eine lokale Radiofrequenzsendespule wie eine Kopfspule usw. Die gleiche Radiofrequenzsendespule 24 oder eine andere Magnetresonanzempfangsspule 26 wird zum Messen eines Magnetresonanzsignals benutzt, das durch die eingesetzte Radiofrequenzanregung in einem Untersuchungsobjekt im Untersuchungsbereich 14 entsteht. Die veranschaulichte Magnetresonanzempfangsspule 26 ist eine Oberflächenringspule (in 1 hochkant zu sehen), es können jedoch auch andere Empfangsspulenarten verwendet werden, wie eine Anordnung von Oberflächenspulen, eine Gliedmaßenspule, eine Kopfspule und so weiter. Der veranschaulichte Magnetresonanztomograph 10 weist auch zwei veranschaulichende Überwachungsringspulen 28, 30 auf. Die Ringspule 28 ist zur Verwendung bei ausgewählten oder Überwachungsaufgaben an oder nahe der Öffnung des Tomographen 10 angebracht. Die Überwachungsringspule 30 ist eine mit ihrem Ring quer zum Ring der Magnetresonanzempfangsspule 26 an oder nahe dem Untersuchungsobjekt 16 angeordnete Ringspule. Bei den Überwachungsspulen 28, 30 handelt es sich zwar um Ringspulen, es wird jedoch auch in Erwägung gezogen, andere Radiofrequenzspulenarten als Empfangsspulen zu verwenden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der hier benutzte Begriff „Spule” alle Spulenanordnungen, SENSE-Spulen und anderen mehrfachen Empfängerelemente umfassen soll, die zum Anregen oder Messen von Magnetresonanz verwendet werden. Die verschiedenen Radiofrequenzspulen 24, 26, 28, 30 werden von einer Magnetresonanz-Radiofrequenzsteuereinheit 32 betrieben, die beispielsweise einen Einkanal-, Quadratur- oder Mehrkanal-Radiofrequenzsender, einen Ein- oder Mehrkanal-Digitalempfänger, geeignete Radiofrequenzschaltkreise zum Ausführen von Operationen wie dem Verstimmen der Magnetresonanzempfangsspule 26 bei der Magnetresonanzanregung, Multiplexverbindungen mit verschiedenen Spulen 24, 26, 28, 30 und so weiter aufweisen kann.
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Bei einer veranschaulichenden interventionellen Magnetresonanzmethode regt die Magnetresonanz-Steuereinheit 32 die Radiofrequenzsendespule 24 an, so dass ein Radiofrequenzsignal mit der Magnetresonanzfrequenz entsteht, welches in dem Untersuchungsobjekt oder einem Teil des Untersuchungsobjekts, der durch geeignetes Anlegen eines räumlich selektiven Magnetfeldgradienten über das Magnetfeldgradientensystem 18 ausgewählt wird, Magnetresonanz anregt. Wahlweise werden von dem Gradientensystem 18 bei oder nach der Magnetresonanzanregung andere Magnetfeldgradienten verwendet, um die Magnetresonanz räumlich zu codieren oder anderweitig zu manipulieren. Wenn die veranschaulichte Magnetresonanzempfangsspule 26 bereitgestellt wird, wird sie in der Regel bezüglich der Magnetresonanzfrequenz bei der Magnetresonanzanregung verstimmt, um eine Überlastung der Empfangsspule 26 zu vermeiden. Im Verlauf einer Empfangsphase wird die Radiofrequenzsendespule 24 oder die dedizierte Magnetresonanzempfangsspule 26 gestimmt und misst das Magnetresonanzsignal. Das gemessene Magnetresonanzsignal wird gespeichert, verarbeitet (im Falle einer Magnetresonanzbildgebungsmethode zum Beispiel durch einen Bildrekonstruktionsalgorithmus), und das Bild oder andere Ergebnisse werden angezeigt, gespeichert oder anderweitig genutzt. In dem veranschaulichenden Beispiel in 1 wird ein Computer 34 programmiert oder anderweitig so konfiguriert, dass er solche Datenverarbeitungs-, Speicherungs- und Anzeigeaufgaben erfüllt. Bei einer interventionellen Methode wird ein Interventionsinstrument 36 in das Untersuchungsobjekt 16 eingeführt, um einen gewünschten Eingriff durchzuführen, wie beispielsweise eine Biopsieentnahme, das Einsetzen eines temporären Herzschrittmachers, das Anbringen einer Prothese, das Durchführen einer Gefäßdarstellung und so weiter.
