DE3421045A1

DE3421045A1 - Vorrichtung zur steuerung einer nmr-bildaufnahme durch organbewegungen

Info

Publication number: DE3421045A1
Application number: DE19843421045
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.rer.nat. 8520 Erlangen Schneider; Axel Dipl.-Ing. Wirth (FH), 8551 Hemhofen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-06-06
Filing date: 1984-06-06
Publication date: 1985-12-12

Description

Vorrichtung zur Steuerung einer NMR-Bildaufnahme durch
Organbewegungen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Bildaufnahme eines mit einem Magneten, einer HF-Spule, einer Gradientenspule und einer Steuereinrichtung für die Bildaufnahme ausgerüsteten NMR-Gerätes durch die Organbewegung eines Patienten, für den im NMR-Gerät eine Liegevorrichtung vorgesehen ist. Eine solche Vorrichtung dient insbesondere zur Auslösung oder Triggerung der Bildaufnahme.
Eine Vorrichtung der genannten Art wurde bereits bei klinischen Untersuchungen eingesetzt, wie in der Publikation Technicare News", RSNA Special Edition, Nov.
1983, Seite 1, beschrieben ist. Dort sind NMR-Aufnahmen dargestellt, die unter Berücksichtigung sowohl der Herzals auch der Lungenbewegungen zustandegekommen sind. Es wird in dieser Publikation offengelassen, mit welchen Mitteln die Lungen- und die Herzbewegungen registriert werden.
In der NMR-Technik werden für eine einzige Bildaufnahme des Patienten mehrere Minuten benötigt. Die Aufnahmezeiten können bis zu 30 Minuten betragen. Die beim Abtasten gewonnenen Bilddaten werden in einem komplizierten Rechenverfahren zu einem Schnittbild zusammengesetzt.
Fehlinformationen, wie sie aufgrund einer Bewegung des Patienten zustandekommen, führen zu starken Verzerrungen und können ein Bild unbrauchbar machen. Ebenso führen die Bewegungen des Herzens, der Lunge und anderer Organe oder benachbarter Körperteile zu einer Unschärfe, die die Bildqualität negativ beeinflußt. Man ist daher dazu übergegangen, nur solche Bilddaten zu verwenden oder aufzunehmen, die immer zum gleichen oder äquivalenten Zeitpunkt einer Bewegungsphase erfolgen. So z. B. wird bei Aufnahmen in der Herzgegend in der Regel die R-Zacke des Elektrokardiogramms zum Auffinden des Auslösezeitpunktes für die Bildaufnahme herangezogen. Für Aufnahmen in der Lungengegend ist man auch schon dazu übergegangen, die Bildaufnahme mit der Lungenbewegung zu synchronisieren.
Bei den herkömmlichen Vorrichtungen zur Erfassung der Bewegung eines Patienten, seiner Gelenke und/oder Organe sind in der Regel Handhabungen am Patienten selber nötig. So kann ihm zur Bewegungserfassung der Lunge z.B.
an der Nase ein Temperatur- oder Druckfühler angebracht werden, der die Temperatur und den Druck der ausgeatmeten Luft mißt. Aus den registrierten Werten werden Rückschlüsse auf die Bewegungen der Lunge gezogen. Eine andere bekannte Vorrichtung macht sich die Bewegung der Bauchdecke beim Atmen zunutze. Mittels eines Klebestreifens wird ein Kissen mit vorgegebenem Luftvolumen an der Bauchdecke befestigt. Aufgrund der Atembewegung wird das Luftvolumen mehr oder weniger gestaucht. Das resultierende Drucksignal dient zur Ableitung der Atembewegung.
Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zur Ermittlung der Herzbewegungen werden EKG-Elektroden auf der Brust des Patienten angebracht.
Nachteilig bei jeder dieser Vorrichtungen ist, daß Teile der Vorrichtung am Patienten befestigt werden müssen.
