DE19817094A1 - Verfahren und Einrichtung zum Ableiten eines Elektroenzephalogramms im Kernspintomograph - Google Patents

Abstract

Verfahren und Einrichtung zum Ableiten eines Elektroenzephalogramms im Kernspintomographen, wobei Störeinflüsse der Gradientenfelder im Kernspintomographen durch Spektralanalyse und Filterung der EEG-Signale in einem Butterworth-Filter mindestens zehnter Ordnung eliminiert und Pulsartefakte durch EKG-getriggerte Oneline-Subtraktion des ermittelten periodischen Pulsartefaktanteils eliminiert werden.

Description

Seit einigen Jahren gibt es Bestrebungen, ein Elektroenze­ phalogramm (EEG) im Kernspintomograph (MRT) abzuleiten. Die klinischen Bereiche sowohl der Hirnforschung als auch der Hirndiagnostik sind an einem gleichzeitigen Einsatz von EEG und MRT interessiert. Dies beruht darauf, daß sich bei Unter­ suchung und Darstellung von Vorgängen im Gehirn EEG und MRT optimal ergänzen können.

Die funktionelle Bildgebung mit dem MRT liefert zwar eine unübertroffene räumliche Auflösung der aktiven Regionen des Gehirns, hat aber den Nachteil, daß die Bildgebung zeitverzö­ gert erfolgt und daher schnelle Abläufe im Gehirn nur unzu­ reichend untersucht werden können. Dies rührt auch daher, daß die Vorgänge, auf welche die Bildgebung mit dem MRT an­ spricht, nämlich die Durchblutung jeweils aktiver Regionen im Gehirn bei Aktivierung zeitverzögert eintritt.

Das EEG hingegen liefert ein Echtzeit-Signal, mit dem also auch schnelle Vorgänge augenblicklich erfaßt werden können, aber die Ortsauflösung, vor allem die Auflösung der Tiefe des Ursprungs, ist aufgrund der Signalableitung mit Oberflächen­ elektroden gegenüber der mit dem MRT erreichten räumlichen Auflösung deutlich eingeschränkt. Das EEG ermöglicht auch funktionelle Untersuchungen, in dem man evozierte Potentiale erfassen kann, also Antwortpotentiale auf einen erzeugten äußeren Reiz (beispielsweise ein Geräusch).

Deshalb könnten sich die beiden großen diagnostischen Verfah­ ren der Neurologie mit MRT und EEG in vieler Hinsicht ergän­ zen, wenn eine Ableitung eines EEGs im MRT möglich wäre. Bis­ her war es jedoch nicht möglich, mit einem gleichzeitigen Einsatz von EEG und MRT brauchbare Ergebnisse zu erhalten. Dies liegt in der Arbeitsweise von MRT und EEG begründet, die zum besseren Verständnis zunächst kurz umrissen werden soll.

Der MRT arbeitet zur Bildgebung mit einem statischen Hochma­ gnetfeld, um die Kernspins auszurichten, weiter mit einem zirkular polarisierten Wechselfeld im Radiofrequenzbereich, um die Kernspins anzuregen, und schließlich mit drei ge­ schalteten magnetischen Gradientenfeldern für die Ortsko­ dierung des Kernresonanzsignals in allen Raumrichtungen. Das statische Hochmagnetfeld ist auch bei inaktivem MRT vorhan­ den.

Das EEG entsteht aus Spannungsschwankungen im Bereich vom 50 Mikrovolt an der Kopfoberfläche, die durch synchrone Aktivi­ tät vieler Nervenzellen in der Hirnrinde erzeugt werden. Die­ se werden abgeleitet und einem Verstärker zugeführt. Wegen der äußerst geringen Größe dieser EEG-Signale sind diese na­ türlich gegen äußere Störfelder außerordentlich empfindlich.

Andererseits kann auch der MRT, um ein genügendes Sig­ nal/Rausch-Verhältnis zu erreichen, nur in einem perfekten Faraday'schen Käfig arbeiten, der keinesfalls durch hindurch­ geführte elektrische Leitungen verletzt werden darf. Deshalb werden auch alle Signale vom EEG-Verstärker durch Lichtleiter und nicht über elektrische Leitungen aus dem geschirmten Raum übertragen. Auch dürfen die Elektroden zur Ableitung des EEG keinerlei ferro- oder diamagnetische Stoffe enthalten, damit sie das homogene Magnetfeld im MRT nicht stören. Aber selbst Wirbelströme, die durch die geschalteten Gradientenfelder des MRTs in elektrisch leitenden Flächen, also in EEG-Elektroden, induziert werden, erzeugen schon ein Gegenfeld, welches das homogene Feld ebenso stört und zu Artefakten in der Daten­ zeile des entsprechenden Gradienten führen.

