DE19713005A1 - Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung mittels MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung mittels MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 6.
Bei der MR-Bildgebung eröffnen sich durch die Injektion von
Kontrastmitteln in das Untersuchungsobjekt erweiterte diagno
stische Möglichkeiten. Das Anreicherungsverhalten von parama
gnetischen Kontrastmitteln wird z. B. in der Mammographie mit
tels kernmagnetischer Resonanz untersucht. Dabei wird eine
Messung vor der Gabe des Kontrastmittels durchgeführt und
dann durch weitere Messungen die Ausbreitung des Kontrastmit
tels festgestellt. Zur Messung wird dabei üblicherweise eine
sogenannte "Flash"-Sequenz benutzt, wie sie z. B. im US-Patent
4 707 658 beschrieben wurde. Dabei können entweder zweidimen
sionale oder dreidimensionale Datensätze gewonnen werden. Bei
dieser Untersuchung werden hohe Anforderungen an die räumli
che und zeitliche Auflösung des MR-Verfahrens gestellt. Zur
Befundung der Morphologie eines Tumors ist eine hohe räumli
che Auflösung mit Bildelementgrößen im Bereich von 1 mm3 ge
wünscht. Andererseits ist auch eine schnelle Verfolgung der
Kontrastmittelanreicherung erforderlich, da nach Kaiser eine
schnelle Anreicherung ein Kriterium für Malignität ist. Lä
sionen, die innerhalb der ersten Minute nach Injektion des
Kontrastmittels über einen gewissen Prozentsatz anreichern,
sind potentiell maligne. Bei den heute verfügbaren Kernspin
tomographiegeräten beträgt jedoch die Meßzeit für die Erstel
lung eines Bildes mit einer Auflösung in der Größenordnung
von 1 mm3 deutlich länger als eine Minute. Damit kann das
Kontrastmittel im Bild nicht mit der an sich gewünschten Ge
schwindigkeit verfolgt werden.
Das Problem der zeitlichen Auflösung tritt auch bei anderen
Anwendungen in der Kernspintomographie auf, z. B. wenn allge
meine Bewegungsvorgänge in Form einer Filmbildgebung unter
sucht werden sollen. Hierfür wurde als Lösung die sogenannte
"Keyhole"-Technik vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in
der US Patentschrift 5 168 226 beschrieben ist. Dabei wird
zunächst ein vollständiger Datensatz für das zu betrachtende
Objekt gewonnen. Anschließend werden nur noch die zentralen
Bereiche in der k-Raummatrix aktualisiert. Dieses Vorgehen
geht von der Erkenntnis aus, daß der Kontrast eines MR-Bildes
im wesentlichen durch die Daten bestimmt wird, die im zentra
len Bereich des k-Raums eingetragen werden, während die Rand
bereiche des k-Raums die Auflösung bestimmen. Dabei werden
wie bei MR-Messungen üblich die einzelnen Zeilen in einer li
nearen Reihenfolge von einem Ende des k-Raums zum anderen En
de des k-Raums aufgenommen.
Mit dieser "Keyhole"-Technik läßt sich jedoch das spezielle
Problem der Kontrastmittelverfolgung, nämlich die Verfolgung
einer schnellen Anreicherung nicht lösen, da in jedem Fall
zunächst ein vollständiger Datensatz aufgenommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Kon
trastmittelverfolgung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens zu finden, wobei die Erfordernisse sowohl hin
sichtlich der räumlichen Auflösung als auch der Verfolgbar
keit der Kontrastmittelausbreitung erfüllt werden.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens dadurch gelöst,
daß die Phasencodierung derart durchgeführt wird, daß Meßwer
te im zentralen Bereich des k-Raums zu früheren Zeitpunkten
nach der Anregung gewonnen werden als Meßwerte in Randberei
chen des k-Raums. Da - wie bereits oben erwähnt - der Bild
kontrast weitgehend vom zentralen Bereich des k-Raums be
stimmt wird und dieser zentrale Bereich bereits kurz nach der
Anregung erfaßt wird, erhält man ein Bild, dessen Kontrast
sehr schnell durch die Kontrastmittelausbreitung bestimmt
ist.