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Durch Anwenden der Radiofrequenzanregung besteht die Möglichkeit, (im Falle eines menschlichen oder tierischen Untersuchungsobjekts) die Sicherheit des Untersuchungsobjekts zu gefährden oder (im Falle eines archäologischen Gegenstandes oder eines anderen unbelebten Untersuchungsobjekts) das Untersuchungsobjekt zu beschädigen. Dazu kann es kommen, wenn die Radiofrequenzanregung auf einen elektrisch leitenden Gegenstand im Untersuchungsbereich 14 einwirkt. Wenn die Radiofrequenzanregung beispielsweise auf das Interventionsinstrument 36 einwirkt, dann fließt in dem Interventionsinstrument 36 ein elektrischer Strom auf der Anregungsfrequenz. Ein solcher induzierter elektrischer Strom kann zu lokaler Erwärmung, elektrostatischer Entladung oder anderen negativen Effekten führen, welche das Untersuchungsobjekt verletzen oder beschädigen können. Bei Ausführungsformen, bei denen das Interventionsinstrument 36 einen oder mehrere Drähte oder andere längliche Leiter aufweist, ist es wahrscheinlich, dass elektrischer Strom im Wesentlichen parallel zu oder in den länglichen Leitern entlang fließt. Bei dem veranschaulichenden Interventionsinstrument 36 erzeugt ein solcher elektrischer Strom umlaufende Magnetfeldschleifen BEinwirk, die wie in 1 schematisch gezeigt das Interventionsinstrument 36 umgeben. Es sei angemerkt, dass die veranschaulichende Überwachungsringspule 30 so positioniert ist, dass sie einen wesentlichen Fluss von den Magnetfeldschleifen BEinwirk empfängt, so dass die Überwachungsringspule 30 induktiv gut auf die Magnetfeldschleifen BEinwirk einwirkt. Bei anderen Methoden kann die Radiofrequenzanregung auf unsichere Weise auf ein anderes leitendes Element oder einen solchen Gegenstand in dem Untersuchungsbereich 14 einwirken, wie beispielsweise auf einen elektronischen Herzschrittmacher, eine Metallprothese und so weiter.
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Um einen solchen potentiell unsicheren Zustand erkennen zu können, wird ein Sicherheitsüberwachungsgerät 40 bereitgestellt, das die Magnetresonanzanregung überwacht. Das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 kann verschiedene Radiofrequenzparameter der verwendeten Radiofrequenzanregung überwachen. So kann beispielsweise die in der Öffnung angebrachte Überwachungsringspule 28 oder die an oder nahe dem Untersuchungsobjekt angebrachte Überwachungsringspule 30 als Empfangsspule benutzt werden, die ein Signal erfasst, das zum Erzeugen eines Signals in einen Leistungsanalysator 42 eingegeben wird, welches die momentane Radiofrequenzleistung angibt, die bei der Radiofrequenzanregung von der Radiofrequenzsendespule 24 erzeugt wird. Statt mit einer dedizierten Überwachungsspule 28, 30 kann der Leistungsanalysator 42 mit der Magnetresonanzempfangsspule 26 verbunden sein. Bei letzterer Anordnung ist die Magnetresonanzempfangsspule 26 in der Regel bei Verwendung der Radiofrequenzanregung bezüglich der Magnetresonanzfrequenz verstimmt, die Magnetresonanzempfangsspule 26 erfasst jedoch selbst im verstimmten Zustand in der Regel ein Radiofrequenzrestsignal infolge der Radiofrequenzanregung.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 einen Netzwerkanalysator 44 aufweisen oder enthalten, der mit der Radiofrequenzsendespule 24 wirkverbunden ist und Reflexion, Aussendung und andere Eigenschaften der Radiofrequenzanregung ermittelt. Bei einigen Ausführungsformen gibt der Netzwerkanalysator 44 einen oder mehrere s-Parameter aus, die die Radiofrequenzanregung kennzeichnen, wie die reflektierte Leistung, z. B. einen S11-Parameter, die gesendete Leistung, z. B. einen S21-Parameter, und so weiter. Ein s-Parameteranalysator 46 verarbeitet die s-Parameter, um benötigte Informationen über die Radiofrequenzanregung zu ermitteln. Der Netzwerkanalysator 44 misst zum Beispiel wahlweise einen S11-Parameter, und der s-Parameteranalysator 46 ermittelt die Frequenz des Radiofrequenzanregungssignals auf der Grundlage des S11-Parameters. Als weiteres Beispiel misst der Netzwerkanalysator 44 wahlweise einen S21-Parameter, und der s-Parameteranalysator 46 ermittelt die Phase des Radiofrequenzanregungssignals auf der Grundlage des S21-Parameters.
