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Dokumentenidentifikation DE19629890A1 03.04.1997
Titel Sowohl zur Nachführung als auch zur Abbildung geeignete Magnetresonanzeinrichtungen
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Watkins, Ronald Dean, Niskayuna, N.Y., US;
Dumoulin, Charles Lucian, Ballston Lake, N.Y., US
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 24.07.1996
DE-Aktenzeichen 19629890
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse G01N 24/08
IPC-Nebenklasse A61B 5/055   
Zusammenfassung Eine neue an einer eindringenden Einrichtung, wie beispielsweise einem Katheter, befestigte Hochfrequenz-Spule wird zur Erfassung von Magnetresonanz-Signalen zur Beobachtung der Position der Einrichtung innerhalb eines Objekts und zur Erfassung von Magnetresonanz-Bildern des die Einrichtung umgebenden Gewebes mit hoher Auflösung verwendet. Die neue Spule ist während der Nachführvorgänge für ein kleines Volumen des Magnetresonanz-aktiven Gewebes, aber während Abbildungsvorgängen für ein größeres Volumen empfindlich. Während der Nachführung werden die Magnetresonanz-Signale in der Anwesenheit von Magnetfeld-Gradienten erfaßt und besitzen somit Frequenzen, die im wesentlichen proportional zum Ort der Spule entlang der Richtung des angelegten Gradienten ist. Signale werden ansprechend auf angelegte magnetische Gradienten erfaßt, um die Position der Spule in zahlreichen Dimensionen zu bestimmen. Die Position der neuen Spule und damit der Einrichtung, so wie sie von dem Nachführsystem bestimmt ist, wird unabhängig davon erfaßten medizinischen diagnostischen Bildern überlagert. Magnetresonanz-Bilder des die neue Spule umgebenden Gewebes können mittels Erfassung der Magnetresonanz-Antwortsignale von der neuen Spule unter Verwendung von Gradienten-abgerufenen, Spin-Echo- oder anderen Magnetresonanz-Abbildungsfolgen erhalten werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf medizinische Verfahren, bei denen eine Einrichtung, wie beispielsweise ein Katheter oder eine Biopsie-Nadel in einen Körper eingeführt werden und betrifft insbesondere die Nachführung einer derartigen Einrichtung mit Magnetresonanz (MR) und die Erfassung von radiographischen bzw. röntgenographischen Bildern des die Einrichtung umgebenden Gewebes mit hoher Auflösung.

Das Verfolgen einer innerhalb des Körpers angeordneten Einrichtung ist für viele diagnostische und therapeutische Anwendungen ein wichtiger Gesichtspunkt. Oft ist es wünschenswert, eine Einrichtung auszuwählen, die zur Erzeugung von Bildern von der der Einrichtung nächsten Umgebung verwendet werden kann. Diese Bilder können unter Verwendung von sichtbarem Licht, von Ultraschall oder Magnetresonanz erfaßt werden. Eine medizinische Anwendung von derartige Abbildungseinrichtungen besteht in der Erfassung von Magnetresonanz-Bildern von Aderwänden mit hoher Auflösung für die Darstellung und Unterscheidung zahlreicher Arten von Gewebe und Belägen. Für diese Anwendung wird die Abbildungseinrichtung in einen Katheter aufgenommen, der innerhalb einer ausgewählten Ader plaziert wird. Magnetresonanz- Abbildung ist für Gewebeunterscheidung gut geeignet, jedoch ist es, wenn kleine Empfangsspulen zum Erhalten von Bildern über kleine Ansichtsbereiche verwendet werden, erforderlich, den Ort der Empfangsspulen genau zu wissen, um sicherzustellen, daß der gewünschte Bereich der Anatomie innerhalb des Ansichtsbereichs ist.