Die Ableitung eines EEG im MRT war bisher selbst im inaktiven MRT unbefriedigend. Dies rührt daher, daß auch im inaktiven MRT dessen statisches Hochmagnetfeld vorhanden ist und die pulsierenden Blutströme Störsignale erzeugen, welche die EEG- Signale überlagern und stören. Diese Störungen sind als Puls­ artefakte bekannt. Diese können zunächst in Form von Bewe­ gungsartefakten auftreten, da der pulsierende Blutstrom korrespondierende pulsierende Kopfbewegungen des Patienten im MRT auslöst, die sich in einem leichten pulssynchronen Kopf­ nicken äußern können. Dies bedingt wiederum eine entsprech­ ende leichte Bewegung der am Kopf angebrachten EEG-Elektroden mit den zugehörigen Leitungen in dem statischen Magnetfeld, wodurch Störspannungen induziert werden und pulssynchron im EEG-Signal erscheinen. Zusätzlich treten Pulsartefakte noch in einer zweiten, nachstehend noch im einzelnen beschriebenen Form aufgrund von Ionentrennungsvorgängen in den pulsbedingt schwankenden Blutströmungen auf. Aufgrund der so überlagerten Pulsartefakte ist das EEG-Signal weitgehend unbrauchbar. Der Ableitung eines EEGs im inaktiven MRT kommt aber bereits wesentliche diagnostische Bedeutung zu, wie unten noch an einem Beispiel verdeutlicht werden wird.

Bei zusätzlich messendem MRT war aber bisher das EEG völlig gestört, weil die geschalteten Gradienten während der Bildge­ bung durch den MRT zur völligen Unlesbarkeit des EEGs führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einerseits eine Möglich­ keit zu schaffen, die Störeinflüsse des messenden MRT auf die Qualität eines EEGs nach Möglichkeit zu eliminieren, und andererseits den Einfluß von Pulsartefakten auf ein EEG nach Möglichkeit zu eliminieren, um dadurch MRT und EEG gleich­ zeitig zum Einsatz bringen zu können und auch im inaktiven MRT ein EEG von diagnostischer Qualität ableiten zu können.

Zwei Beispiele soll die Bedeutung dieser Aufgabestellung verdeutlichen:
Starke oft auftretende Epilepsien sind häufig fokalen Ur­ sprungs, d. h. sie gehen von einem bestimmten Punkt im Gehirn aus, und sie können meist nur dadurch behandelt werden, daß man den Fokus im Gehirn möglichst genau bestimmt und dann operativ reduziert. Diese Fokusregionen erzeugen für die Epilepsie typische Spikes im EEG und lassen sich so identi­ fizieren. Ein epileptischer Anfall kündigt sich im EEG schon früher an als er durch andere äußere Merkmale zu identifizie­ ren wäre. Um die Ortsauflösung des Ursprungs dieser Signale zu erhöhen, verwendet man 64 Elektroden und mehr. Eine Kom­ bination von EEG mit gleichzeitiger funktioneller Bildgebung im MRT kann die Lokalisierung eines epileptischen Fokus noch zuverlässiger machen und vor allem den Zeitpunkt zur Erfas­ sung eines Anfalls bestimmen. Versuche dazu wurden bereits durchgeführt, aber während der Datenerfassung durch den MRT war das EEG durch die geschalteten Gradienten völlig gestört.

Aus dem eben genannten Umstand, daß ein epileptischer Anfall sich im EEG schon frühzeitig ankündigt, wird auch insbeson­ dere die Bedeutung der Ableitung eines diagnostisch brauch­ baren EEGs im inaktiven MRT deutlich. Über ein im noch in­ aktiven MRT abgeleitetes EEG kann man den Beginn eines epi­ leptischen Anfalls genau bestimmen und dann die Bildgebung durch den MRT zuschalten, um dann während des epileptischen Anfalls durch kombinierte Messung mit MRT und EEG den epilep­ tischen Fokus hochgenau bestimmen und damit Grundlagen für die exakte chirurgische Behandlung gewinnen zu können. Bei dem EEG-Signal überlagerten Pulsartefakten wäre hingegen der Beginn eines epileptischen Anfalls aus dem EEG-Signal nicht erkennbar.