Außerdem sind immer Zuleitungen vorhanden, die den Patienten behindern und auch die Bildaufnahme beeinflussen können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die einen bequemen, von Zuleitungen zu dem Patienten freien Einsatz ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Liegevorrichtung eine an sich bekannte Matte umfaßt, welche zur Registrierung von mit Masseverschiebungen verbundenen Kräften geeignet ist, daß das von der Matte abgegriffene, von der Masseverschiebung abhängige Ausgangssignal über eine Signalleitung zur Steuereinrichtung für die Bildaufnahme geführt ist, und daß die Steuereinrichtung eine Auslöseeinrichtung umfaßt, die jeweils zu äquivalenten Zeitpunkten der Organbewegung ein Auslösesignal für die Bildaufnahme abgibt.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Matte in mehrere, unabhängig voneinander arbeitende Segmente aufgeteilt ist, deren Ausgangssignale verschiedenen Schnittebenen bei der Bildaufnahme zugeordnet werden können.
Eine solche Vorrichtung hat den Vorteil, daß am Patienten keine Elektroden appliziert werden müssen. Sie hat den weiteren Vorteil, daß sie für die gleichzeitige Erfassung mehrerer Organbewegungen geeignet ist.
Vorteil dieser Vorrichtung ist es also, daß sie die Atemtätigkeit, Herztätigkeit, Pulsieren des Blutes und andere Bewegungen des Patienten erfaßt, ohne daß in irgendeiner Weise Handgriffe am Patienten vorzunehmen sind.
Unterteilt man die Matte in der angegebenen Weise in mehrere streifenartig, parallel zueinander verlaufende Segmente, so ergibt sich als weiterer Vorteil, daß das Segment ausgewählt und zur Steuerung oder insbesondere zur Triggerung der Bildaufnahme herangezogen werden kann, welches die entsprechende Organbewegung am deutlichsten darstellt.
Es ist z.B. denkbar, zwei Segmente gleichzeitig zur Bewegungsmessung heranzuziehen. Dies ist z.B. das Segment, welches in der Herzgegend liegt, um die Bildaufnahmepunkte zu synchronisieren, die in der Herzgegend aufgenommen werden, und das Segment, welches in der Lungengegend liegt, um die Bildaufnahmepunkte zu synchronisieren, die in der Lungengegend ermittelt werden.
Weitere Vorteile der Vorrichtung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Figuren in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung einer NMR-Kabine mit Patient, Liegevorrichtung mit kraftempfindlicher Matte und Signalverarbeitung, Fig. 2 den Aufbau einer an sich bekannten kraftempfindlichen Matte mit Piezofolie, Fig. 3 den Aufbau einer Matte entsprechend Figur 2, wobei die Matte in Segmente eingeteilt ist, und Fig. 4 eine Schaltung zum Anschluß der kraftempfindlichen Matte.
In der Figur 1 ist eine NMR-Kabine 1 dargestellt, die aufgrund der bei NMR-Untersuchungen auftretenden magnetischen und elektromagnetischen Felder abgeschirmt ist.
Innerhalb der NMR-Kabine 1 befindet sich eine Liegevorrichtung 3 für einen Patienten 5, der in ruhender, waagerechter Position auf der Liegevorrichtung 3 gelagert ist. Unterhalb des Patienten 5 ist auf der Liegevorrichtung 3 eine kraft- oder druckempfindliche Matte 7 plaziert. Die Matte 7 kann auch in der Liegevorrichtung 3 integriert sein. Sie enthalt bevorzugt eine piezoelek trische Schicht. Die Matte 7 ist in vier Segmente 9 eingeteilt, die von unterschiedlichen Körperpartien des Patienten 5 abgedeckt werden. Quer zum Patienten 5 ist eine vertikale Linie 11 in dessen Bauchgegend eingezeichnet, die eine mögliche Schnittebene für eine NMR-Bildaufnahme darstellt. Die gewünschte Schnittebene (Linie 11) verläuft hier beispielhaft durch das Segment 9c der Matte 7. Nur dieses Segment 9c wird daher im vorliegenden Fall für Bewegungsmessungen herangezogen und z.B. mittels eines (nicht gezeigten) Schalters ausgewählt.
