DE102006054599B3 - Verfahren zur selektiven Anregung von Kernspins und Magnet-Resonanz-Gerät - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernspins eines Untersuchungsbereiches (59) in einem Untersuchungsobjekt anhand von zumindest einem Hochfrequenz-Anregungspuls und anhand von schichtselektiver Magnetfeldgradienten, wobei die schichtselektiven Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit einer relativen Lage des Untersuchungsbereiches (59) zu zumindest einer den Untersuchungsbereich (59) umgebenden Struktur (57) gewählt werden. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Magnet-Resonanz-Gerät hierzu.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernspins eines Untersuchungsbereiches in einem Untersuchungsobjekt, wie es insbesondere bei der Magnet-Resonanz-Spektroskopie eingesetzt wird, sowie ein Magnet-Resonanz-Gerät zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
  • Mit Hilfe der Magnet-Resonanz-Spektroskopie (im Folgenden als MRS bezeichnet, MR für Magnet-Resonanz) lassen sich bestimmte chemische Verbindungen räumlich-selektiv, nicht-invasiv und nicht-destruktiv nachweisen. In gesundem Gewebe liegen die mittels MRS nachweisbaren Stoffwechselprodukte (Metabolite) in im Allgemeinen bekannten, gewebetypischen Gleichgewichtskonzentrationen vor. Stress, Funktionsstörungen oder Krankheiten können zu Verschiebungen der Metaboliten-Konzentrationen führen. Solche Konzentrationsänderungen können mit der MRS nachgewiesen werden, weswegen die MRS eine wichtige Methode zur in-vitro- und in-vivo-Untersuchung des Zellstoffwechsels von Geweben und Organen ist.
  • Die MRS beruht dabei auf den gleichen Grundprinzipien wie die Magnet-Resonanz-Bildgebung (auch als MRI, engl.: „magnetic resonance imaging" bezeichnet). Stark vereinfacht beschrieben werden hierbei durch Einsatz verschiedener Magnetfelder unterschiedlicher Stärke und räumlicher und zeitlicher Charakteristik Kernspinresonanzen in einem zu untersuchenden Objekt hervorgerufen, die ihrerseits wiederum gemessen werden. Aus den aufgezeichneten Messdaten lassen sich bei der MRI Rückschlüsse über die räumliche Verteilung der angeregten Kernspins erhalten, woraus Bilder des zu untersuchenden Objektes angefertigt werden können. In der MRS lassen sich aus der spektralen Verteilung des gemessenen Signals auch Informationen über die Konzentration bestimmter Metabolite in einem zu untersuchenden Bereich gewinnen.
  • Zur Anregung der Kernspinresonanzen werden die anzuregenden Kernspins zunächst in einem vergleichsweise starken äußeren, statischen Magnetfeld B0 (Feldstärken von üblicherweise 0,2 Tesla bis zu 7 Tesla und mehr) positioniert, sodass sich die Kernspins in dem äußeren Magnetfeld, das auch als Hauptmagnetfeld bezeichnet wird, ausrichten. Die Auslenkung der ausgerichteten Kernspins aus der Ruhelage gelingt mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wellen. Die erforderliche Energie bzw. Frequenz ω0 der Wellen ist dabei für jeden Kern genau festgelegt; sie ist bestimmt zum einen durch eine Kerneigenschaft, das „gyromagnetische Verhältnis" γ, und zum anderen durch die Stärke des anliegenden Magnetfeldes B0: ω0 = γ B0. Wird diese Frequenz nur knapp verfehlt, ist keine Anregung möglich.
