DE102017205710A1

DE102017205710A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät

Info

Publication number: DE102017205710A1
Application number: DE102017205710.6A
Authority: DE
Inventors: Bernd Assmann; Ronny Pflichtbeil; Jürgen Rössler; Volker Schnetter; Johann Sukkau
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät mit einer Bestimmungseinheit und einer Sensoreinheit vorgeschlagen. Das Magnetresonanzgerät umfasst einen Magneten zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes. Die Sensoreinheit ist der physiologischen Bewegung ausgesetzt und ist dazu ausgebildet, abhängig von der physiologischen Bewegung eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen. Die Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes die physiologische Bewegung zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Magnetresonanzgerät zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät.
In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe eines Magneten einem relativ hohen statischen Magnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse (HF-Pulse), beispielsweise Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese HF-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des statischen Magnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden HF-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels einer Empfangseinheit umfassend Spuleneinheiten, welche als HF-Antennen ausgebildet sind, empfangen und dann weiterverarbeitet werden. So werden Rohdaten aufgenommen, welche schließlich zu den gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden können.
Während der Aufnahme der Rohdaten beeinflusst eine Bewegung des Untersuchungsobjektes die Rohdaten und die daraus zu rekonstruierenden Bilddaten typischerweise negativ. Physiologische Bewegungen, beispielsweise aufgrund von Atmung und/oder eines schlagenden Herzens sind nicht und/oder nur schwer vermeidbar. Beeinflusst eine physiologische Bewegung den Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjektes, so ist eine Anpassung und/oder Synchronisation der Aufnahme der Rohdaten mit der physiologischen Bewegung vorteilhaft. Hierzu werden für die Aufnahme der Rohdaten Triggersignale aus der Köperbewegung abgeleitet, die einen Triggerzeitpunkt für die Aufnahme der Rohdaten angeben bzw. es werden auch Rohdaten, die während einer unerwünschten Bewegung des Patienten erfasst wurden, verworfen. Da die Aufnahme der Rohdaten mittels eines Magnetresonanzgerätes mehrere Minuten dauern kann, ist insbesondere in der Magnetresonanzbildgebung eine Synchronisation der Aufnahme der Rohdaten mit der Atmung und/oder mit dem Herzschlag des Patienten vorteilhaft. Hierfür ist eine Bestimmung einer physiologischen Bewegung des Untersuchungsobjektes erforderlich.
Eine bekannte Vorrichtung zum Erfassen eines physiologischen Signals eines Untersuchungsobjektes umfasst ein luftdichtes Kissen, das mittels eines Gürtels an dem Untersuchungsobjektbefestigt wird und dessen Druck zeitaufgelöst ausgewertet wird. DE 102014207124 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung einer Bewegung eines Patienten mittels Radar.
DE 102014209488 A1 beschreibt ein Verfahren zur Vermessung eines Atemvorgangs eines Untersuchungsobjektes basierend auf Reflektionseigenschaften eines unterhalb des Untersuchungsobjektes angeordneten Spulenelements. DE 102014208537 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung einer Bewegung eines Patienten mittels einer vom Magnetresonanzgerät umfassten Hochfrequenzantenneneinheit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders einfach bedienbare und robuste Vorrichtung und ein besonders einfaches Verfahren zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät anzugeben. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät mit einer Bestimmungseinheit und einer Sensoreinheit sieht vor, dass die Sensoreinheit der physiologischen Bewegung ausgesetzt ist. Das Magnetresonanzgerät umfasst einen Magneten zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes und die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet, abhängig von der physiologischen Bewegung eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen. Die Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes die physiologische Bewegung zu ermitteln.
Eine physiologische Bewegung ist typischerweise eine Bewegung des Untersuchungsobjektes, welche Bewegung unterbewusst erfolgt. Beispiele für physiologische Bewegungen sind Atmung und/oder das Schlagen des Herzens. Derartige Bewegungen treten typischerweise wiederholt, näherungsweise periodisch auf. Eine physiologische Bewegung kann an der Oberfläche des Untersuchungsobjektes erkennbar und/oder detektierbar sein. Typischerweise bewirkt die physiologische Bewegung eine Änderung einer räumlichen Position zumindest eines vom Untersuchungsobjekt umfassten ersten Teilbereiches.