Gegenwärtig besteht eine Notwendigkeit für ein einfaches Verfahren zur Nachführung einer Magnetresonanz-Abbildungseinrichtung in einem Magnetresonanz-Abbildungssystem, die nur eine geringe Modifizierung des existierenden Systems erfordert. Magnetresonanz-Nachführverfahren, die eine minimale Modifizierung eines Abbildungssystems erfordern, wurden zuvor im US- Patent 5 307 808, Dumoulin et al., "Tracking System And Pulse Sequences To Monitor The Position Of A Device Using Magnetic Resonance", erteilt am 3. Mai 1994, und im US-Patent 5 318 025, Dumoulin et al., "Tracking System To Monitor The Position And Orientation Of A Device Using Multiplexed Magnetic Resonance Detection", erteilt am 7. Juni 1994, offenbart. Diese Verfahren verwenden ein erfaßtes Magnetresonanz-Antwortsignal zur Bestimmung des Orts einer Einrichtung im Körper. Positionsinformationen werden in drei orthogonalen Richtungen mittels einer aufeinanderfolgenden Messung von Daten für jede orthogonale Richtung erhalten.

Eine Beschränkung des in den vorstehend erwähnten Patenten offenbarten Magnetresonanz-Nachführsystems besteht darin, daß die zur Bestimmung einer Position verwendete Empfangsspule einen beschränkten Empfindlichkeitsbereich besitzt, um Positionsfehler zu minimieren. Demzufolge besitzen Magnetresonanz-Bilder von die Nachführspule umgebendem Gewebe einen beschränkten Ansichtsbereich, wenn die Bilder mit der Nachführspule erzeugt werden. Gegenwärtig besteht ein Bedarf für eine eindringende bzw. invasive Einrichtung, die mit Magnetresonanz nachgeführt werden und zur Erzeugung von Magnetresonanzbildern ihrer Umgebung mit hoher Auflösung verwendet werden kann.

Eine eindringende Einrichtung, wie beispielsweise ein Katheter wird innerhalb eines Objekts positioniert und in Echtzeit mit einem Magnetresonanz-Abildungssystem mit einem Magneten, einem gepulsten Magnetfeld-Gradientensystem, einer Hochfrequenz- Sendeeinrichtung, einer Hochfrequenz-Empfangseinrichtung und einer Steuereinrichtung nachverfolgt. Die nachzuführende Einrichtung enthält nahe an ihrem Ende eine kleine Hochfrequenz- Spule (RF-Spule) mit einem neuen Entwurf, die sowohl zur Nachführung als auch zur Abbildung verwendet werden kann. Das Magnetresonanz-System erzeugt eine Reihe von Hochfrequenz- und Magnetfeld-Gradientenimpulsen, die ein resonantes Magnetresonanz-Antwortsignal von ausgewählten Kernspins innerhalb des Objekts hervorrufen. Dieses Antwortsignal induziert einen Strom in der an der Einrichtung angebrachten Hochfrequenz-Spule.

Während der Einrichtungsnachführung ist die räumliche Empfindlichkeit der Hochfrequenz-Spule niedrig und nur Kernspins in der nächsten Umgebung der Hochfrequenz-Spule werden von der Hochfrequenz-Spule erfaßt. Während der Abbildung jedoch wird die räumliche Empfindlichkeit der Hochfrequenz-Spule größer gemacht, um den Ansichtsbereich des Bilds anzupassen. Das Schalten des Empfindlichkeitsvolumens der Spule wird ansprechend auf Signale von der Steuereinrichtung durchgeführt.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Nachführung einer Magnetresonanz-Abbildungsspule innerhalb eines Körpers unter Verwendung von Magnetresonanz zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Nachführung einer Einrichtung in einem lebenden Körper während einer Magnetresonanz-Untersuchung zu schaffen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetresonanz-Bild von Gewebe mit hoher Auflösung zu bilden, wobei das Gewebe einen Katheter umgibt, der unter Magnetresonanzführung plaziert wurde.

Die als neu angesehenen Merkmale der Erfindung werden in Einzelheiten in den Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung selbst jedoch, sowohl ihr Aufbau als auch ihre Funktionsweise, zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung verstanden werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beim Betrieb beim Nachführen des Orts einer Einrichtung in einem Objekt,

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer sowohl für die Nachführung als auch die Abbildung geeigneten Hochfrequenz-Spule,

Fig. 2b eine perspektivische Darstellung der Aufnahme der Kombination Nachführ- und Abbildungsspule in einen Katheter,

Fig. 3a einen Graphen, bei dem die Magnetresonanz-Frequenz gegen die Position entlang einer einzelnen Achse in der Gegenwart eines angelegten Magnetfeld-Gradienten aufgetragen ist,