  • Diese Tatsache kann dazu ausgenutzt werden, um nur bestimmte, räumlich lokalisierte Kernspins innerhalb einer Probe zur Resonanz anzuregen. Eine räumlich lokalisierte Anregung von Kernspins – d.h. eine volumenselektive Anregung – wird beispielsweise in der MRS häufig benutzt, um einen definierten Untersuchungsbereich gezielt zu untersuchen, in dem Idealerweise lediglich Kernspins des Untersuchungsbereiches angeregt und deren ausgesendete Kernresonanzsignale gemessen und ausgewertet werden. Hierzu werden dem statischen Magnetfeld Magnetfeldgradienten überlagert, sodass die sich ergebende Magnetfeldstärke räumlich variiert. Durch geschickte Überlagerung von Magnetfeldgradienten während der Einstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen kann erreicht werden, dass lediglich Kernspins in einem vordefinierten Untersuchungsbereich zur Resonanz angeregt werden.
  • Die Abhängigkeit der Resonanzfrequenz der Kernspins von dem anliegenden Magnetfeld bedingt aber auch, dass Kernspins auch eine unterschiedliche Resonanzfrequenz besitzen, wenn sie sich in unterschiedlichen chemischen Verbindungen und/oder unterschiedlicher chemischer Umgebung befinden, da in Abhängigkeit der chemische Verbindungen eine unterschiedliche Ab schirmung des statischen Magnetfeldes am Ort des Kerns vorliegt. Diese hierdurch bedingte Verschiebung der Resonanzfrequenz von Kernspins wird auch als „chemische Verschiebung" bezeichnet. Beispielsweise weisen Protonen im Fett und im Wasser eine Differenz in der Resonanzfrequenz von etwa 3,7 ppm (parts per million) auf.
  • Derartige chemische Verschiebungen bilden die Grundlage für die MRS, da die von angeregten Kernspins ausgesendeten Signale aufgrund der chemischen Verschiebung unterschiedliche Frequenzen aufweisen, die sich im Frequenzspektrum des gemessenen Signals widerspiegeln.
  • Die chemische Verschiebung führt allerdings auch zu Problemen bei der gezielten Anregung eines zu untersuchenden Bereiches mit Hilfe von dem statischen Magnetfeld überlagerten Magnetfeldgradienten. Bedingt durch die chemische Verschiebung sind die angeregten Volumina für verschiedene Metabolite räumlich gegeneinander versetzt. Die räumliche Verschiebung dieser Volumina zueinander hängt dabei von der Richtung der angelegten Magnetfeldgradienten ab. Dies bedeutet, dass – bei Vorliegen unterschiedlicher Metabolite – auch Kernspins außerhalb eines gewünschten Untersuchungsbereiches mit angeregt werden können.
  • Besonders problematisch ist dies, wenn dabei Kernspins außerhalb des gewünschten Untersuchungsbereiches angeregt werden, die ein sehr intensives Signal liefern. Beispielsweise kann in der Protonenspektroskopie der Fall auftreten, dass ein zu untersuchender Bereich an Fettgewebe angrenzt. Wenn nun Magnetfeldgradienten so angelegt werden, dass vornehmlich Protonen im Untersuchungsbereich angeregt werden, können trotzdem Protonen des Fettgewebes mit angeregt werden, da die Protonen im Fettgewebe eine leicht unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen und daher der Anregungsbereich für Protonen mit einer fettgewebstypischen chemischen Verschiebung sich nicht mit dem Untersuchungsbereich, auf den die Anregungsfrequenzen der Hochfrequenzpulse abgestimmt worden sind, deckt. Das Sig nal dieser unerwünscht angeregten Protonen kann in den gemessenen Spektren des Untersuchungsbereiches dazu führen, dass eine Auswertung der Spektren nicht mehr möglich ist, da schwächere interessierende Signale überlagert und nicht mehr von den unerwünschten Signalen getrennt werden können. Dieser Effekt spielt insbesondere bei höheren Feldstärken eine zunehmende Rolle, da hier eine vergleichsweise große Verschiebung der Anregungsbereiche für Metabolite mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen auftritt, da die Frequenzdifferenzen zwischen den Metaboliten mit der Feldstärke zunehmen.