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Die überwachten Radiofrequenzparameter werden von einem Komparator 50 mit einem Sicherheitskriterium verglichen. Eine vom Leistungsanalysator 42 angezeigte schnelle Verringerung der einwirkenden Leistung kann beispielsweise auf einen Leistungsverlust in einem Resonanzkreis innerhalb des Untersuchungsbereiches 14 hinweisen, wie beispielsweise einem durch das Interventionsinstrument 36 definierten Resonanzkreis. Eine abrupte Verschiebung der Frequenz oder Phase der Radiofrequenzanregung kann gleichermaßen auf ein nicht sicheres Einwirken auf einen Resonanzkreis im Untersuchungsbereich 14 hinweisen. Bei dem Sicherheitskriterium handelt es sich wahlweise um ein untersuchungsobjektspezifisches Sicherheitskriterium, das auf der Grundlage einer Untersuchungsobjektkalibrierung 52 ermittelt wird. Wenn der Komparator 50 auf der Grundlage des Vergleichs einen unsicheren Zustand feststellt, aktiviert er auf geeignete Weise ein Korrekturmodul 54, das eine geeignete Korrektur ausführt, indem es beispielsweise die Magnetresonanzmethode einschließlich der Magnetresonanzanregung beendet oder die Magnetresonanzanregung so anpasst, dass der unsichere Zustand unterdrückt oder beseitigt wird, und so weiter. Wenn die Korrektur einen Abbruch der Magnetresonanzmethode mit sich bringt, kann das Korrekturmodul 54 zum Beispiel geeigneterweise einen Signalgenerator umfassen, der ein „Abbruch”-Signal an die Magnetresonanz-Radiofrequenzsteuereinheit 32 ausgibt, das die Magnetresonanz-Radiofrequenzsteuereinheit 32 dazu veranlasst, die Radiofrequenzanregung zu beenden.
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Es wird nun unter weiterer Bezugnahme auf 1 sowie auf 2 die Verwendung des Sicherheitsüberwachungsgeräts 40 und des Magnetresonanztomographen 10 zum Überwachen einer veranschaulichenden Sitzung mit der interventionellen Methode beschrieben. Die Sitzung wird mit einem Untersuchungsobjekteinlegevorgang 60 begonnen, bei dem das Untersuchungsobjekt 16 in den Untersuchungsbereich 14 des Magnetresonanztomographen 10 gelegt wird. Darauf folgt ein Planungstomographievorgang 62, in dessen Verlauf die Interventionsmethode geplant wird. Bei der Planungstomographie werden in der Regel vor dem Einführen des Interventionsinstruments 36 Protonenbilder vom Untersuchungsobjekt angefertigt. Der Arzt oder anderes medizinisches Personal zeigt die angefertigten Planungsbilder auf dem Computer 34 an und ermittelt relevante Parameter, Merkmale oder andere Aspekte, wie den Zieltumor für eine Biopsie, die Lage einer Gefäßstenose, die durch eine Angioplastiemethode behandelt werden soll, die Lage kritischer Nachbarorgane, die bei der interventionellen Methode umgangen werden müssen, und so weiter. Die Planungsbilder können auch zum Optimieren von Magnetresonanzbildparametern für den Gegenstand der interventionellen Methode benutzt werden, damit ein guter Bildkontrast und andere vorteilhafte Bildeigenschaften sichergestellt werden können.
