DE102015012201A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Visualisierung interventioneller Instrumente in der Magnetresonanzbildgebung (MRT) über diskrete Phasenkodierartefakte erzeugt mittels sequenz-getriggerter Bestromung - Google Patents

Abstract

Die Visualisierung von Instrumenten bei MRT-geführten Intervention wird üblicherweise über den Paramagnetismus des Instrumentenmaterials realisiert. Hierbei wird die Ortskodierung verfälscht; die Größe der Artefakte ist nicht sequenzunabhängig steuerbar. Im Speziellen sind bei der sogenannten Spinecho-Bildgebungsmethode suszeptibilitätsbedingte Artefakte zu gering für eine sichere Lokalisierung der Instrumente. Das angegeben Verfahren zusammen mit entsprechenden Vorrichtungen an den Instrumenten behebt diese Probleme. Instrumente aus Material mit gewebeäquivalenter magnetischer Suszeptibilität werden mit geeigneten Strompfaden versehen. Der Strom wird, getriggert durch die verwendete Bildgebungssequenz, nur für ausgewählte Phasenkodierzeilen (z. B. bei jeder zweiten) appliziert, vorzugsweise zu Zeiten, in denen keine Störung der Ortskodierung erfolgt. Dadurch, dass die Störung nicht in jeder Zeile erfolgt, tritt die Störung außerhalb des Bildes nochmals in Erscheinung. Dies ermöglicht die Separation der Artefakte aufgrund permanenter Feldstörungen vom Artefakt um das Instrument aufgrund der transienten Störung. Die Stärke des mit dem Strom verbundenen Magnetfeldes und damit die Artefaktgröße kann geregelt werden. Die Technik kann bei Sequenzen vom Gradienten- wie auch vom Spinecho-Typ eingesetzt werden. Anwendungsgebiet sind alle Techniken in der interventionellen MRT, die von regelbaren bzw. abschaltbaren Sollartefakten und unverzerrter Wiedergabe des Instruments ohne zusätzliche Messzeit profitieren. Beispiele sind Medikamentengaben bzw. Biopsien mittels Nadeln oder die Radiofrequenzablation.