Vorteilhafterweise werden dabei beginnend vom Zentrum des k-
Raums abwechselnd Meßwerte beidseitig des Zentrums mit zuneh
mendem Abstand vom Zentrum gewonnen. Damit werden die sich
aufgrund der Kontrastmittelausbreitung zeitlich ändernden
Meßinformationen auf die obere und untere Hälfte des k-Raums
relativ gleichmäßig verteilt, so daß Bildartefakte vermieden
werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird in einer weiteren
Meßfolge die Phasencodierung derart durchgeführt, daß Meßwer
te in Randbereichen des k-Raums zu einem früheren Zeitpunkt
nach der Anregung gewonnen werden als Meßwerte im zentralen
Bereich des k-Raums. Damit wird der Bildkontrast weitgehend
durch "späte" Messungen bestimmt, so daß man in dieser weite
ren Meßfolge Aufschlüsse hinsichtlich der längerfristigen
Kontrastmittelausbreitung gewinnt, die unter anderen Ge
sichtspunkten ebenfalls von Bedeutung ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Fig. 1 bis 17 näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1-6 eine Pulssequenz zur Gewinnung zweidimensionaler
Bilddatensätze
Fig. 7-12 eine Pulssequenz zur Gewinnung dreidimensionaler
Bilddatensätze
Fig. 13 schematisch eine Rohdatenmatrix
Fig. 14 die zeitlich linear ansteigende Anordnung der
k-Raumdaten nach dem Stand der Technik
Fig. 15 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der
k-Raumpositionen, wobei der zentrale Bereich zuerst
erfaßt wird
Fig. 16 ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der er
faßten k-Raumpositionen, wobei Randbereiche zu
erst erfaßt werden
Fig. 17 eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Durchführung des Verfahrens kann z. B. eine Flash-Sequenz
verwendet werden, wie sie in den Fig. 1 bis 6 dargestellt
ist. Die Sequenz selbst entspricht im wesentlichen dem her
kömmlichen Ablauf, wobei lediglich der Ablauf der Phasenco
dierung in einer später erläuterten Weise abgewandelt wird.
Wie bei jeder Flash-Sequenz wird zunächst unter dem positiven
Teilpuls GS+ eines Schichtselektionsgradienten GS ein Hoch
frequenzpuls RF eingestrahlt. In einer anschließenden Phase
sind Gradienten in drei Richtungen gleichzeitig eingeschal
tet:
- - ein negativer Teil GS des Schichtselektionsgradienten GS, um die durch den positiven Teil GS verursachte Dephasie rung rückgängig zu machen
- - ein Phasencodiergradient GP
- - ein Vorphasierpuls GW in Ausleserichtung.
In der dritten Phase ist ein positiver Puls GR⁺ des Auslese
gradienten GR eingeschaltet. Unter diesem entsteht ein Gra
dientenechosignal S, das abgetastet wird. Die Abtastzeitpunk
te sind in Fig. 6 mit AQ schematisch eingetragen. Die gesamte
Pulssequenz wird N-mal mit einem zeitlichen Abstand TR wie
derholt. Bei den einzelnen Wiederholungen wird der Phasenco
diergradient GP geändert, was durch die einzelnen Linien in
Fig. 3 angedeutet ist.
Die einzelnen Meßwerte werden nun je Signal S in eine Zeile
einer in Fig. 13 schematisch dargestellten Rohdatenmatrix RD
eingetragen. Diese Rohdatenmatrix kann man als Meßdatenraum
betrachten, der im allgemeinen als k-Raum bezeichnet wird.