Fig. 3b einen Graphen, bei dem die Spulenempfindlichkeit gegen die Position für die kombinierte Nachführ- und Abbildungsspule, wenn die kombinierte Spule zur Nachführung des Katheters verwendet wird, aufgetragen ist,

Fig. 3c einen Graphen, bei dem die Spulenempfindlichkeit gegen die Position für die kombinierte Nachführ- und Abbildungs- Hochfrequenz-Spule, wenn die kombinierte Spule zum Erhalten von Magnetresonanz-Bildern von den Katheter umgebendem Gewebe verwendet wird, aufgetragen ist, und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines für eine die vorliegenden Erfindung verwendende Einrichtungsnachführung geeigneten Magnetresonanz-Abbildungssystems.

Gemäß Fig. 1 ist ein Objekt 100 auf einem Trägertisch 110 in einem von einem Magnet 125 in einem Magnetgehäuse 120 erzeugten homogenen Magnetfeld plaziert. Der Magnet 125 und das Magnetgehäuse 120 besitzen Zylindersymmetrie und sind im Aufschnitt gezeigt, um die Position des Objekts 100 erkennen zu lassen. Ein Bereich des Objekts 100, in den eine Einrichtung 150, gezeigt als ein Katheter, eingeführt ist, liegt im ungefähren Mittelpunkt des Kerns des Magneten 125. Das Objekt 100 ist von einem Satz von zylindrischen Magnetfeld-Gradientenspulen 130 umgeben, die zu vorbestimmten Zeitpunkten Magnetfeld-Gradienten vorbestimmter Stärke erzeugen. Die Gradientenspulen 130erzeugen Magnetfeld-Gradienten in drei gegenseitig aufeinander senkrechten Richtungen.

Eine externe Spule 140 umgibt auch den interessierenden Bereich des Objekts 100. Die Spule 140 ist als eine zylindrische externe Spule gezeigt, die einen ausreichenden Durchmesser besitzt, um das gesamte Objekt zu umgeben. Andere Geometrien, wie beispielsweise kleinere, speziell zur Abbildung des Kopfes oder einer Extremität entworfene Zylinder, können anstelle davon verwendet werden. Alternativ können nicht-zylindrische externe Spulen, wie beispielsweise Oberflächenspulen, verwendet werden. Die externe Spule 140 strahlt zu vorbestimmten Zeitpunkten und mit genügend Leistung bei der vorbestimmten Frequenz Hochfrequenzenergie in das Objekt 100 ab, die kernmagnetische Spins des Objekts 100 auf für den Fachmann wohlbekannte Weise nutiert. Die Nutation der Spins verursacht, daß sie bei der Larmor-Frequenz resonant sind. Die Larmor-Frequenz für jeden Spin ist direkt proportional zur Stärke des von dem Spin erfahrenen Magnetfelds. Diese Feldstärke ist die Summe des durch den Magnet 125 erzeugten statischen Magnetfelds und des durch die Magnetfeld-Gradientenspule 130 erzeugten lokalen Felds.

Die Einrichtung 150 wird von einem Bediener 160 in das Objekt 100 eingeführt und kann ein Führungsdraht, ein Katheter, ein Endoskop, ein Laparoskop, eine Biopsie-Nadel, chirurgisches Werkzeug, Therapie-Zuführungs-Werkzeug oder eine ähnliche Einrichtung sein. Die Einrichtung 150 kann entsprechend dem in dem vorstehend angeführten US-Patent 5 307 808, Dumoulin et al., nachgeführt werden. Diese Einrichtung enthält eine Hochfrequenz-Spule, die im Objekt ansprechend auf das von der externen Spule 140 erzeugte Hochfrequenz-Feld erzeugte Magnetresonanz- Signale erfaßt. Da die Hochfrequenz-Spule klein ist, ist der Bereich der Empfindlichkeit ebenfalls klein. Demzufolge besitzen die erfaßten Signale Larmor-Frequenzen, die nur von der Stärke des Magnetfelds in der unmittelbaren Nachbarschaft der Spule resultieren. Diese erfaßten Signale werden zu einer Abbildungs- und Nachführ-Einrichtung 170 gesendet, wo sie analysiert werden. Die Position der Einrichtung 150 wird in der Abbildungs- und Nachführ-Einrichtung 170 bestimmt und auf einer Anzeigeeinrichtung 180 angezeigt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Position der Einrichtung 150 mittels Überlagerung eines graphischen Symbols über ein herkömmliches Magnetresonanz-Bild, gesteuert durch eine Überlagerungseinrichtung (nicht gezeigt), angezeigt. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird das die Einrichtung 150 darstellende graphische Symbol diagnostischen Bildern überlagert, die mit anderen Abbildungssystemen, wie beispielsweise einer Computer-Tomographie-Abtasteinrichtung (CT-Abtasteinrichtung), einem Positronen-Emissions-Tomographie-System oder einer Ultraschall-Abtasteinrichtung erhalten wurden. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Position der Einrichtung numerisch oder als ein graphisches Symbol ohne Bezug auf ein diagnostisches Bild an.

Ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung 150 ist in den Fig. 2a und 2b genauer gezeigt. Eine kleine Hochfrequenz-Spule 200 ist über einen ersten Leiter 210, einen zweiten Leiter 215 und einen dritten Leiter 220 elektrisch mit dem Magnetresonanz- System verbunden, so daß ein erster Wicklungsabschnitt 201 direkt an den Leitern 215 und 220 und ein zweiter Wicklungsabschnitt 202 direkt an den Leitern 220 und 210 befestigt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung werden die Leiter 210 und 215 von dem Leiter 220 umgeben und getrennt, um ein Paar von Koaxialkabeln mit einem geteilten äußeren Schild zu bilden. Andere Ausführungsbeispiele, bei denen die Leiter 210 und 215 umgeben werden, aber nicht vom dritten Leiter 220 getrennt werden, sind auch möglich. Die Leiter 210, 215, 220 und die Hochfrequenz-Spule 200 sind in einer äußeren Schale 230 der Einrichtung 150 eingeschlossen, wie in Fig. 2b gezeigt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Magnetresonanz-Antwortsignale von dem ersten Leiter 210, dem zweiten Leiter 215 und dem dritten Leiter 220 entweder für Nachführ- oder für Abbildungszwecke verwendet. Wenn eine Erfassung von Nachführsignalen gewünscht ist, dann werden Signale vom ersten Leiter 210 unter Verwendung des dritten Leiters 220 als Stromrückkehrpfad verwendet. Das erfaßte Magnetresonanz- Antwortsignal wird zur Berechnung einer ersten Nachführposition verwendet. Die Magnetresonanz-Antwortsignale vom zweiten Leiter 215 unter Verwendung des dritten Leiters 220 als Stromrückkehrpfad werden bei der Berechnung einer zweiten Nachführposition verwendet. Die ersten und zweiten Nachführpositionen entsprechen zwei verschiedenen Orten auf der Einrichtung 150 und können zur Bestimmung der Richtung der Einrichtung 150 verwendet werden, wenn es gewünscht ist.

Wenn jedoch die Erfassung von Abbildungssignalen gewünscht ist, dann werden Signale vom ersten Leiter 210 unter Verwendung des zweiten Leiters 215 als Stromrückkehrpfad erfaßt. Auf diese Weise erfaßte Magnetresonanz-Antwortsignale werden von einem größeren Bereich rund um die Einrichtung 150 erfaßt als die während der Magnetresonanz-Nachführung erfaßten. In einem Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung wird die Wicklungsrichtung des Teils der Spule 200 zwischen dem ersten Leiter 210 und dem dritten Leiter 220 entgegengesetzt zu der Wicklungsrichtung des Teils der Spule 200 zwischen dem dritten Leiter 220 und dem zweiten Leiter 215 gewählt. Dies vergrößert den Empfindlichkeitsabstand von der Einrichtung 150.

Gemäß Fig. 3a ist die Larmorfrequenz eines Spins als im wesentlichen proportional zu seiner Position gezeigt, wenn ein Magnetfeld-Gradient angelegt wird. Ein an einem Mittelpunkt 300 der Gradientenspule 130 (Fig. 1) angeordneter Spin präzediert bei einer Larmor-Frequenz f&sub0;. Die Larmor-Frequenz f&sub0; am Punkt 300 ist allein durch das vom Magneten 125 (Fig. 1) erzeugte statische Magnetfeld bestimmt. Ein Spin an einem Ort 310 besitzt eine durch die Summe des statischen Magnetfelds und des zusätzlichen an diesem Ort von der Magnetfeld-Gradientenspule 130 (Fig. 1) erzeugten Magnetfelds bestimmte Larmor-Frequenz f&sub1;. Da die Gradientenspulenantwort 320 im wesentlichen linear ist, ist die Larmor-Frequenz des Spins im wesentlichen proportional zur Position.