Die Sensoreinheit ist derart an dem Untersuchungsobjekt angeordnet und/oder in einer derartigen Verbindung mit dem Untersuchungsobjekt, dass es die vom Untersuchungsobjekt ausgehende physiologische Bewegung erfährt. Dies ist typischerweise erfüllt, wenn die Sensoreinheit an dem ersten Teilbereich anliegt und/oder eine konstante Distanz zum ersten Teilbereich aufweist. Die Änderung der räumlichen Position des ersten Teilbereiches kann somit vom Untersuchungsobjekt auf die Sensoreinheit übertragen werden. Die Sensoreinheit wird typischerweise mit der physiologischen Bewegung mitbewegt und/oder die physiologische Bewegung bewirkt eine Bewegung der Sensoreinheit. Die Sensoreinheit ist demnach mit der physiologischen Bewegung gekoppelt.
Die Sensoreinheit ist im Magnetfeld angeordnet und/oder vom Magnetfeld umgeben. Die Sensoreinheit ist dazu ausgebildet, eine Stärke und/oder eine Änderung der Stärke des Magnetfeldes zu bestimmen, insbesondere an der Position der Sensoreinheit. Bei einer Änderung der räumlichen Position des ersten Teilbereiches und/oder der räumlichen Position der Sensoreinheit kann sich die Stärke des die Sensoreinheit umgebenden Magnetfeldes ändern. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das Magnetfeld inhomogen ist und/oder durch das Untersuchungsobjekt und/oder durch die physiologische Bewegung und/oder durch die der physiologischen Bewegung ausgesetzte Sensoreinheit verändert wird. Ist das Magnetfeld das statische Magnetfeld des Magnetresonanzgerätes, so ist dieses typischerweise in eine erste räumliche Richtung ausgerichtet. Fertigungstoleranzen und/oder das Untersuchungsobjekt induzieren typischerweise Abweichungen, sodass das statische Magnetfeld Komponenten in eine von der ersten räumlichen Richtung abweichende Richtung aufweisen kann. Die Sensoreinheit ist typischerweise am Brustkorb des Untersuchungsobjektes angeordnet.
Die Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, die physiologische Bewegung aus der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes zu extrahieren. Dies ist möglich, da die erfasste Änderung des Magnetfeldes kausal mit der physiologischen Bewegung verbunden ist. Vorzugsweise ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, die ermittelte physiologische Bewegung bereitzustellen, insbesondere dem Magnetresonanzgerät und/oder dessen Steuereinheit bereitzustellen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, dass die physiologische Bewegung sehr effizient, einfach und zuverlässig bestimmt werden kann. Es kann beispielsweise darauf verzichtet werden, ein luftdichtes Kissen mittels eines Gürtels an dem Untersuchungsobjekt zu befestigen. Ebenso kann auf Verschleißteile wie beispielsweise Schläuche, Klettbänder und luftdichte Kissen verzichtet werden, sodass die erfindungsgemäße Vorrichtung kostengünstig verwendbar ist. Ebenso ist eine sterile Reinigung der Vorrichtung nicht erforderlich und/oder leicht ausführbar. Die Verwendung der Vorrichtung erfordert lediglich ein Positionieren der Sensoreinheit an dem Untersuchungsobjekt, was intuitiv und einfach ausführbar ist. Die Vorrichtung kann demnach besonders einfach bedient werden.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Sensoreinheit an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist, welche erste Position die physiologische Bewegung erfährt. Die erste Position ist aufgrund der physiologischen Bewegung einer räumlichen Änderung ausgesetzt, welche räumliche Änderung räumlich und zeitlich mit der physiologischen Bewegung gekoppelt ist. Die erste Position ist demnach räumlich und zeitlich veränderlich. Die Position der Sensoreinheit entspricht gemäß dieser Ausführungsform der ersten Position, so dass sich die Anordnung der Sensoreinheit, beispielsweise relativ zum Boden und/oder relativ zum Magnetresonanzgerät verändern kann. Mittels dieser Ausführungsform der Vorrichtung kann die Änderung und/oder die Stärke des Magnetfeldes besonders genau ermittelt werden, wodurch die physiologische Bewegung besonders genau bestimmbar ist.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Sensoreinheit mit der Bestimmungseinheit drahtlos verbunden ist. Die von der Sensoreinheit ermittelte Änderung und/oder Stärke des Magnetfeldes kann demnach beispielsweise per Funk an die Bestimmungseinheit und/oder an eine von dem Magnetresonanzgerät umfasste Steuerungseinheit übertragen werden. Somit kann auf eine Kabelverbindung zwischen der Sensoreinheit und der Bestimmungseinheit verzichtet werden. Insbesondere ist die drahtlose Verbindung vorzugsweise kabellos. Dadurch kann diese Ausführungsform der Vorrichtung besonders flexibel und einfach verwendet werden.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Sensoreinheit in eine weitere physiologische Sensoreinheit integriert ist. Bei Magnetresonanzuntersuchungen können weitere physiologische Funktionen, wie beispielsweise die Herzfunktion, beispielsweise mittels Elektrokardiogramm überwacht werden, sodass ein Elektrokardiogramm-Gerät als weitere physiologische Sensoreinheit mit dem Untersuchungsobjekt verbunden sein kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich zu der weiteren physiologischen Sensoreinheit verwendet werden, um beispielsweise die Atmung des Untersuchungsobjektes zu detektieren. Basierend auf einem Elektrokardiogramm und der ermittelten Atmung kann die Magnetresonanzuntersuchung besonders gut mit physiologischen Bewegungen aufgrund von Herzschlag und Atmung gekoppelt werden, somit genau ausgeführt werden und die Rohdaten besonders gut selektiert werden. Ist die Sensoreinheit in die weitere physiologische Sensoreinheit integriert und/oder mit der weiteren physiologischen Sensoreinheit zu einer Einheit zusammengefasst, so können die Sensoreinheit und die weitere physiologische Sensoreinheit besonders einfach an das Untersuchungsobjekt angeordnet werden. Insbesondere ist für die Anordnung der Sensoreinheit kein zusätzlicher Schritt erforderlich, was die Vorbereitung einer Magnetresonanzuntersuchung verkürzt und vereinfacht.