In einer gewissen Entfernung zur Matte 7 und mit dieser über eine Signalleitung 12 verbunden, befindet sich ein Ladungsverstärker 13. Der Ladungsverstärker 13 wird über eine rauscharme Spannungsquelle 15 versorgt. Diese ist in der Kabine 1 untergebracht und kann z.B. von einer Batterie gebildet sein. Vom Ladungsverstärker 13 führt eine Leitung 14 über ein Durchführungsfilter 17, das in der Wand der Kabine angeordnet ist, in den Außenraum der Kabine 1.
Außerhalb der NMR-Kabine 1 wird das von der Matte 7 gewonnene Signal weiterverarbeitet. Figur 1 zeigt dazu drei Möglichkeiten: - eine Signalverarbeitung Atmung" 19 mit einem Bandpaßfilter 19a, einem nachgeschalteten Verstärker 19b und einer diesem nachgeschalteten Triggerlogik 19c, die ein Triggersignal 19d wiedergibt. Zwischen dem Verstärker 19b und der Triggerlogik 19c wird ein Signal 19e abgegriffen, welches als Atemsignal z. B.
zur Patientenüberwachung verwendet werden kann.
- eine Signalverarbeitung Herz" 21 mit einem Filter 21a, einem nachgeschalteten Verstärker 21b und einer diesem nachgeschaltenen Triggerlogik 21c, die ein Triggersignal 21d abgibt, und - eine Signalverarbeitung Motorik" 23 mit einer Schaltung 23a zur Motorikerkennung, die ein Motoriksignal 23d abgibt.
Der auf der Liegevorrichtung 3 ruhende Patient 5 erfährt interne Masseverschiebungen, die aufgrund seiner Organbewegung zustandekommen. So z. B. verursachen der Herzschlag, die Atmungsbewegung oder das Pulsieren des Blutes jeweils solche Masseverschiebungen. Diese werden von dem Segment 9c der kraftempfindlichen Matte 7 erfaßt. Es kann auch zweckmäßig sein, mehr als ein Mattensegment 9 zur Signalauswertung heranzuziehen. So könnte z.B. das Segment 9b, das unterhalb des Herzens angeordnet ist und dessen Masseverschiebung am deutlichsten wahrnimmt, dazu verwendet werden, die NMR-Bildaufnahme mit der Herztätigkeit zu triggern. Gleichzeitig könnte das Segment 9c, das bezüglich der Signalerfassung der Lungenfunktion günstiger gelegen ist, dazu verwendet werden, die NMR-Bildaufnahme mit der Atmungsbewegung zu synchronisieren.
Bei anderen Schnittebenen als derjenigen entlang der Linie 11, z. B. bei Längsschnitten durch den Patienten 5, können gewisse NMR-Bilder nur aufgrund des Ausgangssignales 9b und andere NMR-Bilder wiederum nur aufgrund des Ausgangssignales des Mattensegmentes 9c oder 9d getriggert werden. Durch die Aufteilung der Matte 7 in mehrere Segmente 9a, 9b, 9c und 9d entsteht also eine Vielzahl an Möglichkeiten, eine Bildaufnahme mit den Organbewegungen des Patienten 5 entsprechend der gewählten Schnittebene zu triggern.
Das von einem oder mehreren der Segmenten 9a, 9b, 9c, 9d ausgehende elektrische Signal wird im nahegelegenen Ladungsverstärker 13 verstärkt. In der späteren Beschreibung der Figur 4 werden dazu noch nähere Details angegeben. Über das Durchführungsfilter 17 gelangt das verstärkte Signal in den Außenraum der NMR-Kabine 1. Das Durchführungsfilter 17 ist vorgesehen, um störende Signaleinflüsse, die von außen über die Signalleitung in das Innere der NMR-Kabine 1 eindringen könnten, auszufiltern. Die Triggersignale "Atmung" 19d und Herz 21d stehen zur Steuerung oder Triggerung der Bildaufnahme zur Verfügung. Das Steuersignal "Motorik" 23d kann z. B.