Die Magnetresonanz-Signalantwort von einem Magnetresonanzaktiven, dem in Fig. 3a gezeigten, Magnetfeld-Gradienten unterworfenen Objekt ist eine Funktion sowohl des Magnetfeld-Gradienten als auch der räumlichen Empfindlichkeit der zur Erfassung der Magnetresonanz-Signale verwendeten Hochfrequenz-Spule.

Fig. 3b veranschaulicht ein typisches räumliches Empfindlichkeitsprofil für die Spule 200, wenn Magnetresonanz-Signale vom ersten Leiter 210 unter Verwendung des dritten Leiters 220 als Stromrückkehrpfad erfaßt werden.

Fig. 3c veranschaulicht ein typisches räumliches Empfindlichkeitsprofil für die Spule 200, wenn Magnetresonanz-Signale vom ersten Leiter 210 unter Verwendung des zweiten Leiters 215 als Stromrückkehrpfad erfaßt werden. Es ist festzustellen, daß das räumliche Antwortprofil in Fig. 3c größer als das in Fig. 3b ist. Das größere Profil aus Fig. 3c ist für die Verwendung zur Abbildung vorteilhaft, während das kleinere Profil aus Fig. 3b für die Verwendung zur Nachführung vorteilhaft ist.

Die Hochfrequenz-Spule aus Fig. 2a zeigt zwei verbundene Wicklungsabschnitte 201, 202. Der erste Leiter 210 ist mit einem Ende des Wicklungsabschnitts 202 verbunden. Der zweite Leiter 215 ist mit dem entgegengesetzten Ende des Wicklungsabschnitts 201 verbunden. Zumindest ein Leiter 220 ist zwischen den Wicklungsbereichen mit der Hochfrequenz-Spule verbunden. In dem hier offenbarten Ausführungsbeispiel besitzt die Hochfrequenz- Spule 200 zwei Wicklungsabschnitte. Andere Ausführungsbeispiele, bei denen die Spule 200 eine größere Anzahl von Wicklungsabschnitten aufweist, sind ebenfalls möglich und könnten zur Bildung zusätzlicher Nachführinformationen und größerer Empfindlichkeitsvolumen für die Abbildung verwendet werden.

Gemäß Fig. 4 arbeitet eine Leiterauswahleinrichtung 250 in einer von zwei Betriebsarten, einer Abbildungsbetriebsart oder einer Nachführbetriebsart. Beim Betrieb in der Abbildungsbetriebsart wählt die Leiterauswahleinrichtung 250 ein Paar von Leitern auf der Grundlage eines gewünschten Ansichtsbereich aus, wobei ein größerer Ansichtsbereich durch Auswahl der an den Spulenwicklungen befestigten Leiter erhalten wird, die einen größeren physikalischen Abstand besitzen. Magnetresonanz- Antwortsignale vom Objekt 100 werden durch die Wicklungsabschnitte zwischen dem ausgewählten Paar von Leitern erfaßt.

Die Leiterauswahleinrichtung 250 arbeitet auch in einer Nachführbetriebsart, wobei Signale von zumindest einem Paar von Leitern ausgewählt und ein Magnetresonanz-Antwortsignal von Wicklungsabschnitten zwischen den ausgewählten Leitern empfangen werden. Typischerweise wird es gewünscht, einen einzelnen Punkt örtlich festzulegen, und daher ist es vorteilhaft, Magnetresonanz-Antwortsignale von einer kleinen Anzahl von Wicklungsabschnitten zu empfangen, möglicherweise nur einem Abschnitt, um einen Ort zu bestimmen. Auch können zahlreiche Orte nachgeführt werden, um die Orte von zahlreichen Wicklungsabschnitten zu bestimmen, um die Richtung der Einrichtung 150 zu bestimmen, wie im vorstehend erwähnten US-Patent 5 318 025, Dumoulin et al, erteilt am 7. Juni 1994, offenbart.

