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DE10200371B4 - Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz Messung unter Anwendung von Kontrastmittel - Google Patents

Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz Messung unter Anwendung von Kontrastmittel Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel, bei dem zu einem ersten und gegebenenfalls weiteren Zeitpunkten nach Zuführung des Kontrastmittels zumindest jeweils eine bildgebende Magnetresonanz-Messung (2) eines Objektbereiches unter Einsatz einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt wird, um ein Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem ersten und gegebenenfalls den weiteren Zeitpunkten jeweils eine Vormessung (3) mit einer Magnetresonanz-Sequenz zur Bestimmung einer T1-Zeit eines im Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches nicht interessierenden Gewebe- oder Stofftyps durchgeführt, die T1-Zeit aus dieser Vormessung (3) bestimmt und für die unmittelbar nachfolgende bildgebende Magnetresonanz-Messung (2) eine Inversions-Zeit TI zu TI = ln2·T1 berechnet und eingesetzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel, bei dem zu einem ersten und ggf. weiteren Zeitpunkten nach Zuführung des Kontrastmittels zumindest jeweils eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines Objektbereiches unter Einsatz einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt wird, um ein Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches zu erhalten.
  • Die Magnetresonanz-Tomographie ist eine bekannte Technik zur Gewinnung von Bildern des Körperinneren eines lebenden Untersuchungsobjekts. Zur Durchführung der Magnetresonanz-Tomographie erzeugt ein Grundfeldmagnet ein statisches relativ homogenes Grundmagnetfeld. Diesem Grundmagnetfeld werden während der Aufnahme von Magnetresonanz-Bildern schnellgeschaltete Gradientenfelder überlagert, die von sog. Gradientenspulen erzeugt werden. Mit Hochfrequenz-Sendeantennen werden Hochfrequenzpulssequenzen zur Auslösung von Magnetresonanz-Signalen in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, die von Hochfrequenz-Empfangsantennen aufgenommen werden. Mit unterschiedlichen Pulssequenzen können hierbei Magnetresonanz-Bilder mit unterschiedlicher Gewichtung von einzelnen Gewebe- oder Stofftypen des interessierenden Objektbereiches erzeugt werden.
  • Ein Teilgebiet der Magnetresonanz-Tomographie betrifft dynamische Magnetresonanz-Messungen unter Anwendung von Kontrastmitteln. Ein Beispiel hierfür stellen Vitalitäts(Viability)-Untersuchungen am Herzen nach einem Herzinfarkt oder einem operativen Eingriff am Herzen dar. Das dem Patienten injizierte Kontrastmittel bewirkt eine zeitweise Veränderung der T1-Zeiten, d. h. der longitudinalen Relaxationszeiten, des Gewebes. Dies wird beispielsweise in M. Saeed et al., ”T1-relaxation kinetics of extracellular, intracellular and intravascular MR contrast agents in normal and acutely reperfused infarcted myocardium using echo-planar MR imaging”, Eur. Radiol. 10, S. 310–318 (2000), oder in M. Wendland et al., ”Inversion recovery EPI of bolus transit in rat myocardium using intravascular and extravascular gadolinium based MR contrast media: dose effects an peak signal enhancement”, in: Magnetic Resonance in Medicine (Sep 1994) 32(3), S. 319–329, am Beispiel mehrerer Kontrastmittel dargelegt. Bei einer Viability-Untersuchung wird ausgenutzt, dass gesundes (durchblutetes) Gewebe das Kontrastmittel schnell aufnimmt und auch wieder abgibt, während sich das Kontrastmittel im toten Gewebe relativ langsam immer stärker anreichert. Bei einer dynamischen Messung wird daher nach Injektion des Kontrastmittels eine Wartezeit von bspw. 5 Minuten eingelegt, nach der eine erste bildgebende Magnetresonanz-Messung des interessierenden Objektbereiches durchgeführt wird. In der Regel werden in weiteren zeitlichen Abständen mehrere derartige Messungen durchgeführt, so dass anhand der zu unterschiedlichen Zeitpunkten erstellten Magnetresonanz-Bilder die sog. späte Anreicherung (Late Enhancement) in toten Gewebebereichen beobachtet werden kann. Die dynamische Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel ermöglicht somit die Identifizierung von durch den Herzinfarkt betroffenen toten Gewebebereichen, die durch einen operativen Eingriff nicht mehr revitalisiert werden können. In gleicher Weise lässt sich auf diese Weise auch der Erfolg eines operativen Eingriffs bspw. einer perkutanen transluminalen Koronarangioplastie (PTCA) oder einer koronaren Bypassoperation (CABG), überprüfen.