  • Eine Möglichkeit, dem Problem abzuhelfen, besteht bislang in einer Modifikation der Anregungsfrequenz derart, dass der Anregungsbereich für Kernspins, deren Resonanzfrequenz durch eine bestimmte chemischen Verschiebung – beispielsweise durch die chemischen Verschiebung von Fett – gekennzeichnet ist, mit dem Untersuchungsbereich übereinstimmt. Allerdings liegt dann die Anregungsfrequenz am Rande des Spektrums und das chemische Verschiebungsartefakt wird für die interessierenden Metabolite größer.
  • Die DE 10 2005 014 216 A1 offenbart ein Verfahren zur Schaltung eines regionalen Sättigungspulses in der Magnetresonanzspektroskopie oder Magnet-Resonanz-Bildgebung, bei dem unter anderem Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von einer Lage des Sättigungspulses relativ zu einem Untersuchungsbereich und in Abhängigkeit von der spektralen Lage des zu sättigenden Signals gewählt wird.
  • Die US 5,467,016 A offenbart ein NMR Spektroskopieverfahren, bei dem unter anderem ein Untersuchungsbereich ("region of interest") durch Sättigungsbereiche definiert wird. Die US 4,733,185 offenbart ein weiteres NMR Spektroskopieverfahren.
  • Die US 5,627,468 A offenbart ein Verfahren zur Magnet-Resonanz-Bildgebung, bei dem unter anderem ein Magnetisierungs-Transfer-Kontrast-Puls eingesetzt wird, umfassend eine erste Sequenz mit dem Anwenden des Magnetisierungs-Transfer-Kontrast-Pulses und eine zweite Sequenz zur Aufzeichnung von Magnet-Resonanz-Angiographie-Daten.
  • Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich zu ermöglichen, durch das ein anschließend aufgenommenes Messsignal in nur geringem Umfang durch Resonanzsignale von Kernseins, die außerhalb des Untersuchungsbereiches liegen, kontaminiert wird. Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Magnet-Resonanz-Gerät bereitzustellen, mit dem Kernseins in einem Untersuchungsbereich selektiv angeregt werden können, derart dass ein anschließend aufgenommenes Messsignal in nur geringem Umfang durch Signale von Kernseins, die außerhalb des Untersuchungsbereiches liegen, kontaminiert wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur selektiven Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich nach Anspruch 1 sowie durch ein Magnet-Resonanz-Gerät nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur selektiven Anregung von Kernseins eines Untersuchungsbereiches in einem Untersuchungsobjekt anhand von zumindest einem Hochfrequenz-Anregungspuls und anhand von schichtselektiven Magnetfeldgradienten, werden die schichtselektiven Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit einer relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu zumindest einer den Untersuchungsbereich umgebenden Struktur gewählt. Bei dem Verfahren werden nun die schichtselektiven Magnetfeldgradienten nicht mehr nur in Abhängigkeit der Lage des Untersuchungsbereiches – wie bisher üblich – alleine gewählt, sondern ebenfalls unter Berücksichtung der relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen. Diese Berücksichtigung ermöglicht es nun, eine unerwünschte Anregung von Kernseins in der umgebenden Struktur zu vermeiden, die ansonsten aufgrund einer chemischen Verschiebung der Resonanzfrequenzen von Kernseins der umgebenden Struktur möglich ist.
  • Die schichtselektiven Magnetfeldgradienten werden derart gewählt, dass ein Anregungsbereich von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten chemischen Verschiebung charakterisiert ist, weiter entfernt von der umgebenden Struktur liegt als der Untersuchungsbereich. Dadurch, dass der Anregungsbereich von Kernseins einer bestimmten chemischen Verschiebung nun weiter von der umgebenden Struktur entfernt ist als der Untersuchungsbereich selbst, kann auf sichere Weise eine Anregung von Kernseins in der umgebenden Struktur mit der bestimmten chemischen Verschiebung minimiert oder gar vermieden werden.