Des Weiteren kann die Eigenschaft der Sensoreinheit, eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen, dazu verwendet werden, die weitere physiologische Sensoreinheit ein- und/oder auszuschalten. So kann die Sensoreinheit beispielsweise aufgrund einer Änderung des Magnetfeldes, beispielsweise aufgrund von ausgespielten Gradientenpulsen detektieren, ob eine Aufnahme von Rohdaten erfolgt und entsprechend ein Ein- und/oder Ausschalten der weiteren physiologischen Sensoreinheit initiieren. So kann beispielsweise die Energiezufuhr eines akkubetriebenen Elektrokardiogramm-Geräts geregelt und die Laufzeit des Akkus verlängert werden.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Sensoreinheit an einer Zusatzeinheit angeordnet und/oder in eine Zusatzeinheit integriert ist, welche Zusatzeinheit die physiologische Bewegung erfährt. Die Zusatzeinheit ist vorzugsweise derart an das Untersuchungsobjekt angeordnet, dass sie mit der physiologischen Bewegung mitbewegt wird. Ein typisches Beispiel für eine derartige Zusatzeinheit ist eine lokale Empfangseinheit zum Empfangen von Magnetresonanz-Signalen, welche bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlt werden. Derartige lokale Empfangseinheiten sind typischerweise besonders nahe an der Oberfläche des Untersuchungsobjektes angeordnet, sodass eine physiologische Bewegung des Untersuchungsobjektes besonders gut auf die lokale Empfangseinheit übertragen werden kann. Eine lokale Empfangseinheit wird üblicherweise vor jeder Magnetresonanzuntersuchung an die Oberfläche des Untersuchungsobjektes umgebend den Untersuchungsbereich angeordnet, sodass Magnetresonanz-Signale besonders gut empfangen werden können. Ist die Sensoreinheit in eine derartige Zusatzeinheit integriert, so ist für die Anordnung der Sensoreinheit kein zusätzlicher Schritt erforderlich. Ebenso kann die Sensoreinheit über eine bestehende Verbindung zwischen der Zusatzeinheit und einer Steuerungseinheit des Magnetresonanzgerätes mit der Bestimmungseinheit verbunden sein.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Sensoreinheit einen Hall-Sensor umfasst. Dadurch kann die Stärke des Magnetfeldes in zumindest eine erste Richtung besonders genau ermittelt werden. Die Sensoreinheit kann auch zwei oder mehrere Hall-Sensoren aufweisen, welche Hall-Sensoren jeweils eine Sensitivität für eine Stärke des Magnetfeldes in voneinander verschiedene räumliche Richtungen aufweisen. Dadurch wird die Sensitivität der Sensoreinheit erhöht und eine Änderung des Magnetfeldes kann besonders genau ermittelt werden, auch wenn die Stärke der Änderung des Magnetfeldes gering ist. Vorzugsweise umfasst die Sensoreinheit drei Hall-Sensoren, welche derart angeordnet sind, dass die drei Hall-Sensoren eine Stärke des Magnetfeldes in drei voneinander verschiedene räumliche Richtungen, vorzugsweise in drei zueinander orthogonale räumliche Richtungen, erfassen.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung zusätzlich zur Sensoreinheit eine zweite Sensoreinheit umfasst, welche zweite Sensoreinheit der physiologischen Bewegung ausgesetzt ist und dazu ausgebildet ist, abhängig von der physiologischen Bewegung eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen und diese erfasste Änderung und/oder erfasste Stärke des Magnetfeldes an die Bestimmungseinheit zu übertragen. Die zweite Sensoreinheit ist vorzugsweise an einer zweiten Position an dem Untersuchungsobjekt angeordnet, welche zweite Position die physiologische Bewegung erfährt und sich von der ersten Position, an welcher die Sensoreinheit angeordnet ist, unterscheidet. Beispielsweise ist die erste Position an der Oberfläche des Brustkorbes des Untersuchungsobjektes und die zweite Position an der Oberfläche des Bauches des Untersuchungsobjektes. Dadurch kann die physiologische Bewegung des Brustkorbes, induziert durch Brustatmung, und die physiologische Bewegung des Bauches, induziert durch Bauchatmung, ermittelt werden. Dadurch kann die physiologische Bewegung des Untersuchungsobjektes aufgrund von Atmung besonders genau und gesamtheitlich bestimmt werden.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät mit einer Steuerungseinheit und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassend eine Bestimmungseinheit und einer Sensoreinheit.