  • Zur Vermeidung von Bewegungsartefakten werden bei diesen Messungen schnelle Gradientenechosequenzen eingesetzt. Für die Erzeugung kontrastreicher T1-gewichteter Magnetresonanz(MR)-Bilder kann die sog. Inversion Recovery Technik eingesetzt werden, bei der die longitudinale Magnetisierung mit einem 180°-Puls invertiert und nach einer Inversionszeit TI mit ei nem weiteren HF-Puls abgefragt wird. Die Inversion der Längsmagnetisierung durch den 180°-Puls wird auch als Präparationsphase für die Messung bezeichnet. Die Inversionszeit TI stellt einen wesentlichen Faktor für die Erzeugung kontrastreicher MR-Bilder dar. Bei geeigneter Wahl dieser Inversions-Zeit kann erreicht werden, dass das gesunde Muskelgewebe (Myocard) im MR-Bild dunkel erscheint, während die mit Kontrastmittel angereicherten Bereiche hell dargestellt werden. Durch die zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen Messungen verändern sich die TI-Zeiten des gesunden Muskelgewebes jedoch aufgrund der Ausspülung des Kontrastmittels, so dass zu jedem Messzeitpunkt der dynamischen Messung eine andere TI-Zeit für einen optimalen Kontrast verwendet werden muss.
  • So sind beispielsweise in der US 6295465 B1 und in R. Brüning et al., ”Fettunterdrückende STIR-Sequenzen mit und ohne Kontrastmittel bei der MRT von HNO-Tumoren”, in: Fortschr. Röntgenstr. 160, 5(1994), S. 412–416, Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel dargelegt, bei denen zu unterschiedlichen Zeitpunkten nach Zuführung des Kontrastmittels zumindest jeweils eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines Objektbereiches unter Einsatz einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt wird, um ein Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches zu erhalten.
  • Die Wahl geeigneter TI-Zeiten beruht bisher auf empirischen Daten. Über den zeitlichen Verlauf der Untersuchung wird dabei iterativ die TI-Zeit von Messzeitpunkt zu Messzeitpunkt angepasst. Die TI-Zeit muss bislang bei repetitiven Wiederholungen solcher Messungen nach den Erfahrungswerten nachgeführt werden, so z. B. beginnend mit einem Startwert von TI = 260 ms zur Myocardunterdrückung schrittweise bis auf eine Zeit von 300 ms. Bei dieser empirischen TI-Wahl wird jedoch nicht in jedem Falle patientenindividuell ein optimaler Kon trast mit einer Unterdrückung von gesundem Muskelgewebe im MR-Bild des Herzens erreicht.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel anzugeben, mit dem jederzeit eine optimale Unterdrückung eines vorgebbaren Gewebe- oder Stofftyps zur Erzielung eines optimalen Kontrastes erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem vorliegenden Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel wird zu einem ersten und ggf. weiteren Zeitpunkten nach Zuführung des Kontrastmittels zumindest jeweils eine bildgebende Magnetresonanz-Messung eines Objektbereiches unter Einsatz einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt, um ein Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches zu erhalten. Unmittelbar vor dem ersten und ggf. den weiteren Zeitpunkten wird jeweils eine Vormessung mit einer Magnetresonanz-Sequenz zur Bestimmung der T1-Zeit eines im Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches nicht interessierenden Gewebe- oder Stofftyps durchgeführt. Die T1-Zeit dieses Gewebe- oder Stofftyps wird aus der Vormessung bestimmt. Aus dieser T1-Zeit wird schließlich eine Inversionszeit TI für die nachfolgende Messung zu TI = ln2 × T1 berechnet und bei der nachfolgenden Messung eingesetzt.