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Gleichzeitig mit dem Planungstomographievorgang 62 wird wahlweise ein Sicherheitsüberwachungskalibrierdatensammelvorgang 64 durchgeführt, um die Untersuchungsobjektkalibrierung 52 zu erzeugen. Der Kalibrierdatensammelvorgang 64 kann beispielsweise die mittlere und die Standardabweichung oder andere abweichende Parameter ermitteln, welche die Leistung beschreiben, die der Leistungsanalysator 42 erfasst, wenn kein Interventionsinstrument 36 eingeführt ist. Dies liefert einen Grundleistungspegel für den Vergleich mit Leistungspegeln, die für Radiofrequenzanregungen bei der interventionellen Methode erfasst werden. Auf ähnliche Weise kann der Kalibrierdatensammelvorgang 64 die Frequenz- und Phasenwerte ermitteln und Abweichungen oder Schwankungen, die die Frequenz und Phase der Radiofrequenzanregung beschreiben, so dass eine Grundlage für den Frequenz- und Phasenvergleich bei der interventionellen Methode geschaffen wird. Vorteilhafterweise erfolgt der Kalibrierdatensammelvorgang 64 wahlweise in Verbindung mit dem Erstellen von Planungsbildern, das heißt, die beim Erstellen von Planungsbildern benutzten Radiofrequenzanregungen können als KalibrierRadiofrequenzanregungen für das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 betrachtet werden, und ein beziehungsweise mehrere durch die KalibrierRadiofrequenzanregungen erzeugte Radiofrequenz-Referenzparameter können von dem Sicherheitsüberwachungsgerät 40 gemessen und analysiert werden, um die Untersuchungsobjektkalibrierung 52 zu erzeugen.
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Wenn die Vorgänge der Interventionsmethodenplanung und der wahlweisen Sicherheitsüberwachungskalibrierdatensammlung 62, 64 abgeschlossen sind, beginnt ein Interventionsmethoden- und Magnetresonanzbildgebungsvorgang 66, bei dem die interventionelle Methode unter Überwachung durch die Magnetresonanzbildgebung des Magnetresonanztomographen 10 durchgeführt wird. Der interventionelle Vorgang kann beispielsweise das Einführen des Interventionsinstruments 36 in das Untersuchungsobjekt 16 an einer Einführbahn entlang umfassen, welche a priori unter Verwendung der Planungsbilder ermittelt wird. Die gleichzeitige Magnetresonanzbildgebung liefert dem Arzt oder anderem medizinischem Personal visuelle Rückmeldung zur genauen Position des Interventionsinstruments 36 im Untersuchungsobjekt 16. Somit kann der Arzt oder anderes medizinisches Personal mit Hilfe der Magnetresonanzbilder „sehen”, wann die Spitze des Interventionsinstruments 36 in den zu biopsierenden Tumor eindringt oder wann die Spitze die durch Angioplastie zu erweiternde Stenose erreicht und so weiter. Sobald die Biopsieentnahme, die Angioplastie oder andere Interventionsaufgabe abgeschlossen ist, kann der Arzt oder anderes medizinisches Personal das Interventionsinstrument 36 aus dem Untersuchungsobjekt herausziehen, wobei wieder die Magnetresonanzbildgebung zur Überwachung des Herausziehens benutzt wird.
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Gleichzeitig mit der interventionellen Methode und dem Magnetresonanzbildgebungsvorgang 66 wird von dem Sicherheitsüberwachungsgerät 40 ein Sicherheitsüberwachungsvorgang 68 ausgeführt. Hierzu gehört das Überwachen des oder der Radiofrequenzparameter (z. B. erfasste Leistung, Frequenz und/oder Phase) im Verlauf jeder Anwendung einer Radiofrequenzanregung im Untersuchungsbereich 14 und das Einschätzen der Untersuchungsobjektsicherheit auf der Grundlage der Überwachung. Wenn das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 einen potentiell unsicheren Zustand erkennt, sendet es ein Korrektursignal 70 zu dem Interventionsmethoden- und Magnetresonanzbildgebungsvorgang 66. Bei manchen Ausführungformen wird das Korrektursignal 70 zur Magnetresonanz-Radiofrequenzsteuereinheit 32 geleitet, damit ein abrupter Abbruch der Radiofrequenzanregungsvorgänge ausgelöst wird. Alternativ dazu kann ein Korrektursignal 70 dafür sorgen, dass die Magnetresonanz-Radiofrequenzsteuereinheit 32 die Radiofrequenzanregungen durch Verringern der Leistung, Anpassen von Frequenz oder Phase oder anderweitiges Anpassen der Radiofrequenzanregungen so anpasst, dass der potentiell unsichere Zustand unterdrückt oder beseitigt wird. Als noch weitere zusätzliche oder alternative Reaktion kann das Korrektursignal 70 zu dem Computer 34 oder einem anderen Anzeigegerät geleitet werden, damit dem Arzt oder anderem medizinischem Personal ein optischer Alarm angezeigt wird, der auf den potentiell unsicheren Zustand hinweist. Ein solcher Alarm wird wahlweise auch von einem akustischen Alarm, einem blinkenden Licht oder einem anderen Warnsignal begleitet.