dazu verwendet werden, gewonnene Bilddaten zu sperren und nicht für die Zusammensetzung des Gesamtbildes zu verwenden. Dieses ist dann angebracht, wenn der Patient 5 bei der Aufnahme eines NMR-Bildes eine Bewegung durchgeführt hat, wie z. B. Muskelzucken oder z. B. Schütteln infolge infolge eines Hustenanfalls, und daher kein brauchbares Meßsignal zustandekommen konnte. Aufgrund des komplizierten NMR-Auswerteverfahrens der gewonnenen Bilddaten könnten schon wenige wegen solcher Bewegungen fehlgemessene Bilddaten zur Unbrauchbarkeit der gesamten NMR-Bildaufnahme führen. Bei mehreren Minuten Meßzeit, die bei atmungsgesteuerten Aufnahmen immer nötig sind, wäre dies ein beträchtlich zeitlicher und wirtschaftlicher Verlust.
Es ist vorteilhaft, die so ausgeschlossenen Meßwerte zu wiederholen, um keine Lücken von Aufnahmepunkten bei der Bildauswertung zu erhalten. Die Wiederholung kann entweder gesondert am Ende des Aufnahmevorganges für alle solche Lücken stattfinden, oder aber jeweils direkt nach Erkennen eines vorliegenden unbrauchbaren Meßsignales.
Die Figur 2 zeigt eine detaillierte Ansicht der kraftempfindlichen Matte 7. Die Matte 7 braucht nicht unbedingt, wie in Figur 1 gezeigt, auf der Liegevorrichtung aufgelegt sein; alternativ dazu kann sie auch - wie bereits erwähnt - in selbige integriert sein. Die Matte 7 besteht vorzugsweise aus fünf Schichten 25a, 25b, 25c, 25d und 25e, die übereinander gelagert sind. Die beiden äußeren Schichten 25a und 25e dienen als Aufliegeflächen und besitzen eine integrierte elektrische Abschirmung.
Die Schichten 25a und 25e können z. B. ein Elastomer sein. Die benachbarten Schichten 25b bzw. 25d sind nicht durchgehend aus einem homogenen Material hergestellt.
Sie bestehen aus leitfähigen, parallelverlaufenden Elastomerstreifen 27, die von Luftkammern 29 getrennt sind.
Die Elastomerstreifen 27 führen alle über eine Ader der Leitung 12 zum Ladungsverstärker 13. Die Streifenrichtung in der Schicht 25b verläuft um 90' gedreht zu derjenigen in der Schicht 25d. Die mittlere Schicht 25c ist die eigentliche piezoelektrische Folie, die als Kraft-Ladungswandler fungiert. Die Schichten 25b, 25d dienen der Ladungsabführung.
Anstelle der hier beschriebenen piezoelektrisch arbeitenden Matte 7 ist ebenso eine an sich bekannte Ausführung einsetzbar, die den Auflagedruck über Luftpolster erfaßt, in die elektrische Strömungssensoren eingesetzt sind.
Die Figur 3 zeigt nochmals die konstruktive Auslegung der verwendeten Matte 7 gemäß Figur 1 in perspektivischer Ansicht. Die Matte 7 ist aus vier unabhängig von- einander arbeitenden Segmenten 9a, 9b, 9c und 9d zusammengesetzt. Jedes Segment 9a, 9b, 9c, 9d ist entsprechend Figur 2 aufgebaut. Es ist erforderlich, jedem einzelnen Segment 9a, 9b, 9c, 9d einen eigenen Ladungsverstärker 13 zuzuordnen.
Anstelle der streifenartigen Ausführung der Segmente 9a, 9b, 9c, 9d ist auch eine rechteck- oder quadratische Ausführung möglich, die in Art einer Matrix angeordnet ist.