Ein weiteres Beispiel ist die Hirnforschung. Bei Vorgängen im Gehirn, beispielsweise bei Denkvorgängen, bei der Reaktion auf irgendwelche äußere Reize der Sinnesorgane usw., werden die dabei aktivierten Hirnregionen erheblich stärker durch­ blutet. Mit dem EEG kann man die im Gehirn ablaufenden Vor­ gänge erfassen und ungefähr örtlich lokalisieren; mit dem MRT kann man die Bereiche verstärkter Durchblutung mit hoher räumlicher Auflösung sehr exakt lokalisieren. So kann ein kombinierter Einsatz von MRT und EEG detailgenauen Aufschluß über für bestimmte Funktionen und Vorgänge zuständige Hirn­ bereiche bringen.

Die Erfindung löst die dargestellte Aufgabe durch ein Verfah­ ren und eine Einrichtung, wie sie in den Patentansprüchen an­ gegeben sind. Demnach arbeitet die Erfindung mit einer Besei­ tigung der Störungen im EEG durch digitale Signalverarbeitung mit Spektralanalyse und Filterung der EEG-Signale und mit ge­ triggerter Subtraktion der Pulsartefakte, um diese zu elimi­ nieren und dadurch ein EEG im MRT mit diagnostischer Qualität zu schaffen.

Die Erfindung wird nachstehend in ihren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen erläutert, in denen zeigt:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung der apparativen Einrichtung zur Ableitung eines EEGs im MRT,

Fig. 2 einige Pulsformen und ihre diskreten Spektren,

Fig. 3 ein Spektrum eines oft verwende­ ten trapezförmigen Gradienten,

Fig. 4 eine Gegenüberstellung eines un­ gefilterten und eines gefilter­ ten EEG-Signals aus dem MRT,

Fig. 5 Signalbilder, welche die Redu­ zierung von Pulsartefakten ver­ deutlichen.

Fig. 1 zeigt in sehr schematischer Darstellung eine bevorzug­ te Anordnung zur Ausführung der EEG-Ableitung im MRT. Die MRT-Röhre 1 ist in einem abgeschirmten Tomographenraum 2 an­ geordnet. In der MRT-Röhre 1 wirkt ein statisches Hochmagnet­ feld, das durch einen Pfeil angedeutet ist. Der Kopf des Patienten in der MRT-Röhre befindet sich innerhalb einer HF- Kopfspule 3, über welche das Hochfrequenz-Wechselfeld zur An­ regung der Kernspins erzeugt wird. Weitere, der Einfachheit der Darstellung halber nicht dargestellte Spulen in der MRT- Röhre 1 dienen zur Erzeugung der geschalteten Gradientenfel­ der für die drei Raumkoordinaten zur Ortskodierung der Kern­ resonanzsignale in den drei Raumrichtungen. Die Leitungen der einzelnen EEG-Ableitelektroden 4 auf der Kopfoberfläche des Patienten werden beispielsweise mit einer Haube auf dem Kopf fixiert und zentral am Kopf gebündelt und möglichst nah am Zentrum der MRT-Röhre 1 zu einem EEG-Verstärker 5 geführt. Vom EEG-Verstärker 5 werden die Signale über einen Lichtlei­ ter 6 aus dem geschirmten Tomographenraum heraus zu einem Lichtempfänger 7 geleitet, der die Lichtsignale wieder in elektrische Signale umsetzt und einem EEG-Schreiber 8 zu­ führt, an welchen ein PC 9 angeschlossen ist.

Die Bündelung der Leitungen am Kopf und die Vermeidung von Leiterschleifen reduziert die Fläche, in welche die Gradien­ ten oder der magnetische Anteil der Hochfrequenz sich ein­ koppeln können. Führt man die Leitungen vom Rand der MRT- Röhre entfernt, ist der Einfluß durch die geschalteten Gra­ dienten geringer.

