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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme von Magnetresonanzdaten mit einer Magnetresonanzeinrichtung, wobei sowohl Protonen als auch Natrium angeregt werden und ein Protonmagnetresonanzdatensatz und ein Natriummagnetresonanzdatensatz aufgenommen werden.
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Die Natrium-Bildgebung ist als ein Zweig der Magnetresonanzforschung bereits bekannt. Vor allem im Hinblick auf klinische Fragestellungen wird sie als interessant angesehen, da zahlreiche Indikationen mit einer erhöhten Natrium-Konzentration in der Haut oder in einem Muskel assoziiert werden. Jedoch existieren im Bereich der Natrium-Bildgebung einige Probleme.
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So liefert die Natrium-Bildgebung ein vergleichsweise schwaches Signal, so dass ein geringes Signal-zu-Rausch-Verhältnis vorliegt. Dies führt üblicherweise zu einer relativ schlechten räumlichen Auflösung von Natriummagnetresonanzdatensätzen. Üblich sind beispielsweise Voxel, deren Kantenlänge 3 mm beträgt. Mithin werden zur genauen anatomischen Zuordnung der Natriummagnetresonanzdaten Protonmagnetresonanzdaten auf der Basis von Protonensignalen benötigt.
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In diesem Zusammenhang ist es bekannt, eine Natriumbildgebung und eine Protonenbildgebung sequentiell hintereinander durchzuführen. Dabei treten vor allem Probleme aufgrund der Patientenbewegung und der gesamten Messdauer auf. Zum einen werden genaue anatomische Zuordnungen äußerst schwierig und die klinische Nutzbarkeit fällt aufgrund der Messzeiterhöhung deutlich ab.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, schnellere Aufnahmezeiten und eine bessere räumliche Zuordnung bei kombinierten Protonen- und Natriumbildgebungsaufnahmen zu erreichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Protonmagnetresonanzdaten und die Natriummagnetresonanzdaten während eines einzigen Aufnahmevorgangs aufgenommen werden.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, nicht mehr zwei aufeinanderfolgende Aufnahmevorgänge vorzusehen, sondern einen einzigen Aufnahmevorgang zu verwenden, so dass die Protonmagnetresonanzdaten und die Natriummagnetresonanzdaten letztlich, insbesondere bezüglich des Bewegungszustandes des aufzunehmenden Objekts, im erweiterten Sinne „gleichzeitig“ aufgenommen werden. Eine Messung von Natrium- und Protonensignalen in einem einzigen Aufnahmevorgang ist aufgrund der verschiedenen Resonanzfrequenzen möglich, wobei das gyromagnetische Moment bei 42,6 MHz/T für Protonen liegt und bei 11,2 MHz/T für Natrium.
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Dabei ist es in einer ersten, weniger bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich denkbar, dass die Protonmagnetresonanzdaten und die Natriummagnetresonanzdaten in abwechselnden Aufnahmezyklen, insbesondere mit jeweils einem Aufnahmezyklus für Protonmagnetresonanzdaten und Natriummagnetresonanzdaten während eines Repetitionszyklus, aufgenommen werden. Das bedeutet, die Magnetresonanzsignale der beiden Frequenzen können zeitlich verschachtelt („interleaved“) aufgenommen werden. In jedem Repetitionsintervall (TR) werden dabei zunächst die Protonen angeregt und das entsprechende Signal empfangen, wonach die Natriumkerne angeregt und das entsprechende Signal empfangen wird. Auf diese Weise erhält man zwar ebenfalls den Vorteil, dass Patientenbewegungen im Wesentlichen gleich auf beide Magnetresonanzdatensätze wirken, es verbleibt jedoch der Nachteil, dass die für das Signal-Rausch-Verhältnis entscheidende Gesamtdauer der Empfangsintervalle zwischen den beiden Frequenzen aufgeteilt werden müsste.