Figur 4 zeigt eine elektrische Schaltungsanordnung, die zwischen dem Ausgang der Matte 7 und dem Durchführungs filter 17 geschaltet sein kann. Dem Ladungsverstärker 13 zugeordnet ist hier ein Feldeffekttransistor 31 und zwar in dessen Rückführungskreis. Zwischen der Anordnung aus der Matte 7 und dem Ladungsverstärker 13 mit Feldeffekttransistor 31 befindet sich ein weiteres Filter 33. Das Filter 33 hat die Aufgabe, die Übertragung des Eigenrauschens des Verstärkers 13 und des Feldeffektransistors 31 zur Matte 7 hin zu verhindern. Es wird damit vermieden, daß die Matte 7 als Sendeantenne dient und somit Rauschsignale in das NMR-Meßfeld einstrahlt, die die NMR-Bildqualität verschlechtern.
Sämtliche elektrische Leitungen zu und von der Matte 7 und ihren Segmenten 9a, 9b, 9c, 9d sollten parallel verlaufen zu anderen vorhandenen Zuleitungen. Ist z.B.
gleichzeitig ein EKG-Gerät am Patienten 5 angeschlossen, sind dessen Anschlußleitungen nach Möglichkeit parallel zu führen zu denen der Matte 7.
13 Patentansprüche 4 Figuren - Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Steuerung der Bildaufnahme eines mit einem Magneten, einer HF-Spule, einer Gradientenspule und einer Steuereinrichtung für die Bildaufnahme ausgerüsteten NMR-Gerätes durch die Organbewegung eines Patienten, für den im NMR-Gerät eine Liegevorrichtung vorgesehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Liegevorrichtung (3) eine an sich bekannte Matte (7) umfaßt, welche zur Registrierung von mit Masseverschiebungen verbundenen Kräften geeignet ist, daß das von der Matte (7) abgegriffene, von der Masseverschiebung abhängige Ausgangssignal (23d, 21d, 19d) über eine Signalleitung zur Steuereinrichtung für die Bildaufnahme geführt ist, und daß die Steuereinrichtung eine Auslöseeinrichtung umfaßt, die jeweils zu äquivalenten Zeitpunkten der Organbewegung ein Auslösesignal für die Bildaufnahme abgibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Matte (7) eine piezoelektrische Schicht (25c) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß für das an der Matte (7) abgegriffene Ausgangssignal (19d, 21d, 23d) ein Ladungsverstärker (13) nahe an der Matte vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ladungsverstärker (13) eisenarm ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Ladungsverstärker (13) einen Feldeffekttransistor (31) enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Matte (7) und dem Ladungsverstärker (13) ein Durchführungsfilter (33) vorgesehen ist, welches zur Vermeidung der Ubertragung des Eigenrauschens vom Ladungsverstärker (13) zur Matte (7) hin geeignet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Signalleitung von der Matte parallel geführt ist zu anderen vorhandenen Leitungen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Matte (7) druckempfindliche Luftkammern enthält.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Matte (7) in mehrere unabhängig voneinander arbeitende Segmente (9a, 9b, 9c, 9d) aufgeteilt ist, von denen jedes ein von der Masseverschiebung abhängiges Ausgangssignal (19d, 21d, 23d) abgibt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Segmente (9a, 9b, 9c, 9d) streifenartig parallel zueinander verlaufen und so angeordnet sind, daß den einzelnen Segmenten (9a, 9b, 9c, 9d) unterschiedliche Schnittebenen (11) bei der Bildaufzeichnung des NMR-Gerätes zugeordnet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , daß die Segmente (9a, 9b, 9c, 9d) rechteckförmig ausgebildet und matrixartig angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Matte (7) auf der Liegevorrichtung (3) aufliegt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das NMR-Gerät eine NMR-Kabine (1) umfaßt, in der die Liegevorrichtung (3) untergebracht ist, da du r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß ein zweites Durchführungsfilter (17) in der Wand der NMR-Kabine angeordnet ist.