Dafür weist die Bestimmungseinheit typischerweise einen Eingang, eine Prozessoreinheit und einen Ausgang auf. Über den Eingang können der Bestimmungseinheit die erfasste Änderung und/oder die erfasste Stärke des Magnetfeldes bereitgestellt werden. Hierzu ist die Sensoreinheit vorzugsweise mit dem Eingang der Bestimmungseinheit verbunden. Weitere, im Verfahren benötigte Funktionen, Algorithmen oder Parameter können der Bestimmungseinheit über den Eingang bereitgestellt werden. Die ermittelte physiologische Bewegung und/oder weitere Ergebnisse können über den Ausgang bereitgestellt werden. Der Ausgang der Bestimmungseinheit kann mit der Steuerungseinheit des Magnetresonanzgerätes verbunden sein, sodass die ermittelte physiologische Bewegung von der Steuerungseinheit bei der Ansteuerung des Magnetresonanzgerätes, insbesondere bei der Bilderfassung, berücksichtigt werden kann. Die Bestimmungseinheit kann in das Magnetresonanzgerät und/oder in die Steuerungseinheit integriert sein. Die Bestimmungseinheit kann auch separat von dem Magnetresonanzgerät und/oder der Steuerungseinheit installiert sein. Die Bestimmungseinheit kann mit dem Magnetresonanzgerät und/oder der Steuerungseinheit verbunden sein.
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes sind analog zu den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät kann dazu ausgebildet sein, Steuerungssignale zu senden und/oder Steuerungssignale zu empfangen und/oder zu verarbeiten. Auf einer Speichereinheit der Bestimmungseinheit können Computerprogramme und weitere Software gespeichert sein, mittels derer die Prozessoreinheit der Bestimmungseinheit eine Ermittlung der physiologischen Bewegung basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes automatisch steuert und/oder ausführt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Vorteile sind auch auf das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät übertragbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes mittels einer Sensoreinheit sieht vor, dass das Untersuchungsobjekt in einem Magnetresonanzgerät angeordnet ist und das Magnetresonanzgerät einen Magneten zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, und dass die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:

- Aussetzung der Sensoreinheit der physiologischen Bewegung
- Erfassen einer Änderung und/oder einer Stärke des Magnetfeldes abhängig von der physiologischen Bewegung
- Ermittlung der physiologischen Bewegung basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes

Bei der Aussetzung der Sensoreinheit der physiologischen Bewegung ist die Sensoreinheit derart mit dem Untersuchungsobjekt gekoppelt, dass die Sensoreinheit mit der physiologischen Bewegung mitbewegt wird. Dabei wird vorzugsweise eine konstante Distanz zwischen der Sensoreinheit und dem Teilbereich des Untersuchungsobjektes eingehalten, welcher Teilbereich die physiologische Bewegung ausführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt vorzugsweise im Rahmen einer Magnetresonanzuntersuchung. Dabei werden insbesondere Rohdaten vom Untersuchungsobjekt mit dem Magnetresonanzgerät aufgenommen, wobei vorzugsweise gleichzeitig die physiologische Bewegung bestimmt wird. Entsprechend kann die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte physiologische Bewegung derart bereitgestellt werden, dass die Aufnahme der Rohdaten mit der physiologischen Bewegung synchronisiert und/oder durch die physiologische Bewegung getriggert ist. Typischerweise wird die physiologische Bewegung mittels der Bestimmungseinheit ermittelt, welche vorzugsweise dazu ausgebildet ist, die ermittelte physiologische Bewegung einer Steuereinheit des Magnetresonanzgerätes zu übermitteln, sodass die Aufnahme der Rohdaten möglichst effizient auf die physiologische Bewegung abgestimmt werden kann. Dadurch kann die Dauer der Aufnahme der Rohdaten verkürzt werden und die Magnetresonanzuntersuchung kann kostengünstig und für das Untersuchungsobjekt komfortabel ausgeführt werden. Zusätzlich kann die Sensoreinheit einfach am Untersuchungsobjekt angeordnet werden, insbesondere, wenn die Sensoreinheit in eine weitere physiologische Sensoreinheit und/oder eine Zusatzeinheit integriert ist, wessen Anordnung am Untersuchungsobjekt für die Magnetresonanzuntersuchung auch ohne Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung essentiell ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine einfache, flexible und kostengünstige Bestimmung einer physiologischen Bewegung.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die Sensoreinheit an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist, welche erste Position die physiologische Bewegung erfährt.