  • Vorteilhafterweise entspricht die bestimmte chemische Verschiebung der chemischen Verschiebung von Kernseins im Fettgewebe. Auf diese Weise kann ein bei MRS-Untersuchungen eines menschlichen Körpers häufig auftretender Fall, nämlich dass durch Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich unerwünschterweise auch Kernseins von Fettgewebe, das den Untersuchungsbereich umgibt, mit angeregt werden, auf einfache und sichere Weise vermieden werden.
  • Die Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten wird in Abhängigkeit der relativen Lage des Untersuchungsbereichs zu der zumindest einen umgebenden Struktur gewählt. Durch die Wahl der Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten kann auf besonders einfache Weise die relative Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen berücksichtigt werden, ohne dass die einzusetzenden Magnetfeldgradienten in aufwändiger Weise neu berechnet werden müssen.
  • In einer besonders einfachen auszubildenden Ausführungsvariante wird die Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten durch Wahl der Polarität des Magnetfeldgradienten zumindest einer Gradientenspule bestimmt. Auch diese Ausführungsvariante ermöglicht eine besonders einfache Berücksichtigung der relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen ohne aufwändige Neuberechnung der Magnetfeldgradienten.
  • Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird der Untersuchungsbereich anhand eines Übersichtsbildes festgelegt. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung einer MRS-Untersuchung an die vorliegenden anatomischen Verhältnisse.
  • In einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten automatisch. Diese Ausführungsvariante eignet sich vornehmlich bei MRS-Untersuchungen bei bekannten anatomischen Verhältnissen, bei denen die relative Lage eines Untersuchungsbereichs zu umgebenden Strukturen bekannt ist, sodass die Qualität von Ergebnissen bei derartigen Untersuchungen automatisch verbessert werden kann.
  • In einer anderen möglichen Ausführungsvariante erfolgt die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten durch Interaktion mit einem Anwender. Diese Ausführungsvariante eignet sich besonders bei variablen anatomischen Verhältnissen, bei denen eine automatische Wahl der Magnetfeldgradienten mitunter nicht zu gewünschten Ergebnissen führt. Durch die Interaktion kann ein Anwender prüfen, ob eine bestimmte Wahl der Magnetfeldgradienten die Lage von umgebenden Strukturen korrekt berücksichtigt und die Wahl der Magnetfeldgradienten gegebenenfalls abändern. Hierdurch erhöhen sich die Flexibilität und der Einsatzbereich des Verfahrens.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird ein Anwender bei der Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten dadurch unterstützt, dass in einem Übersichtsbild der Untersuchungsbereich dargestellt wird und zusätzlich der Anregungsbereich von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten chemischen Verschiebung charakterisiert ist. Hierdurch kann der Anwender anschaulich überprüfen, ob durch die Wahl der Magnetfeldgradienten die Lage umgebender Strukturen korrekt berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird ein Anwender bei der Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten auf effektive und einfache Weise unterstützt.
  • Das erfindungsgemäße Magnet-Resonanz-Gerät umfasst eine Rechnereinheit, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen:
  • 1 den schematischen Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes nach dem Stand der Technik,
  • 2 ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 3 ein anhand von drei zueinander orthogonalen Übersichtsbildern dargestelltes Phantom,
  • 4 den zeitlichen Verlauf angelegter Magnetfeldgradienten zur volumenselektiven Anregung,
  • 5 den zeitlichen Verlauf angelegter Magnetfeldgradienten mit teilweise ungekehrter Polarität,
  • 6 ein Frequenzspektrum des gemessenen Signals mit Kontamination durch Protonen einer fetthaltigen Substanz,
  • 7 ein weiteres Frequenzspektrum eines gemessenen Signals mit deutlich reduzierter Kontamination.