Aufgrund der Reziprozität können die Sende- und Empfangsfunktionen des Hochfrequenzspulen vertauscht werden, wenn es gewünscht wird. Es ist auch möglich, jedes Magnetresonanz- Antwortsignal zeitgemultiplexed für sowohl Sende- als auch Empfangsfunktionen zu verwenden.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines für die Abbildung und Einrichtungsnachführung geeigneten Magnetresonanz-Systems. Das System umfaßt eine Steuereinrichtung 900, die Steuersignale zu einem Satz von Magnetfeld-Gradientenverstärkereinrichtungen 910 zuführt. Diese Verstärkereinrichtungen 910 steuern Magnetfeld- Gradientenspulen 130, die innerhalb der Magnetumhüllung 120(Fig. 1) liegen. Die Gradientenspulen 130 können Magnetfeld- Gradienten in drei gegenseitig aufeinander senkrechten Richtungen erzeugen. Die Steuereinrichtung 900 erzeugt auch Signale, die zu einer Sendeeinrichtung 930 geschickt werden. Diese Signale von der Steuereinrichtung 900 veranlassen die Sendeeinrichtung 930 zur Erzeugung von Hochfrequenz-Impulsen (RF- Impulsen) mit einer ausgewählten Frequenz und einer geeigneten Leistung zum Nutieren ausgewählter Spins in dem innerhalb der externen Spule 140 liegenden Bereich des Objekts, die zugleich innerhalb des Kerns des Magneten 125 liegt. Ein Magnetresonanz- Antwortsignal wird in der Hochfrequenz-Spule 200 (Fig. 2) induziert, die mit einer Empfangseinrichtung 940 verbunden ist. Die Empfangseinrichtung 940 kann Magnetresonanz-Signale von dem ersten Leiter 210 mit dem dritten Leiter 220 als Stromrückkehrpfad zur Verwendung für die Nachführung empfangen. Alternativ kann die Empfangseinrichtung 940 Magnetresonanz-Signale von dem ersten Leiter 210 mit dem zweiten Leiter 215 als Stromrückkehrpfad zur Verwendung für die Abbildung empfangen. Die Auswahl der jeweils durch die Empfangseinrichtung 940 verwendeten Leiter wird von der Steuereinrichtung 900 bestimmt.

Die Empfangseinrichtung 940 verarbeitet das Magnetresonanz- Signal durch Verstärkung, Demodulierung, Filterung und Digitalisierung. Die Steuereinrichtung 900 sammelt auch Signale von der Empfangseinrichtung 940 und leitet sie zu einer Berechnungseinrichtung 950, wo sie verarbeitet werden. Bei Verwendung zur Nachführung wendet die Berechnungseinrichtung 950 eine Fouriertransformation auf das von der Steuereinrichtung 900 empfangene Signal an, um auf eine Position der Spule 200 zu kommen. Bei Verwendung zur Abbildung wendet die Berechnungseinrichtung 950 eine Fouriertransformation auf das von der Steuereinrichtung empfangene Signal an, um ein Bild des die Spule 200 umgebenden Gewebes zu erhalten. Die von der Berechnungseinrichtung 950 berechneten Ergebnisse werden auf einer Bildanzeigeinrichtung 180 angezeigt.

Magnetresonanz-Abbildung und Einrichtungsnachführung können mit viel von demselben Hardware-System durchgeführt werden, wenn es gewünscht wird. Es ist auch möglich, die Bilderfassung mit der Nachführung abzuwechseln bzw. zu durchsetzen, so daß beide ungefähr zur selben Zeit durchgeführt werden. Alternativ kann eine gleichzeitige Nachführung und Abbildung ohne Abwechslung bzw. Durchsetzen erfolgen, indem die Gradientensignalformen eines Abbildungsvorgangs und das von der Hochfrequenz-Spule 200 innerhalb der Einrichtung 150 erfaßte Magnetresonanz-Signal analysiert werden, um den Ort der Einrichtung 150 zu bestimmen.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung führt die innerhalb der Einrichtung 150 lokalisierte Hochfrequenz- Spule 200 eine Empfangsfunktion durch. Es existiert jedoch Reziprozität zwischen den Sende- und Empfangsspulen und Nachführsysteme, in denen die Hochfrequenz-Spule 200 in der Einrichtung 150 zum Senden von Hochfrequenz-Energie verwendet wird und die externe Spule 140 zum Empfang des Magnetresonanz-Antwortsignals verwendet wird, sind möglich.