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Visualisierung interventioneller Instrumente in der Magnetresonanzbildgebung über sequenz-getriggerte Bestromung mit Erzeugung spezieller Phasenkodierartefakte.
• Die Visualisierung von Instrumenten bei MRT-geführten Intervention wird üblicherweise über den Paramagnetismus des Instrumentenmaterials realisiert. Das magnetische Grundfeld des Tomographen wird in der Nähe des Instruments verzerrt, das Instrument lässt sich über Artefakte visualisieren (zum Beispiel „IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING", Bd. 19, Nr. 12, Dez. 2000, S. 1248–1252).
• In der Literatur sind neben der passiven Visualisierung auch aktive Techniken beschrieben, bei welchen über am Instrument angebrachte elektrische Leiter gezielt magnetische Störfelder in dessen Nähe erzeugt werden ( DE 696 34 035 T2 ). Diverse Möglichkeiten sind für die bestromungs-basierte MRT-Instrumentenlokalisierung bekannt ( US 5,951,472 A ), meist über Differenzbildberechnung, vgl. die Druckschrift DE 199 58 408 A1 , und damit verbundener doppelter Messzeit.
• Der in den Patentansprüchen präzisierten Erfindung liegt dasselbe Problem wie in Druckschrift DE 10 2012 023 124 A1 bereits ausgeführt zugrunde. Bei Instrumentenvisualisierung über die magnetischen Eigenschaften des Materials (magnetische Suszeptibilität) ist die Grundfeldstörung kontinuierlich und in immer derselben Ausprägung vorhanden, d. h. die Größe der Artefakte kann nicht sequenzunabhängig gesteuert werden und die Störung ist auch zu Zeiten in der Sequenz vorhanden ist, zu denen die Ortskodierung erfolgt. Die Artefaktgröße hängt bei allen Bildgebungstechniken von der Grundfeldstärke ab.
• Druckschrift DE 10 2012 023 124 A1 löst das oben erwähnte Problem der Messzeitverlängerung durch Darstellung des Instruments im Phasenbild mit Überlagerung in das Magnituden- bzw. anatomische Bild. Die hier beschrieben Technik verzichtet auf die Phasenbildauswertung und erzeugt im Magnitudenbild einen diskreten Phasenkodierartefakt vom Instrumentenbereich, vorzugsweise im signalfreien Hintergrund. Die Messzeitverdoppelung entfällt hier ebenfalls. Der Vorteil gegenüber der in Druckschrift DE 10 2012 023 124 A1 beschriebenen Technik ist, dass die Anwendung auch in Gradientenechotechniken zuverlässig möglich ist.
• Die Lösung erfolgt durch das Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 sowie durch die Vorrichtungen gemäß der Druckschrift DE 10 2012 023 124 A1 , je nach Anwendungsfall kombiniert mit der in 4 dargestellten elektrischen Schaltung.
• Die Verzerrung des Grundfeldes bei magnetisch neutralem Instrumentenmaterial über elektrischen Strom ermöglicht die Steuerung der Artefaktgröße über die Stromstärke. Messungen bei verschiedenen Stromstärken verbessern die Bestimmung der realen Instrumentenposition im Artefakt; eine Bestromung nur in ausgewählten Phasenkodierzeilen, z. B. jede Zweite -vorzugsweise zu Zeiten in welchen keine Spinanregung und kein Auslesen des Signals erfolgt, um eine fehlerhafte Ortskodierung in der Nähe des Instruments zu vermeiden- erlaubt die Generierung definierter Artefakte vom Instrumentenbereich in Phasenkodierrichtung. Lage und Anzahl ist darüber bestimmt, welche Phasenkodierzeilen für die Bestromung ausgewählt wurden. Die Artefaktgröße ist unabhängig von der Grundfeldstärke des Tomographen.
• Das Prinzip arbeitet für alle Sequenzen mit kartesischer Datenaufnahme. Insbesondere sind moderne Techniken, die die Darstellung eines Teilbereichs im Körperinneren ermöglichen, für die Anwendung der Technik geeignet, da hier sehr einfach ein signalfreier Bereich für den Phasenkodierartefakt erzeugt werden kann.
• Ein Ausführungsbeispiel für die zeilenweise selektive Bestromung gemäß Patentanspruch 1 ist in 1 gezeigt. Der Strom ist nur außerhalb der Zeiten des Anregens und Auslesens geschaltet und zwar hier nur in jeder zweiten Phasenkodierzeile. Das anatomische Bild zeigt neben dem Instrumenten-Artefakt an der originalen Stelle auch einen um N/2 in Phasenkodierrichtung (N: Zeilenzahl) verschobenen Artefakt, der den Instrumentenartefakt eindeutig macht. Artefakte aufgrund permanenter Feldstörungen werden von keinem solchen Phasenkodierartefakt begleitet.
• 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein einfaches interventionelles Instrument, das einer Nadel wie sie z. B. für die Biopsienahme oder die lokale Gabe von Medikamenten verwendet wird. Die Nadel hat einen exzentrisch positionierten Innenleiter. Der Strom fließt z. B. auf diesem Innenleiter zur Spitze. Durch eine elektrische Verbindung an dieser Stelle kann der Strom über das äußere Rohr zurückfließen. Durch diese asymmetrische Anordnung des Hin- und Rückleiters ergibt sich an der Oberfläche das gewünschte Störmagnetfeld zur Visualisierung der Nadel bei ihrem Einsatz am Magnetresonanztomographen. Ein geeignetes Material mit gewebeähnlicher magnetischer Suszeptibilität, welches auch geeignete mechanische Eigenschaften besitzt, ist beispielsweise Messing.
• 3 zeigt als Ausführungsbeispiel die notwendige Anordnung für die sogenannte Radiofrequenzablation (RFA) von Tumoren. Hier ist denkbar die bereits für die Applikation der Radiofrequenz vorhanden Anschlüsse an der Ablationsnadel zu nutzen, um mit der beschriebenen Technik die Nadel zu positionieren bzw. die Nadelposition nach Ablationsabschnitten zu kontrollieren. Bei der RFA ist die beschriebene Bestromungstechnik von besonderem Vorteil. Ohne Strom kann die Anatomie trotz Gegenwart des Applikators ungestört abgebildet werden, bei MR-technischen Temperaturmessungen mittels der Protonenresonanzfrequenz(PRF)-Methode treten keine Störungen auf. Ein Zusatzmodul, das beispielsweise im RF-Generator mit eingebaut werden kann, ermöglicht die Regelung des Visualisierungsstromes und leistet die Verarbeitung der vom MR-Tomographen gelieferten Triggersignale wie sie in die Bildgebungssequenz mit einprogrammiert sind. Moderne Tomographen bieten solche sequenzgesteuerten Triggerausgänge bereits für andere Zwecke.
• 4 zeigt ein Schaltbild, das die Bestromungssteuerung über einen Lichtleiter ermöglicht und die induktive aufladung eines Kondensators oder einer Batterie während der Applikation des RF-Feldes für die Spinanregung nutzt. Auf diese Weise werden gefährliche RF-Einkopplungen in lange galvanische Zuleitungen und damit potenziell verbundene Gewebeerhitzungen vermieden.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 69634035 T2 [0003]
• US 5951472 A [0003]
• DE 19958408 A1 [0003]
• DE 102012023124 A1 [0004, 0005, 0005, 0006]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• „IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING”, Bd. 19, Nr. 12, Dez. 2000, S. 1248–1252 [0002]

Claims (2)

1. Verfahren zur Visualisierung eines oder mehrerer interventioneller Instrumente in der Magnetresonanzbildgebung über bildgebungssequenz-getriggerte zeitweise Instrumenten-Bestromung durch Visualisierungsstrom zur Erzeugung eines gewünschten Störmagnetfeldes zur Störung des magnetischen Grundfeldes des Magnetresonanztomographen, der auf vordefinierten Leiterstrukturen mittels Regelung eines anpassbaren Gleichstroms oder Gleichstromanteils des oder der mehreren Instrumente fließt mit Auswertung der Magnitudenbilder, dadurch gekennzeichnet, dass der Visualisierungsstrom für ein oder mehrere dieser Instrumente unabhängig von der gewählten Bildgebungstechnik der Magnetresonanz nur für spezielle k-Raumzeilen geschaltet wird (z. B. jede zweite), so dass ein diskreter Artefakt in Phasenkodierrichtung zum beeinflussten Bereich um das Instrument entsteht. Die Rückrechnung dieses Artefakts in den Bereich des anatomischen Bildes ermöglicht eine präzise Instrumentenlokalisation ohne zusätzliche Messzeit.
2. Vorrichtung zur Erzeugung der für das Verfahren in Anspruch 1 erforderlichen Strompulse aus den Radiofrequenzpulsen des Magnetresonanztomographen (vgl. Prinzipschaltbild in 4).

Images