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Magnet-Resonanz-Gerätes 1. Die Komponenten des Magnet-Resonanz-Gerätes 1, mit denen die eigentliche Messung durchgeführt wird, befinden sich in einer hochfrequenztechnisch abgeschirmten Messkabine 3. Um einen Körper mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung zu untersuchen, werden verschiedene, in ihrer zeitlichen und räumlichen Charakteristik genauestens aufeinander abgestimmte Magnetfelder auf den Körper eingestrahlt.
  • Ein starker Magnet, üblicherweise ein Kryomagnet 5 mit einer tunnelförmigen Öffnung, erzeugt ein statisches starkes Hauptmagnetfeld 7, das üblicherweise 0,2 Tesla bis 7 Tesla und mehr beträgt, und das innerhalb eines Messvolumens weitgehend homogen ist. Ein zu untersuchender Körper – hier nicht dargestellt – wird auf einer Patientenliege 9 gelagert und in dem Hauptmagnetfeld 7, genauer im Messvolumen, positioniert.
  • Die Anregung der Kernseins des Körpers erfolgt über magnetische Hochfrequenz-Anregungspulse, die über eine hier als Kör perspule 13 dargestellte Hochfrequenzantenne eingestrahlt werden. Die Hochfrequenz-Anregungspulse werden von einer Pulserzeugungseinheit 15 erzeugt, die von einer Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 gesteuert wird. Nach einer Verstärkung durch einen Hochfrequenzverstärker 19 werden sie zur Hochfrequenzantenne geleitet. Das hier gezeigte Hochfrequenzsystem ist lediglich schematisch angedeutet. Üblicherweise werden mehrere Hochfrequenzantennen in einem Magnet-Resonanz-Gerät 1 eingesetzt und teilweise auch mehr als eine Pulserzeugungseinheit 15 und mehr als ein Hochfrequenzverstärker 19 verwendet.
  • Weiterhin verfügt das Magnet-Resonanz-Gerät 1 über Gradientenspulen 21, mit denen bei einer Messung Gradientenfelder zur selektiven Schicht- bzw. Volumenanregung und zur Ortskodierung des Messsignals eingestrahlt werden. Die Gradientenspulen 21 werden von einer Gradientenspulen-Steuerungseinheit 23 gesteuert, die ebenso wie die Pulserzeugungseinheit 15 mit der Pulssequenz-Steuerungseinheit 17 in Verbindung steht.
  • Die von den angeregten Kernseins ausgesendeten Signale werden von der Körperspule 13 und/oder von Lokalspulen 25 empfangen, durch zugeordnete Hochfrequenzvorverstärker 27 verstärkt und von einer Empfangseinheit 29 weiterverarbeitet und digitalisiert. Die Empfangsspulen können dabei auch mehrere Spulenelemente umfassen, mit denen Kernresonanzsignale zugleich aufgezeichnet werden.
  • Bei einer Spule, die sowohl im Sende- als auch im Empfangsmodus betrieben werden kann, wie z.B. die Körperspule 13, wird die korrekte Signalweiterleitung durch eine vorgeschaltete Sende-Empfangs-Weiche 39 geregelt.
  • Eine Bildverarbeitungseinheit 31 erzeugt aus den Messdaten ein Bild, das über eine Bedienkonsole 33 einem Anwender dargestellt oder in einer Speichereinheit 35 gespeichert wird. Eine zentrale Rechnereinheit 37 steuert die einzelnen Anlagekomponenten. Die Rechnereinheit 37 und die weiteren Komponen ten sind dabei so ausgebildet, dass mit ihnen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
  • Anhand von 2 erfolgt nun die Darstellung wesentlicher Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt 41 wird ein Untersuchungsbereich in einem zu untersuchenden Objekt ausgewählt. Dieser Untersuchungsbereich soll mit Hilfe der Magnet-Resonanz-Spektroskopie untersucht werden, indem Kernseins des Untersuchungsbereiches gezielt angeregt werden und deren ausgesendete Messsignale ausgewertet werden.