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Daher ist in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass die Protonmagnetresonanzdaten und Natriummagnetresonanzdaten parallel aufgenommen werden, wobei im Wesentlichen gleichzeitige Anregungspulse und Empfangszeiten versendet werden. Insbesondere ist dabei eine vollständige Gleichzeitigkeit der Anregungen und der Empfangszeiten gegeben, wobei darauf hingewiesen sei, dass die Begrifflichkeit „im Wesentlichen gleichzeitig“ für den Fachmann verständlich auf die Möglichkeiten der technischen Realisierung, insbesondere im Hinblick auf die Leistung der Elektronik bei der Erzeugung der Anregungssignale, abstellt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Anregungspulse und/oder die Empfangszeiten maximal um eine Millisekunde versetzt sind. In dieser besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht nur ein Fall gegeben, in dem die Bewegungen gleich auf beide Signalarten wirken, sondern es muss aufgrund der parallelen Datenaufnahme auch keine Aufteilung der Empfangszeit vorgenommen werden, so dass auch ein akzeptables Signal-zu-Rausch-Verhältnis erhalten werden kann.
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Dabei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass zum Empfang der Magnetresonanzdaten eine doppelresonante Empfangsspule oder eine Spulenelemente für Natrium und Protonen, insbesondere in übereinander angeordneten Lagen, aufweisende Empfangsspule verwendet wird. Bevorzugt ist es dabei, eine doppelresonant beschaltete Empfangsspule zu verwenden, so dass dasselbe Spulenelement für beide Frequenzen benutzt werden kann. Es ist aber auch denkbar, getrennte Spulenelemente beispielsweise auf übereinanderliegenden Schalen anzuordnen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Sendespule und/oder Empfangsspule wenigsten eine an einem Patienten anzuordnende Lokalspule verwendet wird. Das aufzunehmende Objekt, insbesondere ein aufzunehmender Patient, wird also mit einer kombinierten Natrium- und Protonenempfangsspule ausgestattet, so dass möglichst nahe am Entstehungsort der Magnetresonanzsignale gemessen werden kann. Würde zum Empfangen der Magnetresonanzsignale eine in der Magnetresonanzeinrichtung verbaute Körperspule eingesetzt, wäre ein geringeres Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erwarten. Gerade im Hinblick auf die Natriumbildgebung erweist es sich als vorteilhaft, ein höheres Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erhalten. Die Sendefunktion kann dabei wahlweise in die Lokalspule integriert sein oder über die fest in der Magnetresonanzeinrichtung installierte Körperspule erfolgen.
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Innerhalb der Messsequenz werden die Natriumkerne und die Protonen also (im Wesentlichen) gleichzeitig angeregt. Dabei kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass dieselben Gradientenpulse für beide Kernarten verwendet werden, so dass die Gradientenelemente der Sequenz auf beide Spin-Ensembles wirken. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass auch Inversionspulse und/oder Löschpulse (Spoiler) für Protonen und Natrium im Wesentlichen gleichzeitig gleichzeitig gesendet werden.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass für die Protonmagnetresonanzdaten und die Natriummagnetresonanzdaten unterschiedliche Auslesekanäle verwendet werden oder eine Breitbandauslese zur simultanen Erfassung der Protonmagnetresonanzdaten und der Natriummagnetresonanzdaten erfolgt. Es kann also für beide Frequenzbänder jeweils ein separater Auslesekanal vorgesehen werden, alternativ ist es denkbar, eine Breitbandauslese zur simultanen Erfassung beider Frequenzbänder zu realisieren.
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In dem Fall, dass für die Natriummagnetresonanzdaten und die Protonmagnetresonanzdaten jeweils eine entsprechende Anzahl von Empfangsspulenelementen vorgesehen sind, kann vorgesehen sein, dass eine beschleunigte parallele Empfangstechnik, insbesondere SENSE oder GRAPPA, versendet wird. Analog hierzu ist es auch denkbar, eine mehrkanalige Sendetechnik für beide Kernarten, insbesondere gleichzeitig zu verwenden. Auf diese Weise kann eine weitere Beschleunigung der Bildgebung erreicht werden.