Während zahlreiche gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele des neuen Magnetresonanz-Nachführsystems genau beschrieben wurden, werden für den Fachmann viele Modifizierungen und Veränderungen offensichtlich. Daher ist es verständlich, daß die Erfindung nur durch den Schutzbereich der Ansprüche beschränkt sein soll.

Eine neue an einer eindringenden Einrichtung, wie beispielsweise einem Katheter, befestigte Hochfrequenz-Spule wird zur Erfassung von Magnetresonanz-Signalen zur Beobachtung der Position der Einrichtung innerhalb eines Objekts und zur Erfassung von Magnetresonanz-Bildern des die Einrichtung umgebenden Gewebes mit hoher Auflösung verwendet. Die neue Spule ist während der Nachführvorgänge für ein kleines Volumen des Magnetresonanz-aktiven Gewebes, aber während Abbildungsvorgängen für ein größeres Volumen empfindlich. Während der Nachführung werden die Magnetresonanz-Signale in der Anwesenheit von Magnetfeld- Gradienten erfaßt und besitzen somit Frequenzen, die im wesentlichen proportional zum Ort der Spule entlang der Richtung des angelegten Gradienten ist. Signale werden ansprechend auf angelegte magnetische Gradienten erfaßt, um die Position der Spule in zahlreichen Dimensionen zu bestimmen. Die Position der neuen Spule und damit der Einrichtung, so wie sie von dem Nachführsystem bestimmt ist, wird unabhängig davon erfaßten medizinischen diagnostischen Bildern überlagert. Magnetresonanz-Bilder des die neue Spule umgebenden Gewebes können mittels Erfassung der Magnetresonanz-Antwortsignale von der neuen Spule unter Verwendung von Gradienten-abgerufenen, Spin-Echo- oder anderen Magnetresonanz-Abbildungsfolgen erhalten werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Magnetresonanz-System zur Beobachtung des Orts einer Einrichtung (150) innerhalb eines Objekts (100) und zum Erhalten von Bildern von der Einrichtung (150), mit:
    1. a) einer Einrichtung (125) zum Anlegen eines homogenen statischen Magentfelds mit im wesentlichen einheitlicher Amplitude über das Objekt (100),
    2. b) einer Hochfrequenz-Sendeeinrichtung (930) zum Senden von Hochfrequenz-Energie einer ausgewählten Dauer, Amplitude und Frequenz in das Objekt (100), um eine Nutation einer ausgewählten Gesamtheit von Spins in dem Objekt (100) zu verursachen,
    3. c) einer Einrichtung (910) zur Veränderung der Amplitude des Magnetfelds in einer ausgewählten Anzahl von räumlichen Dimensionen, um einen Magnetfeld-Gradienten in einer ausgewählten Richtung zu bilden,
    4. d) einer in der Einrichtung (150) enthaltenen Hochfrequenz- Spuleneinrichtung (200), die ein Magnetresonanz-Antwortsignal von einem ausgewählten von ersten oder zweiten verschieden großen Volumen empfangen kann,
    5. e) einer an der Hochfrequenz-Spuleneinrichtung (200) befestigten Erfassungseinrichtung (940) zur Erfassung einer ersten Magnetresonanz-Antwortsignals von dem ersten Volumen und eines zweiten Magnetresonanz-Antwortsignals von dem zweiten Volumen,
    6. f) einer auf die Erfassungseinrichtung (940) ansprechenden Berechnungseinrichtung (950) zur Berechnung eines Orts der Einrichtung (150) aus dem ersten erfaßten Magnetresonanz-Antwortsignal und zur Berechnung eines Magnetresonanz-Bilds aus einer Vielzahl von zweiten Magnetresonanz-Antwortsignalen,
    7. g) einer mit der Sendeeinrichtung (930), der Erfassungseinrichtung (940), der Berechnungseinrichtung (950) und der Einrichtung (910) zur Veränderung des Magnetfelds verbundenen Steuereinrichtung (900) zur Aktivierung der Sendeeinrichtung (930), der Erfassungseinrichtung (940), der Berechnungseinrichtung (950) und der Einrichtung (910) zur Veränderung des Magnetfelds entsprechend einer gewünschten Magnetresonanz-Folge, und