  • Die Auswahl des Untersuchungsbereiches kann beispielsweise anhand eines Übersichtsbildes durch Interaktion mit einem Anwender erfolgen, der den Untersuchungsbereich im Übersichtsbild markieren kann. Bei bekannten anatomischen Verhältnissen und standardisierten Untersuchungen kann die Auswahl des Untersuchungsbereiches aber auch automatisch erfolgen, gegebenenfalls in Verbindung mit bekannten Mustererkennungsalgorithmen bzw. Segmentierungsalgorithmen.
  • Anhand der räumlichen Lage des Untersuchungsbereiches im Untersuchungsobjekt können nun Hochfrequenz-Anregungspulse und Magnetfeldgradienten derart aufeinander abgestimmt werden, dass vornehmlich nur diejenigen Kernseins zur Resonanz angeregt werden, die sich im Untersuchungsbereich befinden.
  • Während bei herkömmlichen Verfahren die Magnetfeldgradienten allein aufgrund der räumlichen Lage des Untersuchungsbereiches passend gewählt wurden, wird nun im Gegensatz hierzu in einem zweiten Verfahrensschritt 43 bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die relative Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen bestimmt. In einem dritten Verfahrensschritt 45 werden die Magnetfeldgradienten auch in Abhängigkeit der relativen Lage des Untersuchungsbereiches zu umgebenden Strukturen gewählt. Auf diese Weise kann bei der Wahl der Magnetfeldgradienten berücksichtigt werden, dass Kernseins der umgebenden Strukturen auch dann nicht mit angeregt werden, wenn deren chemische Verschiebung dazu führt, dass deren Anregungsbereich nicht mit dem Untersuchungsbereich übereinstimmt. Dies wird im Folgenden anhand von 3 näher erläutert.
  • 3 zeigt drei zueinander orthogonale zweidimensionale Übersichtsbilder 51 eines Phantoms 53. Das Phantom 53 besteht aus einem kugelförmigen zentralen Bereich 55, der von einer fetthaltigen Substanz 57 umgeben ist. Der zentrale Bereich 55 enthält dabei Substanzen, unter anderem N-Acetyl-Aspartat, Kreatin, Cholin, Myo-Inositol, deren Verhältnis die in einem menschlichen Körper vorliegenden Bedingungen simulieren. Im zentralen Bereich 55 liegt ein quaderförmiger Untersuchungsbereich 59, der mittels der Magnet-Resonanz-Spektroskopie untersucht werden soll. Der Untersuchungsbereich 59 liegt dabei in unmittelbarer Näher einer den zentralen Bereich 55 umgebenden fetthaltigen Substanz 57. Wenn nun Magnetfeldgradienten derart gewählt werden, dass vornehmlich Kernseins in diesem Untersuchungsbereich 59 zur Resonanz angeregt werden, kann es dennoch geschehen, dass auch Kernseins der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 mit angeregt werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass Kernseins der fetthaltigen Substanz 57 aufgrund der chemischen Verschiebung eine geringfügig unterschiedliche Resonanzfrequenz aufweisen als Kernseins im zentralen Bereich 55. Dies führt dazu, dass der Anregungsbereich 61 für Kernseins mit der chemischen Verschiebung von Fett im Vergleich zu dem Untersuchungsbereich 59 räumlich verschoben liegt. Diese räumliche Verschiebung hängt dabei u.a. von der Stärke und von der Polarität der Magnetfeldgradienten, die zur Anregung des Untersuchungsbereiches 59 eingesetzt werden, ab.
  • Durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die relative Lage der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 zu dem Untersuchungsbereich 59 berücksichtigt, so dass zur Anregung der Kernseins eingesetzte Magnetfeldgradienten derart gewählt werden, dass der dann entstehende verschobene Anregungsbereich 65 für Kernseins mit einer chemischen Ver schiebung von Fett weiter entfernt von der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 liegt als der Untersuchungsbereich 59 selbst. Auf diese Weise wird eine Anregung von Kernseins in der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 weitgehend vermieden, sodass das gemessene Signal eine deutlich geringere Kontamination durch Kernresonanzen aus der umgebenden fetthaltigen Substanz 57 aufweist.