Für den k-Raum gilt folgende Definition:
Dabei ist γ die Larmor-Konstante und Gx, Gy, Gz ein Magnet
feldgradient in der Richtung x, y bzw. z eines kartesischen
Koordinatensystems. Auf die Pulssequenz nach den Fig. 1 bis 6
übertragen könnte z. B. der Schichtselektionsgradient GS in
z-Richtung, der Phasencodiergradient GP in y-Richtung und Aus
lesegradient GR in x-Richtung liegen, so daß für diesen Fall
also gilt:
Gz = GS, Gy = GP, Gx = GR.
Aus einem Rohdatensatz im k-Raum, also der Rohdatenmatrix RD
nach Fig. 13 kann man nun ein Bild rekonstruieren, da zwischen
dem Ortsraum (also dem Bild) und dem k-Raum mathematisch der
Zusammenhang über folgende mehrdimensionale Fourier-Trans
formation besteht:
Dabei ist p (x,y,z) die Spindichteverteilung und S das erhal
tene Signal. Da die Meßwerte als diskrete numerische Werte
vorliegen, wird die Fourier-Transformation als diskrete Fou
rier-Transformation mittels FFT (Fast Fourier Transform)-
Verfahren durchgeführt.
Wie bereits oben erwähnt, belegt jedes Signal S eine Zeile
der Rohdatenmatrix. Die Zeilenposition ist dabei entsprechend
der obigen Ausführungen durch den Wert ky, also durch das
Zeitintegral über den vorausgehenden Phasencodiergradienten
GP festgelegt. Bei herkömmlichen Pulssequenzen wird dabei der
Phasencodiergradient GP von einem negativen Maximalwert
schrittweise bis zu einem positiven Maximalwert verändert,
d. h. im k-Raum besteht ein zeitlich linearer Anstieg der
k-Raumwerte von -kmax nach +kmax. Anders ausgedrückt wird zuerst
die unterste Zeile der Rohdatenmatrix RD gewonnen und dann
fortlaufend höhere Zeilen.
Es ist bekannt, daß der Bildkontrast im wesentlichen durch
den zentralen Bereich der Rohdatenmatrix RD bestimmt wird,
während die Randzonen im wesentlichen zur Bildauflösung bei
tragen. Eine Betrachtung der konventionellen Abfolge nach Fig.
14 zeigt, daß die zentralen k-Raumwerte etwa in der Mitte der
Gesamtsequenz gewonnen werden. Dies bedeutet, daß Vorgänge,
die deutlich vor der Mitte der Pulssequenz ablaufen, sich
kaum auf den Kontrast auswirken, also kaum den Bildeindruck
bestimmen. Wenn man also z. B. eine Kontrastmittelanreicherung
schnell verfolgen, so steht man vor dem Problem, daß Anrei
cherungen, die deutlich vor der Mitte des Meßvorgangs ablau
fen, sich im Bild kaum niederschlagen.
Der erfindungsgemäße Gedanke besteht nun darin, die Reihen
folge der Datenakquisition bezüglich der k-Raumposition zu
verändern, und zwar indem man den Phasencodiergradienten GP
so steuert, daß man den zentralen Bereich des k-Raums inner
halb eines Meßvorgangs sehr schnell erfaßt. Damit wird der
Bildkontrast maßgeblich durch Vorgänge bestimmt, die in der
Anfangsphase der Pulssequenz ablaufen. Die Randwerte des
k-Raums, also die äußeren Zeilen der Rohdatenmatrix RD werden
erst nachfolgend bestimmt. Dabei kann man - wie in Fig. 15
dargestellt - alternierend Werte aus der oberen und unteren
Hälfte des k-Raums gewinnen. Damit wird vermieden, daß von
Zeile zu Zeile größere Sprünge in der Zeitskala der Meßwert
erfassung auftreten. Solche Sprünge könnten zu Bildartefakten
führen.