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die physiologische Bewegung eine periodische räumliche Änderung der Sensoreinheit induziert. Eine periodische räumliche Änderung eines Punktes ist typischerweise dadurch gekennzeichnet, dass der Punkt zu einem ersten Zeitpunkt eine erste räumliche Position einnimmt, eine räumliche Änderung erfährt und nach einer ersten Zeitdauer wieder die erste räumliche Position einnimmt, wobei dieser Vorgang wiederholt wird. Die erste Zeitdauer ist typischerweise bei den Wiederholungen konstant und/oder variiert um bevorzugt maximal 20%, besonders bevorzugt um maximal 10% der ersten Zeitdauer. Die Sensoreinheit bewegt sich vorzugsweise zumindest näherungsweise periodisch. Typische physiologische Bewegungen wie beispielsweise Atmung und/oder das Schlagen des Herzens treten näherungsweise periodisch auf. Eine periodische räumliche Änderung kann gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens besonders genau detektiert werden. Des Weiteren sind die Aufnahme von Rohdaten beeinflussende physiologische Bewegungen periodisch, welche gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens besonders einfach detektiert werden können.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in eine erste räumliche Richtung erfolgt. Ein Magnetfeld ist typischerweise ein Vektorfeld, dessen Stärke in Abhängigkeit von einer räumlichen Richtung angegeben wird. Die Sensoreinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Änderung und/oder die Stärke des Magnetfeldes in die erste räumliche Richtung zu erfassen. Die erste räumliche Richtung kann beispielsweise mit der Richtung des Magnetfeldes übereinstimmen, in welche Richtung das Magnetfeld die größte Komponente aufweist. In einer derartigen ersten räumlichen Richtung kann eine Änderung der Stärke des Magnetfeldes besonders genau detektiert werden. Die erste räumliche Richtung kann auch einer Richtung entsprechen, in welcher Richtung das Magnetfeld in Abwesenheit des Untersuchungsobjektes und/oder im idealen homogenen Fall eine Nullkomponente aufweist, in welcher Richtung also kein Magnetfeld wirken soll. Bei richtiger Wahl der ersten Richtung kann das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in die erste räumliche Richtung für die Bestimmung der physiologischen Bewegung ausreichend sein.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in zumindest zwei voneinander verschiedene räumliche Richtungen erfolgt. Vorzugsweise erfolgt das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in drei zueinander senkrechte räumliche Richtungen. Die physiologische Bewegung induziert typischerweise unterschiedliche Änderungen der Stärke des Magnetfeldes in den voneinander verschiedenen räumlichen Richtungen, so dass die Genauigkeit des Verfahrens gemäß dieser Ausführungsform verbessert werden kann.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die physiologische Bewegung des Untersuchungsobjektes durch eine Atmung und/oder durch einen Herzschlag des Untersuchungsobjektes induziert ist. Zumindest die Atmung oder der Herzschlag des Untersuchungsobjektes werden mittels dieser Ausführungsform des Verfahrens detektiert. Vorzugsweise werden bei einer Magnetresonanzuntersuchung der Herzschlag und die Atmung detektiert, besonders bevorzugt mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch kann die Aufnahme der Rohdaten besonders gut auf die physiologischen Eigenschaften des Untersuchungsobjektes abgestimmt werden. Die physiologische Bewegung aufgrund des Herzschlages kann beispielsweise mittels spektraler Filterung von der physiologischen Bewegung aufgrund der Atmung getrennt werden, was eine separate Bestimmung und gegebenenfalls eine separate Überwachung beider physiologischer Bewegungen ermöglicht.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Für das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer schematischen Darstellung,
2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 ein Beispiel für eine mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasste zeitliche Änderung des Magnetfeldes.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine von einer Magneteinheit 13 gebildeten Detektoreinheit mit einem Magneten 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten statischen Magnetfelds 18. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Untersuchungsobjektes 15 auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 13 zylinderförmig umschlossen ist. Das Untersuchungsobjekt 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Patiententisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist.