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Wenn der Interventionsmethoden- und Magnetresonanzbildgebungsvorgang 66 abgeschlossen ist, wird das Untersuchungsobjekt in einem Untersuchungsobjektentnahmevorgang 72 auf geeignete Weise aus dem Magnetresonanztomographen 10 genommen.
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Unter Bezugnahme auf die 3 und 4 werden ein paar veranschaulichende Experimente beschrieben, welche die Wirksamkeit der offenbarten Sicherheitsüberwachungssysteme und -verfahren nachweisen. 3 zeigt Ergebnisse einer Phantomstudie. Die grafische Darstellung auf der linken Seite zeigt eine Korrelation von Temperaturmessungen an der Spitze einer Kathetervorrichtung, wobei die Radiofrequenzsignalstärke über eine interne Empfangsspule (ES) überwacht wird. Die grafische Darstellung auf der rechten Seite zeigt Daten aus der Darstellung auf der linken Seite nach der Korrektur um eine typische Leistungsreflexion aufgrund einer Verstimmung der RF-Sendespule. 4 zeigt Ergebnisse einer Freiwilligenstudie. Die grafische Darstellung auf der linken Seite stellt ein Einwirken des bei der Magnetresonanzanregung verwendeten Radiofrequenzsignals auf einen sicheren Katheter und einen nicht sicheren Katheter grafisch als Funktion der Einführtiefe in ein freiwilliges Untersuchungsobjekt dar. Die grafische Darstellung auf der rechten Seite stellt ein Stimmen und ein Verstimmen der nicht sicheren Kathetervorrichtung in dem in der grafischen Darstellung auf der linken Seite mit „D” bezeichneten Bereich dar, was durch sporadisches Berühren des Griffs der nicht sicheren Kathetervorrichtung verursacht wird.
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Die in den 3 und 4 gezeigten Daten wurden mit Hilfe eines 3-Tesla-Magnetresonanztomographen Philips Achieva gewonnen (von Philips Medical Systems, Best, Niederlande). Ein sicherer und ein nicht sicherer Katheter wurden benutzt, um zu zeigen, dass das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 bei der Bildgebung automatisch eine gefährliche Radiofrequenzeinwirkung zwischen der Radiofrequenzanregung und dem nicht sicheren Katheter erkennen kann. Bei dem Phantomexperiment in 3 wurden die Katheter bei der Echtzeitbildgebung in ein röhrenförmiges Gefäßphantom eingeführt (kartesische SSFP, TR = 9 ms, TE = 3,5 ms, α = 65°, Matrix 172×172, Ganzkörper-SAR < 0,9 W/kg). Eine nahe der Öffnungswand angebrachte Empfangsspule (ähnlich der Überwachungsspule 28 in 1) erzeugte die Signale, die als „ES-Signal [%]” bezeichnet und auf der rechten Seite der grafischen Darstellung von 3 skaliert sind. Gleichzeitige faseroptische Temperaturmessungen erfolgten mit Hilfe eines Temperaturmesssystems von LumaSense Technologies, Santa Clara, CA, USA. Die Temperatur- und ES-Signale wurden, wie in 3 dargestellt, an 22 verschiedenen Positionen aufgezeichnet.
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Bei dem Freiwilligenexperiment, dessen Ergebnisse in 4 zusammengefasst sind, wurde ein Freiwilliger in den Tomographen gelegt, das Gefäßphantom wurde an den Armen entlang und auf die Brust des Freiwilligen gelegt. Sichere und nicht sichere Katheter wurden bei der Bildgebung an dem Freiwilligen vorgeschoben. Der Freiwillige wurde gebeten, normal zu atmen und sich nur wenig zu bewegen, um ein normales Maß an Compliance zu simulieren.
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In 3 ist eine erhebliche Korrelation zwischen Temperaturmessungen und ES-Signalen an den ausgewählten Katheterpositionen erkennbar. In der grafischen Darstellung auf der linken Seite wurden auf eine Verstimmung der Radiofrequenzsendespule 24 zurückzuführende Leistungsreflexionen nicht berücksichtigt. Die Schwankung des ES-Signals entsteht sowohl durch Verlustleistung im nicht sicheren Katheter als auch durch Leistungsreflexion. Dementsprechend stellt die in 3 mit zunehmender Einführung des Katheters zu sehende Verringerung des Leistungssignals ein konservatives Maß für ein potentielle Radiofrequenzeinwirkung dar. Die grafische Darstellung auf der rechten Seite stellt die gleichen Daten dar wie die grafische Darstellung auf der linken Seite, nur wird hier ein geschätztes typisches Leistungsreflexionsverhalten berücksichtigt. Die Korrelation erweist sich hier als noch stärker, wenn das Leistungsreflexionsverhalten angemessen berücksichtigt wird.