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Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass bei der Aufnahme der Protonmagnetresonanzdaten und der Natriummagnetresonanzdaten der gleiche Ablauf der gleichen Gradientenpulse verwendet wird. Dies kann auch bei dem zuerst vorgesehenen Ausführungsbeispiel, wobei eine zeitlich verschachtelte Aufnahme erfolgt, vorgesehen werden, um den Gesamtablauf zu vereinfachen und besser vergleichbare Daten zu gewinnen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine räumliche Kalibrierung zur späteren gemeinsamen Auswertung des Protonmagnetresonanzdatensatzes und des Natriummagnetresonanzdatensatzes durchgeführt wird, insbesondere anhand einer Messung an einem Phantom. Um beispielsweise eine korrekte anatomische Zuordnung der aus den Protonmagnetresonanzdaten bekannten Anatomie zu den Natriummagnetresonanzdaten zu erreichen, muss sichergestellt sein, dass eine bekannte Zuordnung der Voxel der beiden Magnetresonanzdatensätze existiert, wozu mit besonderem Vorteil eine Kalibrierung zur Gewinnung von Kalibrationsdaten durchgeführt wird. Dann ist die Zuordnung der K-Raum-Werte zu bestimmten Orten für beide Magnetresonanzdatensätze bekannt, nachdem aufgrund der unterschiedlichen Resonanzfrequenzen ja ein Faktor bezüglich der K-Raum-Werte existiert. Besonders bevorzugt wird hier eine Phantom-Kalibrierung, wobei ein entsprechendes Phantom beispielsweise ein Natrium-Muster enthalten kann und dergleichen.
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Besonders vorteilhaft, insbesondere im Hinblick auf eine klinische Auswertung der aufgenommenen Magnetresonanzdaten, ist es, wenn ein Gesamtdatensatz durch Überlagerung des Protonmagnetresonanzdatensatzes und des Natriummagnetresonanzdatensatzes ermittelt und angezeigt wird. Auf diese Weise können, insbesondere aufgrund der Kalibrierung, Variationen der Natriumkonzentration den in hoher Auflösung dargestellten Details der Anatomie ortsgenau zugeordnet werden. Es wird mithin eine höhere diagnostische Sicherheit erreicht.
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Dabei kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in dem Gesamtdatensatz die Protonmagnetresonanzdaten in Graustufen dargestellt werden, wobei den Protonmagnetresonanzdaten die Natriummagnetresonanzdaten in farbiger und/oder wenigstens teilweise transparenter Darstellung überlagert sind. Es ist also möglich, die Protonmagnetresonanzdaten beispielsweise in schwarz-weiß, wie grundsätzlich bekannt, darzustellen, und diesen die Natriummagnetresonanzdaten in farblicher, hinreichend transparenter Überlagerung hinzuzufügen. Auf diese Weise entsteht ein besonders einfach verständliches und intuitiv erfassbares Bild.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass dann, wenn auf beide Kernarten der gleiche Zeitverlauf der Grundfeldgradienten einwirkt, aufgrund des ca. vier mal kleineren gyromagnetischen Verhältnisses des Natrium-Spin-Ensembles, wie bereits bezüglich der Kalibrierung erwähnt, die K-Raumabtastung für beide Messdatensätze zwar ähnlich ist, die Ortsfrequenzen jedoch für das Natrium um einen Faktor 4 herunterskaliert sind. Das bedeutet, dass der Natriummagnetresonanzdatensatz eine ca. vierfach reduzierte räumliche Auflösung aufweist. Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass vorteilhafterweise die damit einhergehende Zunahme des Voxelvolumens um einen Faktor 64 zu dem bereits diskutierten limitierten Signal-zu-Rausch-Verhältnis der Natriummessung passt, das bedeutet, es ist ohnehin sinnvoll, für die Natriummagnetresonanzdaten größere Voxelgrößen herzunehmen, die sich bei der gleichzeitigen Aufnahme letztlich „automatisch“ ergeben.
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In diesem Zusammenhang kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ferner vorgesehen sein, dass die Natriummagnetresonanzdaten, insbesondere mittels Splines, derart interpoliert werden, dass ein interpolierter Natriummagnetresonanzdatensatz mit derselben Ortsauflösung wie der Protonmagnetresonanzdatensatz ermittelt und der Überlagerung zugrunde gelegt werden kann. Der Natriummagnetresonanzdatensatz wird mithin auf die Ortsauflösung des Protonmagnetresonanzdatensatzes hochgerechnet, wobei zur Interpolation mit besonderem Vorteil Spline-Funktionen herangezogen werden, die es besonders zweckmäßig erlauben, die Auflösung zu erhöhen. Dies verbessert den Gesamteindruck des dargestellten Gesamtdatensatzes, wobei dennoch ein robustes Verfahren gegeben ist, da, wie oben dargelegt, die Aufnahme der Daten letztlich auf das Signal-zu-Rausch-Verhältnis hin optimiert erfolgt.