  • Unter dem Gewebe- oder Stofftyp ist in der vorliegenden Anmeldung jeder durch die T1-Zeit unterscheidbare Bestandteil des interessierenden Objektbereiches zu verstehen, beispielsweise Knochenmasse, ein bestimmtes Muskelgewebe, Blut oder Fett.
  • Durch die Vormessung unmittelbar vor jeder Messung eines bestimmten Messzeitpunktes nach Zugabe des Kontrastmittels wird die T1-Zeit des Gewebe- bzw. Stofftyps bestimmt, das im nachfolgend erstellten MR-Bild dunkel erscheinen soll. Bei Kenntnis dieser T1-Zeit kann dann die TI-Zeit für die Messung genau berechnet werden, bei der dieser Gewebe- oder Stofftyp keinen Signalbeitrag im MR-Bild liefert. Dies entspricht der Beziehung TI = ln2 × T1. Die gleiche Vormessung kann bei weiteren Messungen zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden, bei denen sich das T1 des nicht interessierenden Gewebe- oder Stofftyps, bspw. der gesunden Herzmuskulatur, aufgrund der Ausspülung von Kontrastmittel verändert hat. Auch zu diesen weiteren Zeitpunkten wird somit die für einen optimalen Kontrast erforderliche TI-Zeit genau berechnet und bei der Messung eingesetzt.
  • Auf diese Weise ist es nicht mehr erforderlich, empirische Werte für TI einzusetzen und während der dynamischen Messung jeweils anzupassen. Es wird vielmehr immer das für einen optimalen Bildkontrast erforderliche TI ermittelt und eingesetzt. Dies führt zu einer einfacheren Verfahrensführung mit qualitativ hochwertigen MR-Bildern.
  • In hervorragender Weise eignet sich das vorliegende Verfahren zur Bestimmung der Myocard-Vitalität unter Ausnutzung des Effektes der späten Anreicherung, bei dem der nicht interessierende Gewebetyp, dessen T1-Zeit bestimmt wird, vitales Myocardgewebe darstellt. Dieses vitale Muskelgewebe am Herzen muss in den Magnetresonanz-Bildern der dynamischen Magnetresonanz-Messung nicht sichtbar sein, da lediglich die nicht vitalen Muskelgewebebereiche aufgrund der späten Anreicherung als helle Bereiche bzw. Pixel im Bild lokalisiert werden sollen. Durch die Kenntnis der T1-Zeiten des vitalen Muskelgewebes zu den einzelnen Messzeitpunkten sowie die daraus resultierende Wahl der TI-Zeit können ein optimaler Kontrast und eine optimale Erkennbarkeit der toten Gewebebereiche realisiert werden.
  • Zur Bestimmung der T1-Zeit des nicht interessierenden Gewebe- oder Stofftyps wird vorzugsweise aus der Vormessung ein MR-Bild erzeugt und der nicht interessierende Gewebe- oder Stofftyp in diesem Bild markiert. Aufgrund dieser Markierung kann die Bestimmung der T1-Zeit auf den konkret ausgewählten Gewebe- bzw. Stofftyp beschränkt werden.
  • Die Vormessung zur Bestimmung der T1-Zeit wird vorzugsweise als schnelle Single-Shot-Messung durchgeführt, um die Messzeit und insbesondere den zeitlichen Abstand der T1-Bestimmung zur nachfolgenden eigentlichen Messung kurz zu halten. Derartige Single-Shot-Messungen zur Bestimmung der T1-Zeit sind dem Fachmann geläufig. So kann bspw. eine sog. Inversion Recovery TrueFisp-Sequenz eingesetzt werden, wie sie in K. Scheffler et. al, „T1 Quantification with Inversion Recovery TrueFisp”, Magnetic Resonance in Medicine 45: 720–723 (2001) beschrieben ist.
  • Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:
  • 1 schematisch ein Beispiel für den prinzipiellen zeitlichen Ablauf einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel;
  • 2 ein Beispiel für eine Mess-Sequenz zur Durchführung einer Vormessung für die Bestimmung der T1-Zeit; und
  • 3 einzelne Schritte des vorliegenden Verfahrens in einem Flussdiagramm.
  • 1 zeigt schematisch ein Beispiel für einen möglichen Ablauf einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel auf einer Zeitachse. Zum Zeitpunkt to wird hierbei dem Patienten ein Kontrastmittel injiziert, das die T1-Zeiten verkürzt (Bezugszeichen 1). Nach Zugabe dieses Kontrastmittels wird eine bestimmte Zeitdauer, bspw. 5 Minuten, gewartet, bevor zum Zeitpunkt t1 die erste bildgebende Magnetresonanz-Messung 2 unter Einsatz einer Inversion Recovery Technik zur Erzeugung eines T1-gewichteten MR-Bildes des Herzens durchgeführt wird. In gleicher Weise wird zu späteren Zeitpunkten t2 – t4, die bspw. im 2-Minuten-Abstand auseinander liegen können, weitere derartige Magnetresonanz-Messungen 2 durchgeführt. Aus den zu den verschiedenen Zeitpunkten t1 – t4 gewonnenen Magnetresonanz-Bildern kann die späte Anreicherung in einem durch einen Infarkt geschädigten Gewebebereich beobachtet werden. Der Kontrast in den jeweils erzeugten Magnetresonanz-Bildern hängt sehr stark von der bei der Messung gewählten TI-Zeit ab. Die TI-Zeit gibt hierbei die Zeit ab Einstrahlung des 180°-Impulses der Inversion Recovery-Sequenz an, nach der die Magnetisierung abgefragt wird. Durch geeignete Wahl der TI-Zeit bei jeder Messung 2 kann der Kontrast im Magnetresonanz-Bild optimiert werden, so dass bspw. nicht interessierende Gewebetypen wie vitales Herzmuskelgewebe keinen Signalbeitrag im MR-Bild liefern, d. h. dunkel erscheinen. Die Bedingung hierfür ist, dass TI = ln2·T1, wobei T1 der longitudinalen Relaxationszeit des nicht interessierenden Gewebetyps zu diesem Zeitpunkt entspricht.
  • Beim vorliegenden Verfahren wird die T1-Zeit des nicht interessierenden Gewebetyps unmittelbar vor jeder Messung 2 durch eine Vormessung 3 bestimmt, wie dies schematisch anhand der Pfeile in der 1 dargestellt ist. Aus jeder Vormessung 3 ergibt sich aufgrund des dynamischen Prozesses durch die Kontrastmittelzugabe ein anderes T1 des nicht interessierenden Gewebetyps bzw. ein anderes optimales TI. Dieses TI wird dann jeweils für die unmittelbar an die Vormessung 3 anschließende Messung 2 eingesetzt. Selbstverständlich ist die Anzahl der Einzelmessungen 2 während einer derartigen dynamischen Messung beliebig, wie auch deren Abstand, und wird vom Fachmann je nach den vorliegenden Bedingungen und gewünschten Ergebnissen gewählt.
  • Zur Durchführung der Vormessung wird im vorliegenden Beispiel eine Inversion Recovery TrueFisp-Sequenz eingesetzt, wie sie in 2 schematisch dargestellt ist. Bei dieser Pulssequenz werden aufeinander folgende Anregungspulse mit dem Flipwinkel α mit alternierenden Polarität eingestrahlt. Während eines Wiederholungszeitraums TR, wie er in der 2 dargestellt ist, und der mit dem Zentrum des +α-Pulses startet und mit dem Zentrum des –α-Pulses endet, werden die Gradientenfelder in der dargestellten Weise geschaltet. GZ stellt dabei die Gradientenspule zur Bestimmung der Schicht, GY die Gradientenspule zur Phasencodierung und GX die Gradientenspule für die Ausleserichtung dar. Die longitudinale Magnetisierung oszilliert bei dieser Messung zwischen + und –α/2 um die Z-Achse.