Nun gibt es durchaus auch Fälle, in denen zusätzlich oder al
ternativ zur schnellen Kontrastmittelausbreitung die länger
fristige Kontrastmittelausbreitung einen diagnostischen Wert
hat. Für die Beurteilung einer Läsion kann z. B. eine Erfas
sung der Kontrastmittelausbreitung nach 10-15 Minuten von
Bedeutung sein. Um eine Bewegung des Untersuchungsobjekts
zwischen den Messungen möglichst zu vermeiden, ist ein konti
nuierliches Protokoll wichtig, d. h. die gesamte Messung soll
ohne längere Pausen erfolgen.
Hierzu wird zweckmäßigerweise eine zweite Meßfolge einge
setzt, bei der die zentralen k-Raumzeilen am Ende einer Meß
sequenz erfaßt werden, während die Randbereiche gleich zu Be
ginn der Meßsequenz gewonnen werden. Ein entsprechender zeit
licher Ablauf ist in Fig. 16 dargestellt. Damit wird der Bild
kontrast im wesentlichen durch Vorgänge in einer späteren
Zeitphase der Pulssequenz bestimmt. Dieses Kontrastverhalten
könnte man natürlich auch erreichen, indem man eine Pulsse
quenz mit dem üblichen linearen Ablauf zu einem späteren
Zeitpunkt einsetzen läßt. Damit erhält man jedoch eine länge
re Pause zwischen den einzelnen Messungen und die gesamte Un
tersuchungszeit dauert länger.
In den Fig. 1 bis 6 wurde eine 2D-Pulssequenz dargestellt,
d. h. mit dem Hochfrequenzpuls RF wird unter der Wirkung des
Schichtsselektionsgradienten GS eine dünne Schicht des Unter
suchungsobjekts ausgewählt, aus der nachfolgend zweidimensio
nale Bildinformationen gewonnen werden. Zur Beobachtung der
Kontrastmittelausbreitung ist es aber zweckmäßig, ein dreidi
mensionales Volumen zu betrachten. Dazu kann man eine
3D-Pulssequenz einsetzen, wie sie in den Fig. 7 bis 12 darge
stellt ist. Im Unterschied zu der in den Fig. 1 bis 6 darge
stellten Pulssequenz ist hierbei die Bandbreite des Hochfre
quenzpulsen RF in Verbindung mit der Amplitude des während
der Anregung eingeschalteten Gradienten GSP so gewählt, daß
nicht nur eine dünne Schicht, sondern ein dreidimensionales
Volumen angeregt wird. Innerhalb dieses Volumens wird in
Richtung des Gradienten GSP eine Ortsauflösung dadurch durch
geführt, daß man in der zweiten Phase auch in dieser Richtung
eine Phasencodiertabelle schaltet. Einer Matrixgröße von M×
N×O werden dann N×O Messungen mit unterschiedlichen Kom
binationen des Phasencodiergradienten GSP und des Phasenco
diergradienten GP durchgeführt.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist schema
tisch in Fig. 17 dargestellt. Das MR-Gerät besteht aus einem
ein homogenes Grundfeld erzeugenden Magnetsystem 1-4, das von
einer Stromversorgung 11 gespeist wird. Im Magnetsystem sind
Gradientenspulensysteme 7, 8 vorgesehen, die von einer Gra
dientenansteuereinrichtung 12 angesteuert werden. Die Gra
dientenspulensysteme sind zur Erzeugung von Magnetfeldgra
dienten in drei Raumrichtungen x, y, z eines Koordinatensystems
6 ausgeführt. Das Untersuchungsobjekt 5 ist von einer Hoch
frequenzantenne 9 umgeben, die mit einer Hochfrequenzsende
einheit 14 sowie mit einer Hochfrequenzempfangseinheit 15
verbunden ist. Die Hochfrequenzsendeeinheit 14 und die Hoch
frequenzempfangseinheit 15 sind Bestandteil eines Hochfre
quenzsystems 16, in dem unter anderem die empfangenen Signale
abgetastet und phasenempfindlich demoduliert werden. Aus den
demodulierten Signalen wird mit einer Bildrechenheit 17 ein
Bild erstellt, das auf einem Monitor 18 abgebildet wird. Die
gesamte Einheit wird von einer Steuereinheit 20 angesteuert.