Die Magneteinheit 13 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet werden. Die Gradientenspuleneinheit 19 wird mittels einer Gradientensteuereinheit 28 angesteuert. Des Weiteren weist die Magneteinheit 13 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als fest in das Magnetresonanzgerät 11 integrierte Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von dem Magneten 17 erzeugten statischen Magnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Hochfrequenz-Pulse in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein.
Zu einer Steuerung des Magneten 17, der Gradientensteuereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Steuerungseinheit 24 auf. Die Steuerungseinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen von MR-Steuerungssequenzen. Zudem umfasst die Steuerungseinheit 24 eine nicht näher dargestellte Rekonstruktionseinheit zu einer Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Das Magnetresonanzgerät 11 weist eine Anzeigeeinheit 25 auf. Steuerinformationen wie beispielsweise Steuerungsparameter, sowie rekonstruierte Bilddaten können auf der Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Steuerungsparameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Steuerungseinheit 24 kann die Gradientensteuereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät 11 umfasst weiterhin eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Bestimmungseinheit 33 und einer Sensoreinheit 12. Die Sensoreinheit 12 ist vorzugsweise an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt 15 angeordnet, welche erste Position zeitlich variiert und der physiologischen Bewegung, wie beispielsweise der Atmung, des Untersuchungsobjektes 15 ausgesetzt ist. Somit ist auch die Sensoreinheit 12 der physiologischen Bewegung des Untersuchungsobjektes 15 ausgesetzt. Die Sensoreinheit 12 ist mit der Bestimmungseinheit 33 derart verbunden, dass die von der Sensoreinheit 12 erfasste Änderung und/oder erfasste Stärke des statischen Magnetfeldes 18 an die Bestimmungseinheit 33 übertragen werden kann.
Die Bestimmungseinheit 33 ist dazu ausgebildet, basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des statischen Magnetfeldes 18 die physiologische Bewegung zu ermitteln. Hierzu weist die Bestimmungseinheit 33 Computerprogramme und/oder Software auf, die direkt in einem nicht näher dargestellten Speichereinheit der Bestimmungseinheit 33 ladbar sind, mit Programmmitteln, um die Ermittlung auszuführen, wenn die Computerprogramme und/oder Software in der Bestimmungseinheit 33 ausgeführt werden. Die Bestimmungseinheit 33 weist hierzu einen nicht näher dargestellten Prozessor auf, der zu einer Ausführung der Computerprogramme und/oder Software ausgelegt ist. Alternativ hierzu können die Computerprogramme und/oder Software auch auf einem getrennt von der Bestimmungseinheit 33 ausgebildeten elektronisch lesbaren Datenträger 21 gespeichert sein, wobei ein Datenzugriff von der Bestimmungseinheit 33 auf den elektronisch lesbaren Datenträger 21 über ein Datennetz erfolgen kann.
Die Bestimmungseinheit 33 ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die ermittelte physiologische Bewegung bereitzustellen. Die Bestimmungseinheit 33 ist vorzugsweise mit der Steuerungseinheit 24 derart verbunden, dass die Bestimmungseinheit 33 die ermittelte physiologische Bewegung der Steuerungseinheit 24 bereitstellen kann, welche Steuerungseinheit 24 dazu ausgebildet ist, das Magnetresonanzgerät abhängig von der physiologischen Bewegung anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuerungseinheit 24 die Bilderfassung mit der physiologischen Bewegung synchronisieren und/oder aus der physiologischen Bewegung Triggersignale und/oder einen Triggerzeitpunkt für die Bilderfassung ableiten. Die Bestimmungseinheit 33 kann auch in die Steuerungseinheit 24 integriert sein.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird. Das Magnetresonanzgerät 11 ist somit zusammen mit der Bestimmungseinheit 33, der Sensoreinheit 12 und der Steuerungseinheit 24 zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung 30 eines Untersuchungsobjektes 15. Das Untersuchungsobjekt 15 ist in einem nicht näher dargestellten Magnetresonanzgerät 11 angeordnet, welches Magnetresonanzgerät 11 einen Magneten 17 zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes 81 umfasst. Das Magnetfeld 81 kann dem statischen Magnetfeld 18 entsprechen. Das Untersuchungsobjekt 15 ist dabei dem Magnetfeld 81 exponiert und/oder ausgesetzt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Sensoreinheit 24 und eine Bestimmungseinheit 33, wobei die Sensoreinheit 24 der physiologischen Bewegung 30 ausgesetzt ist und dazu ausgebildet ist, abhängig von der physiologischen Bewegung 30 eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes 81 zu erfassen. Die Sensoreinheit 12 kann hierfür einen Hall-Sensor 34 umfassen. Die Sensoreinheit 12 ist vorzugsweise an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt 15 angeordnet ist, welche erste Position zeitlich variiert und die physiologische Bewegung 30 erfährt. Dabei induziert die physiologische Bewegung 30 vorzugsweise eine periodische räumliche Änderung der Sensoreinheit 12, welche beispielsweise durch eine Atmung und/oder durch einen Herzschlag des Untersuchungsobjektes 15 erzeugt wird. In der dargestellten Ausführungsform kann die periodische Bewegung 30 beispielsweise eine vertikale Bewegung sein, indem sich der Brustkorb des Untersuchungsobjektes 15 aufgrund von Atmung in die vertikale Richtung bewegt.