Der EEG-Verstärker 5 muß sich im statischen Hochmagnetfeld der MRT-Röhre 1 magnetisch neutral verhalten, d. h. die Feld­ linien müssen den Verstärker im wesentlichen unverändert pas­ sieren können und dürfen nicht verzerrt werden. Daher müssen ferro- oder diamagnetische Stoffe in den Bauteilen des Ver­ stärkers 5 vermieden werden. Ebenso dürfen die Elektroden keine ferro- oder diamagnetischen Stoffe enthalten, um das homogene Magnetfeld nicht zu stören, denn durch Überlagerung eines definiert inhomogenen Gradientenfelds wird der Ort der Kernresonanz über die veränderte Resonanzfrequenz kodiert. Da auch Wirbelströme, die durch die geschalteten Gradientenfel­ der in leitenden Flächen induziert wird, ein das homogene Ma­ gnetfeld störendes Gegenfeld erzeugen, sind die Elektroden vorzugsweise aus amorphem gesinterten Ag-AgCl mit geringer elektrischer Leitfähigkeit ausgebildet, um die Ausbildung von Wirbelströmen zu erschweren.

Die Eingänge des EEG-Verstärkers 5 sind durch Verwendung eines FET sehr hochohmig, so daß praktisch kein Stromfluß entsteht. Durch den FET ist ein hoher Widerstand mit geringem thermischem Rauschen möglich. Die an den Elektroden abgelei­ teten Potentiale werden im EEG-Verstärker 5 entsprechend ver­ stärkt und im Multiplexverfahren einem A/D-Wandler zugeführt, dessen digitales Ausgangssignal in den Lichtleiter 6 einge­ speist und dem Lichtempfänger 7 zugeführt wird.

Wie eingangs erläutert wurde, sind es zwei grundsätzliche Störeinflüsse auf die EEG-Ableitung im MRT, die das EEG- Meßergebnis unbrauchbar machen.

Den einen Störfaktor bilden die im aktiven MRT geschalteten Feldgradienten zur Ortsauflösung in dem xyz-Koordiriatenraum, die dem EEG-Ausgangssignal überlagerte Störsignale bewirken.

Der zweite Störfaktor sind Pulsartefakte aufgrund der pulsie­ renden Blutströme im Kopf des Patienten, deren Ursache bisher nicht verstanden war. Diese Pulsartefakte haben bisher auch im inaktiven MRT die EEG-Ergebnisse weitgehend unbrauchbar gemacht. Man hat angenommen, daß diese Pulsartefakte eigent­ lich nur Bewegungsartefakte sind, die durch ballistokardio­ gene Bewegung des Kopfes aufgrund der Pulsation des Blutflus­ ses in den großen Arterien hervorgerufen werden. Es hat sich aber gezeigt, daß auch bei Anwendung von Kunstgriffen echte Bewegungsartefakte zwar stark reduziert werden konnten, die Pulsartefakte jedoch weiterhin auftraten.

Diese weitere Ursache der Pulsartefakte, die mit einer Kopf­ bewegung nichts zu tun haben, liegt darin, daß in Blutge­ fäßen mit einer Fließgeschwindigkeitskomponente senkrecht zum statischen Hochmagnetfeld im MRT durch das Hochmagnetfeld eine Ionentrennung entsteht, wodurch Spannungen induziert werden, die von Gefäßdurchmesser, Stromdichte, Ladungsträger­ konzentration im Blutstrom und dem pro Zeiteinheit transpor­ tierten Blutvolumen abhängig ist. Beispielsweise tritt zwischen den Gefäßwänden eines Blutgefäßes mit einem Innendurchmesser von etwa 1 mm und einer angenommenen maximalen Fließgeschwindigkeit des Bluts von 10 cm/s in einem Magnetfeld von 1,5 T ein maximaler Spannungswert von etwa 150 Mikrovolt auf, der Pulsartefakte erzeugt.

Pulsartefakte sind einer Alpha-Aktivität im EEG sehr ähnlich, denn diese Alpha-Aktivität liegt im gleichen Frequenz- und Amplitudenbereich wie ein Pulsartefakt und ist nur länger ausgeprägt. Daher können Pulsartefakte im EEG-Signal keines­ falls akzeptiert werden, wenn die EEG-Ableitung aufschluß­ reich sein soll.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die beiden erläuterten Störfaktoren in der EEG-Ableitung durch digitale Signalaufbe­ reitung der abgeleiteten EEG-Signale eliminiert und dadurch das reine unverfälschte EEG-Signal sichtbar gemacht.