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Insgesamt ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren also, Verbesserungen im Hinblick auf die Aufnahmezeit, die Störung durch Bewegungen und hinsichtlich des klinischen Aussagegehalts bereitzustellen, so dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine bessere Nutzbarkeit im medizinischen Sektor gegeben ist.
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Realisiert werden kann die Datenaufnahme beispielsweise durch eine entsprechend ausgebildete Magnetresonanzeinrichtung, wobei die entsprechenden Aufnahmesequenzen beispielsweise durch eine zentrale Steuereinrichtung der Magnetresonanzeinrichtung entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteuert werden können. Auch die beschriebenen Auswerteschritte, insbesondere bezüglich der Überlagerung, können innerhalb einer Magnetresonanzeinrichtung, insbesondere durch die Steuereinrichtung, automatisch durchgeführt werden. Dabei kann die Magnetresonanzeinrichtung insbesondere Lokalspulen umfassen, die an einem Patienten angeordnet werden können und zur parallelen Aufnahme von Natriummagnetresonanzdaten und Protonmagnetresonanzdaten geeignet sind, insbesondere aufweisend doppelresonante Spulenelemente.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 eine Prinzipskizze einer Magnetresonanzeinrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit dem Protonmagnetresonanzdaten und Natriummagnetresonanzdaten während eines einzigen Aufnahmevorgangs aufgenommen werden sollen.
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Vor einem konkreten Aufnahmevorgang, mithin zeitlich nicht näher mit diesem korreliert, findet zunächst in einem Schritt 1 eine Kalibrierung statt. Die Kalibrierung dient dazu, die K-Raum-Werte für die Natriummagnetresonanzdaten und die Protonmagnetresonanzdaten aufeinander abzugleichen, so dass Voxel im Natriummagnetresonanzdatensatz eindeutig Voxeln im Protonmagnetresonanzdatensatz zugeordnet werden müssen. Dies ist aufgrund der unterschiedlichen K-Raum-Abtastung für beide Kernarten sinnvoll. Vorliegende wird ein Phantom verwendet, von dem jeweils Protonmagnetresonanzdaten und Natriummagnetresonanzdaten aufgenommen werden. Diese werden dann aufgrund spezieller, in den Daten auffindbarer Eigenschaften des Phantoms miteinander abgeglichen, so dass die gewollte Zuordnung aufgefunden werden kann. Für eine konkrete Aufnahme eines Natriummagnetresonanzdatensatzes und eines Protonmagnetresonanzdatensatzes erfolgt dann im hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Schritt 2 eine parallele Aufnahme von Protonmagnetresonanzdaten und Natriummagnetresonanzdaten, das bedeutet, es werden gleichzeitige (zumindest im Rahmen der technischen Möglichkeiten) Anregungspulse und Empfangszeiten verwendet. Die Messsequenz regt die Natriumkerne und die Protonen also im Wesentlichen gleichzeitig an, wobei die Gradientenelemente der Messsequenz auf beide Spin-Ensembles wirken, das bedeutet, aufgrund der parallelen Vorgänge liegt selbstverständlich beiden Messungen der gleiche Ablauf der gleichen Gradientenpulse zugrunde. Auch Inversionspulse und Löschpulse (Spoiler) werden für beide Spin-Ensembles im Wesentlichen gleichzeitig geschickt. Sodann werden in einem Empfangszeitraum die Proton-Signale und die Natrium-Signale ebenso (im Wesentlichen) gleichzeitig aufgenommen.
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Hierzu ist vorgesehen, den Patienten mit einer kombinierten Natrium- und Protonen-Empfangs-Lokalspule auszustatten, wobei die Spulenelemente in im Stand der Technik bekannter Weise doppelresonant beschaltet werden, dass dasselbe Spulenelement für beide Frequenzen benutzt werden kann. Die Lokalspule kann auch zum Senden verwendet werden, es ist jedoch auch möglich, die üblicherweise in der Magnetresonanzeinrichtung fest installierte Körperspule (body coil) zu verwenden.