Die Bestimmungseinheit 33 ist dazu ausgebildet, basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes 81 die physiologische Bewegung 30 zu ermitteln. Hierfür ist die Bestimmungseinheit 33 mit der Sensoreinheit 12 derart verbunden, dass die von der Sensoreinheit 12 erfasste Änderung und/oder die erfassten Stärke des Magnetfeldes 81 an die Bestimmungseinheit 33 übermittelbar ist.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung 30 eines Untersuchungsobjektes 15. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Sensoreinheit 12 mit der Bestimmungseinheit 33 drahtlos verbunden. Zusätzlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung in dieser Ausführungsform eine Zusatzeinheit 32 und die Sensoreinheit 12 ist an der Zusatzeinheit 32 angeordnet und/oder in die Zusatzeinheit 32 integriert. Die Zusatzeinheit 32 erfährt die physiologische Bewegung 30, wodurch auch die Sensoreinheit 12 der physiologischen Bewegung 30 ausgesetzt ist. Gemäß der in 3 dargestellten Ausführungsform ist die Zusatzeinheit 32 eine lokale Empfangseinheit zum Empfangen von Magnetresonanz-Signalen, welche bei der Relaxation der Kernspins abgestrahlt werden.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung 30 eines Untersuchungsobjektes 15. Hierbei umfasst die Vorrichtung eine weitere physiologische Sensoreinheit 31, wobei die Sensoreinheit 12 in die weitere physiologische Sensoreinheit 31 integriert ist. Die weitere physiologische Sensoreinheit 31 ist beispielsweise eine Elektrokardiogramm-Gerät, welches eine elektrische Aktivität des Herzmuskels des Untersuchungsobjektes 15 bestimmt. Die Sensoreinheit 12 und die weitere physiologische Sensoreinheit 31 sind gemäß dieser Ausführungsform mit der Bestimmungseinheit 33 verbunden.
5 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung 30 eines Untersuchungsobjektes 15 in einem Magnetresonanzgerät 11, welches Magnetresonanzgerät 11 einen Magneten 17 zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes 81 umfasst, mittels einer Sensoreinheit 12.
Dabei wird zunächst in Verfahrensschritt 100 die Sensoreinheit 12 der physiologischen Bewegung 31 ausgesetzt. Im folgenden Verfahrensschritt 110 erfolgt das Erfassen einer Änderung und/oder das Erfassen einer Stärke des Magnetfeldes 81 abhängig von der physiologischen Bewegung 30. Insbesondere erfolgt Verfahrensschritt 110 zeitaufgelöst. Anschließend erfolgt nach Übertragung der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes 81 abhängig von der physiologischen Bewegung 30 an die Bestimmungseinheit 33 in Verfahrensschritt 120 die Ermittlung der physiologischen Bewegung basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes 81. Optional kann die ermittelte physiologische Bewegung in Verfahrensschritt 130 bereitgestellt werden.
Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren gleichzeitig mit der Aufnahme von Rohdaten mit dem Magnetresonanzgerät 11 ausgeführt, wobei die Aufnahme der Rohdaten mit der ermittelten physiologischen Bewegung vorzugsweise synchronisiert und/oder durch die ermittelte physiologische Bewegung getriggert wird. Die Triggerung erfolgt optional in Verfahrensschritt 140.