Die den EEG-Signalen durch die geschalteten Feldgradienten im aktiven MRT aufgeprägten Störungen werden durch Spektral­ analyse und Filterung eliminiert. Zunächst sind die Frequen­ zen zu bestimmen, die durch die geschalteten Gradienten in das EEG eingekoppelt werden. Das Nyquist-Theorem besagt, daß die maximale sichtbare Frequenz durch die halbe Abtastrate bestimmt wird. Die EEG-Abtastrate beträgt beispielsweise 500 Az. Eine harmonische Schwingung, deren Frequenz höher ist als die halbe Abtastrate, erscheint durch die Abtastung wieder als harmonische Schwingung niedrigerer Frequenz. Dieser Effekt wird durch einen Tiefpaß am Eingang des EEG-Verstär­ kers 5 vermieden, dessen Grenzfrequenz unter der halben Abtastrate liegt. Bei der Spektralanalyse ist es auch wichtig, daß der zu analysierende Zeitausschnitt mit einer Fensterfunktion gefaltet wird. Dadurch wird der Ausschnitt stetig periodisch fortsetzbar, was eine Bedingung für eine Fouriertransformation ist. Die Auflösung der Frequenz ist

Δ f = 1/ΔT

wobei ΔT der analysierte Zeitbereich ist.

Übliche Gradientenformen sind Dreiecke, Trapeze und harmoni­ sche Schwingungen. Da die Schaltungen periodisch erfolgen, besitzen sie ein zweites Spektrum. Der Abstand dieser Peaks wird durch die Wiederholrate der einzelnen Impulse bestimmt; die Amplitude ergibt sich aus der wiederholten Impulsform, wobei einzelne Peaks ganz ohne Leistungsanteil sein können.

Fig. 2 zeigt einige Impulsformen und ihre diskreten Spektren. Dabei ist ω_p die Frequenz, mit welcher sich die Impulsform periodisch wiederholt. In Fig. 2 ist jeweils die betreffende Impulsform (linke Darstellung) der zugehörigen Spektralanaly­ se (rechte Darstellung) gegenübergestellt.

Fig. 3 zeigt ein Spektrum eines oft verwendeten trapezför­ migen Gradienten. Im Bereich von 0 bis 40 Hz ist der Anteil des EEGs sichtbar; deutlich sieht man den Anteil der Alpha- Aktivität um 12 Hz. Das diskrete Spektrum besteht aus Vielfa­ chen von 33,3 Hz; also werden die einzelnen Gradientenimpulse mit 33,3 Hz periodisch wiederholt. Über die Amplituden der einzelnen Peaks definiert sich die trapezförmige Impulsform. In der Praxis werden drei Gradienten geschaltet, deren Bei­ träge sich addieren. Um ein EEG durch Filterung in seiner eigentlichen Form sichtbar zu machen, sollte die Wiederhol­ rate also nicht unter 30 Hz liegen.

Zur Filterung können beispielsweise Butterworthfilter 10. Ordnung oder höherer Ordnung verwendet werden. Butterworth­ filter besitzen eine geringe Welligkeit im Frequenzgang, müs­ sen aber in einer höheren Ordnung verwendet werden, um die Störungen möglichst scharf an der Grenze des Frequenzbe­ reichs des EEGs abzuschneiden. Die in konventionellen EEG- Verstärkern verwendeten Filter sind niedriger Ordnung und können die hohen Leistungen der dicht am EEG liegenden Stör­ frequenz nicht unterdrücken.

Alle Kanäle des EEG werden gleichzeitig durch ein gleiches Filter gefiltert.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Filterung, wobei das obere Diagramm das ungefilterte EEG-Signal und das untere Diagramm das gefiltere EEG-Signal zeigt. Der durch die Filterung be­ wirkte Effekt ist augenfällig.

Der durch die Pulsartefakte begründete Störfaktor wird durch getriggerte Substraktion der Pulsartefakte eliminiert. Um ein Pulsartefakt beseitigen zu können, muß zunächst klar sein, welcher Anteil des Signals das EEG ist und welcher Anteil die Störung darstellt. Die zeitlich begrenzte Wellenform des Ar­ tefakts wird durch eine Mittelung bestimmt.