  • Bei bekannten anatomischen Verhältnissen ist die relative Lage von einen Untersuchungsbereich 59 umgebenden Strukturen zu dem Untersuchungsbereich 59 ebenso bekannt. In diesem Fall können die Magnetfeldgradienten auch automatisch so bestimmt werden, dass bei Anregung von Kernseins im Untersuchungsbereich 59 Kernseins der umgebenden Struktur in lediglich geringer Weise mit angeregt werden. Beispielsweise eignen sich Untersuchungen und Messungen am Gehirn für eine derartige Ausführungsvariante des Verfahrens, da hier üblicherweise eine lediglich geringe interindividuelle Schwankungsbreite in den anatomischen Verhältnissen vorliegt.
  • In diesem Fall kann die Wahl der Magnetfeldgradienten z.B. an einem Modellpatienten festgelegt und in einem Datenspeicher hinterlegt werden. Bei Durchführung einer analogen Untersuchung an einem Patienten wird die Wahl der Magnetfeldgradienten abgerufen und gegebenenfalls an die speziellen Gegebenheiten angepasst. Zur Verbesserung der automatischen Ausführungsvariante des Verfahrens können ggf. Segmentierungsalgorithmen, Mustererkennungsalgorithmen und Registrierungsverfahren eingesetzt werden, um verbleibende interindividuelle Unterschiede zu berücksichtigen. Im einfachsten Fall werden die Gradienten so gewählt, dass das angeregte Volumen für Resonanzfrequenzen im Bereich des Fettes immer in Richtung Magnetmitte relativ zum Messvolumen liegt.
  • Vornehmlich bei nicht vorhersehbaren anatomischen Verhältnissen, wie sie beispielsweise bei Tumorerkrankungen auftreten, kann eine andere Ausführungsvariante des Verfahrens zum Einsatz kommen. In diesem Fall werden die anatomischen Verhält nisse einem Anwender anhand von Übersichtsbildern 51, wie sie beispielsweise anhand von 3 zu sehen sind, dargestellt. Ein Anwender kann nun den Untersuchungsbereich 59 markieren. Zusätzlich zu dem Untersuchungsbereich 59 wird einem Anwender der Anregungsbereich 61 von Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verbindung dargestellt, der sich bei einer bestimmten Konstellation von Magnetfeldgradienten ergeben würde. Der Anwender kann nun kontrollieren, ob sich der Anregungsbereich 61 von Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verschiebung mit den einen Untersuchungsbereich umgebenden Strukturen überschneidet, wie dies in 3 der Fall ist. In so einem Fall kann der Anwender interaktiv eingreifen und die Magnetfeldgradienten abändern, so dass der dadurch entstehende verschobene Anregungsbereich 65 weiter entfernt von den umgebenden Strukturen liegt als der Untersuchungsbereich 59. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Anwender die Polarität der Magnetfeldgradienten ändert. Durch Änderung der Polarität der Magnetfeldgradienten verschiebt sich ebenso die relative Lage des Anregungsbereiches zu dem Untersuchungsbereich 59.
  • Die Lage des in 3 gezeigten Anregungsbereichs 61 bzw. des verschobenen Anregungsbereichs 65 im Vergleich zum Untersuchungsbereich 59 ist dabei stärker verschoben dargestellt als es der Wirklichkeit entspricht. Hierdurch lässt sich allerdings das dem erfindungsgemäße Verfahren zu Grunde liegende Prinzip deutlicher erkennen und erläutern.