6 zeigt ein Beispiel für eine mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasste zeitliche Änderung des Magnetfeldes 81. Die Sensoreinheit 12 war für die Bestimmung der physiologischen Bewegung am Brustkorb des Untersuchungsobjektes 15 angeordnet und das Untersuchungsobjekt 15 war im Patientenaufnahmebereich 14 des Magnetresonanzgerätes 11 angeordnet und somit dem Magnetfeld 81 ausgesetzt. Die drei Grafiken entsprechen drei verschiedenen Richtungen, in welchen Richtungen eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes 81 erfasst wurde, wobei horizontal ein Zeitverlauf und vertikal ein Stärke der Änderung des Magnetfeldes 81 jeweils in einer unbestimmten Einheit aufgetragen sind.
Die Änderung des Magnetfeldes 81 wurde in drei voneinander verschiedenen räumlichen Richtungen erfasst. Das erste Diagramm 51 stellt die zeitliche Änderung des Magnetfeldes 81 in eine erste räumliche Richtung dar. Die erste räumliche Richtung kann beispielsweise der Richtung des Magnetfeldes 81 entsprechen. Das zweite Diagramm 52 stellt die zeitliche Änderung des Magnetfeldes 81 in eine zweite räumliche Richtung dar. Das dritte Diagramm 53 stellt die zeitliche Änderung des Magnetfeldes 81 in eine dritte räumliche Richtung dar. Die erste, zweite und dritte räumliche Richtung stehen vorzugsweise jeweils senkrecht zueinander. Die periodische Bewegung aufgrund der Atmung des Untersuchungsobjektes ist in allen drei räumlichen Richtungen erkennbar. Anhand der drei Diagramme 51, 52, 53 ist erkennbar, dass gegebenenfalls das Erfassen der Änderung der Stärke des Magnetfeldes in die erste räumliche Richtung ausreichend sein kann und basierend auf dem ersten Diagramm 51 die physiologische Bewegung bestimmt werden kann.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014207124 A1 [0004]
DE 102014209488 A1 [0005]
DE 102014208537 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät, welches Magnetresonanzgerät einen Magneten zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, mit einer Bestimmungseinheit und einer Sensoreinheit, wobei die Sensoreinheit der physiologischen Bewegung ausgesetzt ist und dazu ausgebildet ist, abhängig von der physiologischen Bewegung eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen, und die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes die physiologische Bewegung zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinheit an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist, welche erste Position die physiologische Bewegung erfährt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit mit der Bestimmungseinheit drahtlos verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine weitere physiologische Sensoreinheit umfasst und die Sensoreinheit in die weitere physiologische Sensoreinheit integriert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Zusatzeinheit umfasst und die Sensoreinheit an der Zusatzeinheit angeordnet und/oder in die Zusatzeinheit integriert ist, welche Zusatzeinheit die physiologische Bewegung erfährt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinheit einen Hall-Sensor umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung zusätzlich zur Sensoreinheit eine zweite Sensoreinheit umfasst, welche zweite Sensoreinheit der physiologischen Bewegung ausgesetzt ist und dazu ausgebildet ist, abhängig von der physiologischen Bewegung eine Änderung und/oder eine Stärke des Magnetfeldes zu erfassen und diese erfasste Änderung und/oder erfasste Stärke des Magnetfeldes an die Bestimmungseinheit zu übertragen.
Magnetresonanzgerät mit einer Steuerungseinheit und einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend eine Bestimmungseinheit und einer Sensoreinheit.
Verfahren zur Bestimmung einer physiologischen Bewegung eines Untersuchungsobjektes in einem Magnetresonanzgerät, welches Magnetresonanzgerät einen Magneten zu einer Erzeugung eines Magnetfeldes umfasst, mittels einer Sensoreinheit gemäß den folgenden Verfahrensschritten: - Aussetzung der Sensoreinheit der physiologischen Bewegung - Erfassen einer Änderung und/oder einer Stärke des Magnetfeldes abhängig von der physiologischen Bewegung - Ermittlung der physiologischen Bewegung basierend auf der erfassten Änderung und/oder der erfassten Stärke des Magnetfeldes.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Sensoreinheit an einer ersten Position an dem Untersuchungsobjekt angeordnet ist, welche erste Position die physiologische Bewegung erfährt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die physiologische Bewegung eine periodische räumliche Änderung der Sensoreinheit induziert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in eine erste räumliche Richtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Erfassen der Änderung und/oder der Stärke des Magnetfeldes in zumindest zwei voneinander verschiedene räumliche Richtungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die physiologische Bewegung des Untersuchungsobjektes durch eine Atmung und/oder durch einen Herzschlag des Untersuchungsobjektes induziert ist.