Dies beruht darauf, daß das EEG-Signal ein nicht determinier­ tes stationäres Signal ist. Es setzt sich aus vielen harmoni­ schen Schwingungen zusammen, deren Leistungsanteile sich un­ periodisch und durch die jeweilige Situation beinflußt ver­ ändern (nichtdeterminiert), die Gesamtleistung bleibt aber größtenteils konstant (stationär). Wegen dieser Nichtdeter­ miniertheit reduziert sich bei n Mittelungen der Pulsarte­ fakte der Einfluß des EEG auf den Wellenzug

Bei der Mittelung ist wichtig, daß die einzelnen Wellenzüge zeitgenau addiert werden. Da die Pulsartefakte in Amplitude und Frequenz dem EEG ähnlich sind, kann der genaue Zeitpunkt des Ereignisses nicht aus der Überlagerung beider Signale be­ stimmt werden. Es muß daher ein zweiter Kanal verwendet wer­ den, mit dem nur der Puls mit einem zeitlich scharfen Signal registriert wird. Dazu wird gleichzeitig ein EKG abgeleitet. Die spitze R-Zacke im EKG, die auch im MRT gut zu sehen ist, hat sich dabei bewährt. Da die Pulsfrequenz des Herzens leicht schwankt, muß der minimale Abstand zwischen zwei R- Zacken bestimmt werden, woraus sich die Länge des Bereichs ergibt, der gemittelt wird. Dieser Zeitbereich wird so über jedes Pulsartefakt gelegt, daß es in der Mitte liegt. Diese gleich langen Bereiche werden dann einer Kohärenzanalyse unterzogen und der Kohärenzeffizienz ausgegeben. So kann überprüft werden, ob eine anschließende Mittelung sinnvoll ist oder ob sich durch starke EEG-Aktivität oder durch Bewegungsartefakte die einzelnen Bereiche stark voneinander unterscheiden. Nach der Mittelung über eine ausreichende Anzahl von beispielsweise ca. 15 Ereignissen wird die erhaltene Wellenform anschließend mit einer Fensterfunktion gefaltet, und somit wird sowohl der Beginn wie auch das Ende des Pulsartefakts auf Null reduziert.

Dadurch werden bei der anschließenden Subtraktion keine Stu­ fen erzeugt. Den Bereichen, die zur Mittelung herangezogen wurden, wird anschließend der gemittelte Wellenzug abgezogen und das EEG-Signal bleibt zurück. Alpha-Aktivitäten und ande­ re EEG-Formen können wieder klar erkannt werden, was vor der Subtraktion nicht möglich war.

Praktisch erfolgt die pulsgetriggerte Subtraktion von Pulsar­ tefakten in zwei Arbeitsschritten, nämlich einer Eichroutine und einer Online-Subtraktion.

Bei der Eichroutine werden während einer Periode von bei­ spielsweise 30 Sekunden EEG-Signale aller Kanäle und ein EKG- Signal bei geöffneten Augen des Patienten aufgezeichnet und dargestellt. Dabei muß mit einem Hochpaßfilter von 0,1 Hz oder mehr gefiltert werden. Der Anwender kann dann an­ schließend entscheiden, für welche Kanäle (je nach Störein­ fluß von Pulsartefakten) der pulssynchrone Anteil ermittelt und später online subtrahiert werden soll.

Das Triggerereignis ist der Signalanstieg in dem parallel zum EKG aufgezeichneten EKG-Signal bei der R-Zacke. Der Durch­ schnitt (D) und das Maximum (M) der über die Periode von 30 Sekunden aufgezeichneten EKG-Signale werden ermittelt. An­ schließend wird der Mittelwert (T) aus dem Maximum (M) und dem Durchschnitt (D) des EKG-Abschnitts berechnet. T ist die den Trigger auslösende Amplitude der R-Zacke des EKGs. Das EKG wird hierzu von Beginn der 30-Sekunden-Periode an mit T verglichen. Sobald ein Wert größer als T ist, ist dieser Zeitpunkt ein Triggerereignis (E). Während der nachfolgenden 300 Millisekunden wird das EKG nicht mit T verglichen; dann wird der Vergleich mit T wieder fortgesetzt und das nächste Triggerereignis ermittelt. Das erste und das letzte bestimmte Triggerereignis werden verworfen.

Die Ermittlung des pulssynchronen Störanteils im EEG erfolgt nun dadurch, daß der minimale zeitliche Abstand zweier Trig­ gersignale (E) berechnet wird. Diese Zeit wird nochmals um etwa 10% verkürzt. Dadurch ist die maximale Länge (L) des pulssynchronen Störanteils bestimmt, der subtrahiert werden kann.