Zur Realisierung der Pulssequenzen entsprechend der Erfindung
werden die Gradientenansteuereinheit 12 und die Hochfre
quenzeinheit 16 mit einer Steuerfolge angesteuert, die z. B.
den Pulssequenzen nach den Fig. 1 bis 6 bzw. 7 bis 12 bei ei
ner zeitlichen Abfolge der Phasencodierung nach den Fig. 15
bzw. 16 entspricht.
Claims (8)
1. Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung in einem Objekt
mittels MR-Bildgebung mit folgenden Schritten:
- a) in dem Objekt werden Kernresonanzsignale angeregt,
- b) die Kernresonanzsignale werden nach ihrem räumlichen Ur sprung phasencodiert
- c) aus den Kernresonanzsignalen werden durch phasenempfindli che Abtastung, Demodulation und Digitalisierung Meßwerte gewonnen
- d) die Meßwerte werden nach ihren Phasenfaktoren im k-Raum sortiert in eine Rohdatenmatrix eingetragen
- e) die Schritte a) bis d) werden so oft mit unterschiedlicher Phasencodierung wiederholt, bis der k-Raum der Rohdatenma trix mit Meßwerten belegt ist
- f) aufgrund der Rohdatenmatrix wird eine Bildrekonstruktion
durchgeführt,
dadurch gekennzeichnet,
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß beginnend vom Zentrum des k-Raums abwechselnd Meßwerte
beidseitig des Zentrums mit zunehmendem Abstand vom Zentrum
gewonnen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer weiteren Meßfolge die Phasencodierung derart
durchgeführt wird, daß Meßwerte in Randbereichen des k-Raums
zu einem früheren Zeitpunkt nach der Anregung gewonnen werden
als Meßwerte im zentralen Bereich des k-Raums.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend von Randbereichen des k-Raums abwechselnd Meß
werte beidseitig des Zentrums mit abnehmendem Abstand vom
Zentrum gewonnen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Schritt b eine Phasencodierung in zwei aufeinander
senkrecht stehenden Richtungen durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß es für MR-Mammographie eingesetzt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 mit
- - einem Hochfrequenzsender (15) zur Einstrahlung von Anrege pulsen auf das Objekt
- - mit Gradientenspulen (7, 8) und einer Gradientenansteuervor richtung (12) zur Ortscodierung der Kernresonanzsignale
- - mit einer Empfangseinrichtung (14) für Kernresonanzsignale,
einem nachgeschalteten Demodulator (16) sowie einer Ab
tast- und Digitalisiervorrichtung und einer Speicher- und
Bildrekonstruktionseinrichtung (17),
dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (20) die Gradientenansteuervor richtung (12) und die Speicher- und Bildrekonstruktionsvor richtung (17) so ansteuert, daß der Betrag der Phasencodie rung mit zunehmendem Abstand von der Anregung zunimmt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuervorrichtung (20) so ausgeführt ist, daß sie die
Gradientenansteuervorrichtung (12) und die Speicher- und
Bildrekonstruktionsvorrichtung (17) auch so ansteuern kann,
daß der Betrag der Phasencodierung mit zunehmendem Abstand
von der Anregung abnimmt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997113005 DE19713005A1 (de) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung mittels MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997113005 DE19713005A1 (de) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung mittels MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19713005A1 true DE19713005A1 (de) | 1998-10-01 |
Family
ID=7824867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997113005 Withdrawn DE19713005A1 (de) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Verfahren zur Kontrastmittelverfolgung mittels MR-Bildgebung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19713005A1 (de) |
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1997
- 1997-03-27 DE DE1997113005 patent/DE19713005A1/de not_active Withdrawn
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