    8. h) einer auf die Berechnungseinrichtung (950) ansprechenden Anzeigeeinrichtung (180) zur Anzeige des Orts der Einrichtung (150) und des Magnetresonanz-Bilds von dem zweiten Volumen des Objekts für einen Bediener (160).
  2. 2. System nach Anspruch 1, weiterhin mit:
    1. a) einer Einrichtung (170) zur Erfassung eines medizinisch diagnostischen Bilds des Objekts (100), und
    2. b) einer Überlagerungseinrichtung zur Überlagerung eines Symbols über das medizinisch diagnostische Bild an einer den berechneten Ort der Einrichtung (150) darstellenden Position.
  3. 3. System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (150) eines aus der Gruppe Eindrahtwellenleiter, Katheter, Endoskop, Laparoskop und Biopsie-Nadel umfaßt.
  4. 4. System nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (150) ein chirurgisches Werkzeug aufweist.
  5. 5. System nach Spruch 1, wobei die Einrichtung (150) eine therapeutische Einrichtung aufweist.
  6. 6. System nach Anspruch 2, wobei die Einrichtung (170) zur Erfassung eines medizinischen diagnostischen Bilds ein Magnetresonanz-Abbildungssystem aufweist.
  7. 7. Magnetresonanz-Abbildungs- und Nachführsystem zur Nachführung einer Hochfrequenzspule (200) und zum Erhalten von Magnetresonanz-Bildern eines ausgewählten Ansichtsbereichs nahe der Hochfrequenzspule (200), wobei die Hochfrequenzspule (200) folgendes umfaßt:
    1. a) eine Vielzahl von verbundenen Wicklungsabschnitten (201, 202),
    2. b) einen ersten mit einem ersten Ende der verbundenen Wicklungsabschnitte (201, 202) verbundenen Leiter (210),
    3. c) einen zweiten mit einem zweiten Ende der verbundenen Wicklungsabschnitte (201, 202) verbundenen Leiter (215),
    4. d) zumindest einen Leiter (220) zwischen den Wicklungsabschnitten (201, 202),
    5. e) eine Leiterauswahleinrichtung (250), die in einer Abbildungsbetriebsart zur Auswahl eines Paars von Leitern auf der Grundlage eines gewünschten Ansichtsbereichs eines Bilds und zum Empfang eines von den Wicklungsabschnitten zwischen dem ausgewählten Paar von Leitern erfaßten Magnetresonanz-Antwortsignal, wobei die Leiterauswahleinrichtung (250) auch in einer Nachführbetriebsart arbeitet, zur Auswahl zumindest eines Paars von Leitern und zum Empfang eines Magnetresonanz-Antwortsignals von den Wicklungsbereichen zwischen den ausgewählten Leitern.
  8. 8. Magnetresonanz-Abbildungs- und Nachführsystem zur Nachführung einer Hochfrequenz-Spule (200) und zum Erhalten von Magnetresonanz-Bildern von einem ausgewählten Ansichtsbereich nahe der Hochfrequenzspule (200), wobei die Hochfrequenz-Spule (200) folgendes umfaßt:
    1. a) eine Vielzahl von verbundenen Wicklungsabschnitten (201, 202),
    2. b) einen ersten mit einem ersten Ende der verbundenen Wicklungsabschnitte (201, 202) verbundenen Leiter (210),
    3. c) einem zweiten mit einem zweiten Ende der verbundenen Wicklungsabschnitte (201, 202) verbundenen Leiter (215),
    4. d) zumindest einem Leiter (220) zwischen den Wicklungsabschnitten (201, 202), und
    5. e) einer in einer Abbildungsbetriebsart arbeitenden Leiterauswahleinrichtung (250) zur Auswahl eines Paars von Leitern auf der Grundlage eines gewünschten Erregungsvolumens, und zum Senden von Hochfrequenz-Energie durch die Wicklungsabschnitte zwischen dem ausgewählten Paar von Leitern, wobei die Leiterauswahleinrichtung (250) auch in einer Nachführbetriebsart arbeitet, zur Auswahl zumindest eines Paars von Leitern und zum Senden von Hochfrequenz-Energie durch Wicklungsabschnitte zwischen den ausgewählten Leitern.






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