In jedem vom Anwender gewählten EEG-Kanal werden die Pulsab­ schnitte der Länge L von jedem Triggerereignis (E) an mit einer Kohärenzanalyse untereinander verglichen. Überschreitet die Varianz einen bestimmten Wert, muß die Eichroutine wie­ derholt werden. Ansonsten werden die Pulsabschnitte addiert und durch die Anzahl der ermittelten E geteilt. Der gemittel­ te Pulsabschnitt wird mit einer Fensterfunktion gefaltet. Das so ermittelte Störsignal (P) wird für die spätere Online- Subtraktion verwendet.

Der Ablauf der Eichroutine ist aus dem nachstehenden Flußdia­ gramm nochmals deutlich ersichtlich:

Nunmehr erfolgt die Oneline-Subtraktion der Pulsartefakte. Sobald die Oneline-Subtraktion nach der Eichroutine gestattet wird, entsteht jeweils dann ein Triggersignal, wenn der Sig­ nalwert des EKG den Wert T, der in der Eichroutine ermittelt wurde, überschreitet. Ab diesem Zeitpunkt wird von jedem ge­ wählten EEG-Kanal-Signal P über die Länge L jeweils Daten­ punkt für Datenpunkt subtrahiert und man erhält das bereinig­ te EEG-Signal.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Reduzierung von Pulsartefak­ ten. Dabei zeigt

• - das Diagramm a) das EEG-Signal mit überlagerten Pulsarte­ fakten,
• - das Diagramm b) ein im MRT abgeleitetes EKG,
• - das Diagramm c) den zu subtrahierenden Störsignalanteil, und
• - das Diagramm d) das reine EEG-Signal nach Eliminierung der Pulsartefakte.

Die Erfindung zeigt den kausalen Zusammenhang zwischen den geschalteten Gradienten und den Frequenzanteilen im Spektrum des gestörten EEG auf. Eine Beseitigung der Störungen durch die geschalteten Gradienten kann schon während der Aufnahme durch den Signalprozessor erfolgen. Für die jeweiligen Se­ quenzen, die zur Bildgebung im MRT verwendet werden sollen, lassen sich entsprechende Tiefpaßfilter programmieren. Da die Ursachen und die Zusammehänge aufgezeigt sind, kann auch bei der Wahl einer Sequenz zur Bildgebung auf die EEG-Ableitung Rücksicht genommen werden. Damit ist das EEG auch während dar langen Datenerfassungszeiten des MRT sofort auswertbar.

Auch die Ursachen der Pulsartefakte sind aufgezeigt. Diese entstehen durch Tonentrennung des pulsierenden Bluts im Hoch­ magnetfeld des MRT. Will man sich bei der Positionierung der Elektroden für die EEG-Ableitung nicht auf blutgefäßfreie bzw. blutgefäßarme Kopfzonen einschränken, lassen sich die Pulsartefakte nur durch die digitale Signalverarbeitung be­ seitigen. Mit der erfindungsgemäß aufgezeigten pulsgetrigger­ ten Subtraktion wird eine wirkungsvolle und zuverlässige Me­ thode angeboten, die Pulsartefakte zu eliminieren. Dadurch erlangt das EEG im MRT wieder diagnostische Qualität.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ableiten eines Elektroenzephalogramms im Kernspintomographen, in welchem ein statisches Hochmagnetfeld zum Ausrichten der Kernspins erzeugt wird und im Bildgebungs­ betrieb weiter ein zirkular polarisiertes Wechselfeld im Radiofrequenzbereich zum Anregen der Kernspins sowie drei geschaltete magnetische Gradientenfelder für die Ortskodie­ rung des Kernresonanzsignals in den drei Raumrichtungen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die über EEG-Ableitelektroden vom Kopf des Patienten innerhalb der Kernspintomographenröhre abgeleiteten EEG-Sig­ nale zur Eliminierung der im aktiven Kernspintomographen durch die geschalteten Feldgradienten aufgeprägten Störungen einer Spektralanalyse durch Hindurchleiten der EEG-Signale aller Signalkanäle durch einen Tiefpaß am Eingang des EEG- Verstärkers, dessen Grenzfrequenz unterhalb der halben EEG- Abtastrate liegt, und im Wege digitaler Signalverarbeitung einer Filterung durch den gleichen Butterworth-Filter min­ destens zehnter Ordnung gefiltert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die EEG-Signale durch einen Butterworth-Filter elfter Ordnung gefiltert werden.