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Die Messungen in der grafischen Darstellung auf der linken Seite von 4 erfolgten mit dem Freiwilligen in der Körperspule. Die unsichere Situation, die durch die Verwendung eines nicht sicheren Katheters besteht, wird eindeutig erkannt. Die Schwankung der ES-Signale aufgrund des Atmens betrug 3,6% (nicht gezeigt) im Vergleich zu einer auf eine Radiofrequenzeinwirkung zwischen der Radiofrequenzanregung und dem nicht sicheren Katheter zurückzuführenden 95%-igen Verringerung des ES-Signals. Bei dem sicheren Katheter zeigt sich andererseits keine erhebliche Verringerung des ES-Signals. Der Leistungsanalysator 42 im Sicherheitsüberwachungsgerät 40 ermittelt im Verlauf des Sicherheitsüberwachungskalibrierdatensammelvorgangs 64 auf geeignete Weise den „100%”-Pegel für ein bestimmtes Untersuchungsobjekt und vergleicht danach die vom Leistungsanalysator 42 angegebene Leistung mit diesem „100%”-Pegel. Ein potentiell unsicherer Zustand wird auf geeignete Weise durch eine ausgewählte prozentuale Verringerung des Leistungssignals in Bezug auf den „100%”-Pegel definiert. Wenn zum Beispiel der Leistungspegel unter 80% des „100%”-Pegels sinkt, kann dies so interpretiert werden, dass ein potentiell unsicherer Zustand angezeigt wird, weshalb das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 das Korrekturmodul 54 aktiviert.
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Die grafische Darstellung auf der rechten Seite von 4 zeigt die Auswirkung auf das ES-Signal, wenn das Handstück des nicht sicheren Katheters wiederholt berührt wird, während sich der Katheter in der in der grafischen Darstellung auf der linken Seite angegebenen Position „D” befindet, d. h., bis zu einer Einführtiefe von etwa 62 cm eingeführt ist, in der das Empfangsspulensignal bei etwa 40% des „100%”-Pegels liegt. Die Auswirkung des Berühren besteht darin, dass sich die Eigenresonanzfrequenz des nicht sicheren Katheters ändert, und diese Änderung der Resonanzfrequenz ist in der grafischen Darstellung auf der rechten Seite von 4 eindeutig als Modulation in einer Größenordnung von 20 bis 30% des „100%”-Pegels des ES-Signals zu erkennen. Die Fähigkeit, diese auf den manuellen Umgang mit dem nicht sicheren Katheter zurückzuführende Verstimmung zu erkennen, ist wertvoll, da das Interventionsinstrument bei einer interventionellen Methode in Bezug auf die Magnetresonanzfrequenz stark verstimmt sein kann, bis es in die Hand genommen, in das Untersuchungsobjekt eingeführt oder anderweitig manipuliert oder auf eine Weise benutzt wird, durch die sich die Eingenresonanzfrequenz des Interventionsinstruments auf einen Wert ändert, der mit der Magnetresonanzfrequenz übereinstimmt.
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Die Ergebnisse in den 3 und 4 wurden mit Hilfe einer Aufnahmespule gewonnen, die ähnlich wie die veranschaulichende Überwachungsringspule 28 aus 1 an der Öffnungswand angebracht ist. Die Fähigkeit einer solchen relativ fernen Spule, den in den 3 und 4 gezeigten unsicheren Katheterzustand zu erkennen, beweist die allgemeine Wirksamkeit der offenbarten Sicherheitsüberwachung. Um eine höhere Empfindlichkeit gegenüber einem unsicheren Zustand zu ermöglichen, wird überlegt, die Empfangsspule in einer vergleichsweise günstigeren Position anzuordnen, damit sie sich auf Magnetfeldänderungen auswirkt, die durch einen unsicheren Zustand induziert werden. Wie beispielsweise in 1 gezeigt ist, ist die Empfangsspule 30 so angeordnet, dass ihre Ebene quer zu den Magnetflussschleifen des Einwirkungsfeldes BEinwirk verlaufen, das erwartungsgemäß durch jeden unsicheren induzierten Strom erzeugt wird, der in Längsrichtung des Interventionsinstruments 36 fließt. Dementsprechend ist zu erwarten, dass die Empfangsspule 30 im Vergleich zu der an der Öffnungswand angebrachten Überwachungsspule 20 einem unsicheren Einwirkungszustand in Bezug auf das Interventionsinstrument 36 gegenüber empfindlicher ist. Bei manchen Ausführungsformen kann das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 mehrere Spulen überwachen, wobei nur eine Spule einen potentiell unsicheren Zustand erkennen muss, damit der Komparator 50 das Korrekturmodul 54 aktiviert.