  • Bei einem beispielhaften Ablauf einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel mit einer Optimierung der TI-Zeit wird in der Regel zunächst ein Übersichts-Bild des Objektbereiches mit Hilfe einer Magnetresonanz-Messung durchgeführt. Anhand dieses Übersichtsbildes wird der zu vermessende Objektbereich markiert und die Zielsequenz auf die gewünschte Position eingestellt. Nach der Zugabe von Kontrastmittel und der darauf folgenden Wartezeit wird eine Vormessung mit einer Inversion Recovery TrueFisp-Sequenz oder einem ähnlichen schnellen Verfahren durchgeführt. Aus dem daraus erzeugten MR-Bild wird interaktiv der Gewebetyp bzw. Gewebebereich markiert, der in den nachfolgenden MR-Bildern dunkel erscheinen soll. Dies kann bspw. vitales Herzmuskelgewebe sein. Nach der Markierung wird aus der Vormessung automatisch der T1-Wert dieses Gewebetyps des markierten Bereiches bestimmt und daraus eine TI-Zeit mit TI = ln2 × T1 berechnet, wie dies bspw. an den Verfahrensschritten der 3 zu erkennen ist. Das berechnete TI wird anschließend an das Messsystem für die nachfolgende Messung übergeben und diese Messung gestartet. Die bildgebende MR-Messung erfolgt daher mit der optimalen TI-Zeit, die den gewünschten Kontrast im MR-Bild liefert. Eine Abschätzung oder ein Zurückgreifen auf empirische Werte ist hierbei nicht mehr erforderlich.
  • Auch wenn die vorliegende Beschreibung und die Ausführungsbeispiele jeweils auf die Vitalitäts-Messung am Herzen bezogen sind, so lässt sich das vorliegende Verfahren für den Fachmann ersichtlich selbstverständlich auch in anderen Anwendungsbereichen einsetzten, bei denen eine dynamische Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel mittels einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt wird und der Bildkontrast durch Ausblenden bzw. Abdunkeln eines Gewebe- oder Stofftyps optimiert werden soll.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Durchführung einer dynamischen Magnetresonanz-Messung unter Anwendung von Kontrastmittel, bei dem zu einem ersten und gegebenenfalls weiteren Zeitpunkten nach Zuführung des Kontrastmittels zumindest jeweils eine bildgebende Magnetresonanz-Messung (2) eines Objektbereiches unter Einsatz einer Inversion Recovery Sequenz durchgeführt wird, um ein Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar vor dem ersten und gegebenenfalls den weiteren Zeitpunkten jeweils eine Vormessung (3) mit einer Magnetresonanz-Sequenz zur Bestimmung einer T1-Zeit eines im Magnetresonanz-Bild des Objektbereiches nicht interessierenden Gewebe- oder Stofftyps durchgeführt, die T1-Zeit aus dieser Vormessung (3) bestimmt und für die unmittelbar nachfolgende bildgebende Magnetresonanz-Messung (2) eine Inversions-Zeit TI zu TI = ln2·T1 berechnet und eingesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Magnetresonanz-Messung zur Bestimmung der Myocard-Vitalität unter Ausnutzung des Effektes der späten Anreicherung durchgeführt wird, wobei der nicht interessierende Gewebetyp vitales Myocardgewebe darstellt.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht interessierende Gewebe- oder Stofftyp von einem Benutzer nach Durchführung der Vormessung (3) in einem aus der Vormessung (3) erhaltenen Magnetresonanz-Bild als Bereich markiert wird, wobei die T1-Zeit-Bestimmung nur für den markierten Bereich durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormessung (3) als Single-Shot-Messung durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vormessung (3) eine Inversion Recovery Truefisp-Sequenz eingesetzt wird.
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