  • 4 und 5 zeigen den zeitlichen Verlauf von Hochfrequenz-Pulsen RF (für „radio frequency") und Magnetfeldgradienten, die zur selektiven Anregung von Kernseins in einem Untersuchungsbereich 59 eingesetzt werden. In dem hier dargestellten Beispiel wird eine PRESS-Sequenz (PRESS für engl: „Point Resolved Spectroscopy") gezeigt, bei der zu dem 90°-Anregungspuls bzw. den 180°-Rephasierungspulsen jeweils Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz in x-, y- bzw. z-Richtung geschaltet werden, um Kernseins im Untersuchungsbereich 59 anzuregen. Die Magnetfeldgradienten in 4 bzw. 5 unterscheiden sich insofern, als dass die Magnetfeldgradienten Gx und Gy in x-Richtung bzw. y-Richtung invertiert sind, d.h., dass sie eine unterschiedlichere Polarität aufweisen. Den Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz aus 4 und 5 entspricht zwar derselbe Untersuchungsbereich 59, die Anregungsbereiche von Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verschiebung, beispielsweise der von Fett, weisen jedoch relativ zu dem Untersuchungsbereich 59 eine unterschiedliche Lage auf. Durch geschickte Wahl der Polarität der Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz kann so erreicht werden, dass der auf diese Weise festgelegte Anregungsbereich für Kernseins mit einer bestimmten chemischen Verschiebung von den den Untersuchungsbereich 59 umgebenden Strukturen gerade abgewandt ist, so dass die Anregung von Kernspiels in den den Untersuchungsbereich 59 umgebenden Strukturen minimiert ist.
  • 6 und 7 zeigen jeweils das Frequenzspektrum der gemessenen Signale, wobei die Frequenzspektren aus 6 und 7 aus Messsignalen eines Untersuchungsbereiches 59 erhalten wurden, der mit Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz gemäß 4 bzw. 5 angeregt worden ist. Deutlich zu erkennen ist in 6 ein spektraler Bereich 63 mit einer besonders hohen Signalintensität. Dieses Signal stammt von Kernseins der fetthaltigen Substanz 57, das den Untersuchungsbereich 59 umgibt und das aufgrund der chemischen Verschiebung von Fett zusammen mit dem Untersuchungsbereich 59 mit angeregt wurde. Diese unerwünschte Anregung wurde durch Änderung der Polarität der Magnetfeldgradienten Gx, Gy, und Gz in 5 vermieden, so dass in dem Frequenzspektrum aus 7 die störende hohe Signalintensität in dem spektralen Bereich 63 deutlich reduziert ist. Das so erhaltende Spektrum kann nun wesentliche gezielter und in verbesserter Weise ausgewertet werden.

Claims (7)

  1. Verfahren zur selektiven Anregung von Kernseins eines Untersuchungsbereiches (59) in einem Untersuchungsobjekt anhand von zumindest einem Hochfrequenz-Anregungspuls und anhand schichtselektiver Magnetfeldgradienten, wobei die Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten in Abhängigkeit von einer relativen Lage des Untersuchungsbereiches (59) zu zumindest einer den Untersuchungsbereich (59) umgebenden Struktur (57) gewählt wird, derart, dass ein Anregungsbereich (65) von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten chemischen Verschiebung charakterisiert ist, weiter entfernt von der umgebenden Struktur (57) liegt als der Untersuchungsbereich (59).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte chemische Verschiebung der chemischen Verschiebung von Kernseins des Fettgewebes entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierung der schichtselektiven Magnetfeldgradienten durch Wahl der Polarität des Magnetfeldgradienten zumindest einer Gradientenspule (21) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Untersuchungsbereich (59) anhand eines Übersichtsbildes (51) festgelegt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten automatisch erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl der schichtselektiven Magnetfeldgradienten in Interaktion mit einem Anwender erfolgt, indem in einem Übersichtsbild (51) der Untersuchungsbereich (59) und der Anregungsbereich (61) von Kernseins, deren Resonanzfrequenz von einer bestimmten chemischen Verschiebung charakterisiert ist, mit dargestellt wird.
  7. Magnet-Resonanz-Gerät mit einer Rechnereinheit (37), die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
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