3. Verfahren zum Ableiten eines Elektroenzephalogramms im Kernspintomographen, in welchem ein statisches Hochmagnetfeld zum Ausrichten der Kernspins erzeugt wird und im Bildgebungs­ betrieb weiter ein zirkular polarisiertes Wechselfeld im Radiofrequenzbereich zum Anregen der Kernspins sowie drei geschaltete magnetische Gradientenfelder für die Ortskodie­ rung des Kernresonanzsignals in den drei Raumrichtungen erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß

• a) parallel zu den EEG-Signalen ein EKG-Signal als Trigger­ signal aufgezeichnet wird,
• b) aus dem EKG-Signal ein periodisch auftretendes, zeitlich scharfes Signalelement als Triggerereignis ausgewählt wird,
• c) eine dem minimalen zeitlichen Abstand zwischen aufeinan­ derfolgenden Triggereignissen entsprechende Zeitlänge L bestimmt wird,
• d) in jedem vom Anwender gewählten EEG-Kanal EEG-Signalab­ schnitte der Zeitlänge L von jedem Triggerereignis an mit einer Kohärenzanalyse untereinander verglichen werden und ein gemitteltes Pulsartefakt-Störsignal ermittelt wird,
• e) das erhaltene gemittelte Pulsartefakt-Störsignal im Wege der Oneline-Subtraktion von jedem Triggerereignis an in jedem gewählten EEG-Kanal-Signal über die Zeitlänge L sub­ trahiert wird, um ein Pulsartefakt-bereinigtes EEG-Signal zu erhalten.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Triggerereignis der Signalanstieg der R-Zacke im EKG-Signal gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Triggereignis dadurch bestimmt wird, daß aus den über eine gewisse Zeitperiode aufgezeichneten EKG-Signalen Durchschnitt und Maximum der Amplitude ermittelt und sodann der Mittelwert aus dem Maximum und den Durchschnitt berechnet und der Mittelwert der Amplitude als Triggerereignis gewählt wird.

6. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Kernspintomographen mit Mitteln zum Erzeu­ gen eines statischen Hochmagnetfelds innerhalb einer Tomo­ graphenröhre (1), einer HF-Kopfspule (3) zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Wechselfelds zur Anregung der Kernspins und Spulen zur Erzeugung geschalteter Gradientenfelder für die drei Raumkoordinaten zur Ortskodierung der Kernresonanzsig­ nale, weiter mit EEG-Ableitelektroden (4), einem innerhalb der Tomographenröhre (1) angeordneten EEG-Verstärker (5), einem diesen mit außerhalb des geschirmten Tomographenraums befindlichen Signalverarbeitungseinrichtungen (7, 8, 9) ver­ bindenden Lichtleiter (6), gekennzeichnet durch einen Tiefpaß am Eingang des EEG-Verstärkers (5), dessen Grenzfrequenz unter der halben EEG-Abtastrate liegt, und durch ein Butter­ worth-Filter mindestens zehnter Ordnung, durch das alle EEG- Signalkanäle geführt sind.

7. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 3 bis 6, mit einem Kernspintomographen mit Mitteln zum Erzeugen eines statischen Hochmagnetfelds innerhalb einer Tomographenröhre (1), einer HF-Kopfspule (3) zur Erzeugung eines Hochfrequenz-Wechselfelds zur Anregung der Kernspins und Spulen zur Erzeugung geschalteter Gradientenfelder für die drei Raumkoordinaten zur Ortskodierung der Kernresonanz­ signale, weiter mit EEG-Ableitelektroden (4), einem innerhalb der Tomographenröhre (1) angeordneten EEG-Verstärker (5), einem diesen mit außerhalb des geschirmten Tomographenraums befindlichen Signalverarbeitungseinrichtungen (7, 8, 9) ver­ bindenden Lichtleiter (6), dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Kanal zur Aufzeichnung eines EKG-Signals vorge­ sehen ist und eine digitale Signalverarbeitungseinrichtung zur Ausführung der Verfahrensmaßnahmen b) bis e) vorgesehen ist.