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Andererseits wird angesichts der bei den in 3 und 4 zusammengefassten Experimenten zu erkennenden hohen Empfindlichkeit gegenüber einem unsicheren Zustand auch überlegt, die Magnetresonanzempfangsspule 26 als Empfangsspule (oder als eine der Empfangsspulen) für das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 zu benutzen. Die Magnetresonanzempfangsspule 26 ist normalerweise bei der Radiofrequenzanregungsphase der Magnetresonanzbildgebung oder eines anderen Magnetresonanzverfahrens verstimmt. Da jedoch die Radiofrequenzanregung in der Regel um mehrere Größenordnungen höher liegt als das zu erfassende Magnetresonanzsignal, und angesichts der durch die 3 und 4 angedeuteten hohen Empfindlichkeit, wird überlegt, ob die Magnetresonanzempfangsspule 26 selbst im verstimmten Zustand ein solches Restsignal liefert, dass eine bei der Radiofrequenzanregung erfasste Leistungsverringerung auf einen potentiell unsicheren Zustand hinweist. Ein Vorteil der Verwendung der Magnetresonanzempfangsspule 26 für die Sicherheitsüberwachung besteht darin, dass die Magnetresonanzempfangsspule 26 bereits vorhanden ist und bei einer interventionellen Methode in der Regel nahe bei dem Interventionsinstrument liegt.
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Obwohl sie unter veranschaulichender Bezugnahme auf interventionelle Magnetresonanzbildgebung und Methoden unter Einsatz von Interventionsinstrumenten beschrieben wurden, lassen sich die hier offenbarten Sicherheitsüberwachungsvorrichtungen und -verfahren problemlos auf andere Magnetresonanzmethoden und nicht menschliche, tierische oder unbelebte Untersuchungsobjekte anwenden. Bei der Bildgebung für einen archäologischen Gegenstand kann das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 beispielsweise eine Verringerung der Radiofrequenzanregungsleistung oder eine Verschiebung der Frequenz oder Phase der Radiofrequenzanregung erkennen, die auf einen potentiell unsicheren Zustand hinweisen kann, in dem die Radiofrequenzanregung auf einen metallischen oder einen anderen elektrisch leitenden Gegenstand, ein solches Element oder Merkmal des archäologischen Gegenstandes einwirkt. Das Sicherheitsüberwachungsgerät 40 kann dann veranlassen, das das Korrekturmodul 54 den Magnetresonanzvorgang abbricht, bevor es zu einer Beschädigung des archäologischen Gegenstandes kommt.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Modifikationen und Änderungen können anderen Personen einfallen, die die obenstehende ausführliche Beschreibung gelesen und verstanden haben. Die Erfindung soll so interpretiert werden, dass sämtliche derartigen Modifikationen und Änderungen dazugehören, insofern sie in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche oder deren Äquivalente fallen. In den Ansprüchen sind die in Klammern gesetzten Bezugszeichen nicht im Sinne einer Einschränkung des Anspruchs zu verstehen. Das Wort „umfassen” schließt das Vorliegen von anderen Elementen oder Schritten als den im Anspruch genannten nicht aus. Das Wort „ein/e” vor einem Element schließt das Vorliegen mehrerer solcher Elemente nicht aus. Das offengelegte Verfahren lässt sich mit Hilfe von Hardware implementieren, die mehrere getrennte Elemente umfasst, und mit Hilfe eines auf geeignete Weise programmierten Computers. Bei den Systemansprüchen, die mehrere Mittel nennen, können mehrere dieser Mittel in derselben computerlesbaren Software oder Hardware enthalten sein. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft eingesetzt werden könnte.