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Es sei noch darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich auch denkbar ist, statt doppelresonant beschaltbarer Lokalspulen getrennte Spulenelemente für beide Kernarten vorzusehen, die dann beispielsweise auf übereinanderliegenden Schalen angeordnet werden können. In beiden Fällen ist während des Empfangszeitraums eine (im Wesentlichen) gleichzeitige Aufnahme der Protonmagnetresonanzdaten und der Natriumresonanzdaten möglich.
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Es ist sowohl denkbar, für beide Frequenzbänder jeweils einen separaten Auslesekanal vorzusehen als auch eine Breitbandauslese zur simultanen Erfassung beider Frequenzbänder zu realisieren.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass es prinzipiell auch denkbar wäre, jedoch weniger bevorzugt, die Magnetresonanzsignale der beiden Frequenzen zeitlich verschachtelt aufzunehmen, wobei also in jedem Repetitionsintervall zunächst die Protonen angeregt und deren Signale empfangen werden, woraufhin dies für die Natriumkerne vorgenommen wird.
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Zudem sei darauf hingewiesen, dass dann, wenn für beide Frequenzen beziehungsweise Kernarten unterschiedliche Spulenelemente vorgesehen sind, beispielsweise in mehreren Lagen übereinander angeordnet, zum Empfang beschleunigte parallele Empfangstechniken, beispielsweise SENSE oder GRAPPA, eingesetzt werden können. Auch bezüglich des Sendens ist ein mehrkanaliges Sendeverfahren denkbar.
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Als Ergebnis des eigentlichen Aufnahmevorgangs erhält man mithin einen Protonmagnetresonanzdatensatz 3 und einen Natriummagnetresonanzdatensatz 4. Dabei sind aufgrund der unterschiedlichen K-Raum-Abtastungen für beide Kernarten aufgrund des resultierenden Unterschieds in der Skalierung der Ortsfrequenzen auch Unterschiede in der Auflösung gegeben, wobei der Natriummagnetresonanzdatensatz 4 eine vierfach reduzierte Auflösung aufweist, so dass das Voxelvolumen dort um einen Faktor 64 größer als das Voxelvolumen im Protonmagnetresonanzdatensatz 3 ist. Dies ist jedoch im Hinblick auf das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, das bei der Natriummessung limitiert ist, vorteilhaft.
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In einem Schritt 5 soll nun ein Gesamtdatensatz 6 durch Überlagerung des Protonmagnetresonanzdatensatzes 3 und des Natriummagnetresonanzdatensatzes 4 ermittelt werden, wobei die örtliche Zuordnung aufgrund der Kalibrierung in Schritt 1 problemlos möglich ist. Zunächst wird jedoch in dem Natriummagnetresonanzdatensatz 4 eine Interpolation mit Hilfe von Spline-Funktionen vorgenommen, um die Ortsauflösung, mithin also die Voxelgröße, auf den Protonmagnetresonanzdatensatz 3 anzupassen. So wird eine verbesserte Darstellung des Gesamtdatensatzes 6 ermöglicht. Dieser wird so gebildet, dass die Protonmagnetresonanzdaten mit Grauwerten dargestellt werden, mithin in schwarz-weiß, während die Natriummagnetresonanzdaten als zumindest teilweise transparente farbliche Überlagerungen an korrekten anatomischen Stellen angezeigt werden können. So können Variationen der Natriumkonzentration den in hoher Auflösung dargestellten Details der Anatomie zugeordnet werden.
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Die Anzeige des Gesamtdatensatzes, beispielsweise schichtweise oder in einer dreidimensionalen Darstellung, erfolgt schließlich in einem Schritt 7.
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2 zeigt schließlich eine Magnetresonanzeinrichtung 8, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Sie umfasst wie bekannt eine Hauptfeldmagneteinheit 9, in deren Bohrung eine Gradientenspulenanordnung 10 und eine Körperspulenanordnung 11 vorgesehen sind und eine Patientenaufnahme 12 definieren, in die eine Patientenliege 13 einfahrbar ist. Auf der Patientenliege 13, insbesondere möglichst nah an einem zu untersuchenden Patienten, kann eine Lokalspule 14 angeordnet werden, deren hier nicht näher dargestellte Spulenelemente doppelresonant beschaltet werden können.
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Die Magnetresonanzeinrichtung 8 weist ferner eine Steuereinrichtung auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel 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.
