DE19844767C2 - Betriebsverfahren für ein Kernspintomographiegerät zur Ermittlung der Position eines Instruments und zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Interventionelle Techniken, wie Punktion, Katheterisierung und operative Verfahren, wie z. B. endoskopische Chirurgie, werden heute häufig unter Beobachtung mit Röntgen-Aufnahmen durchgeführt. Hierbei besteht allerdings das Problem, daß der Patient und der Arzt über einen längeren Zeitraum ionisieren­ der Strahlung ausgesetzt sind. Mit der MR (Magnetresonanz)- Tomographie bzw. der Kernspintomographie steht ein bildgeben­ des Untersuchungsverfahren zur Verfügung, das lediglich mit magnetischen Feldern und Hochfrequenzfeldern arbeitet, jedoch ohne ionisierende Strahlung. Weitere Vorteile der Kernspinto­ mographie gegenüber Röntgen bestehen darin, daß Schnittbilder in beliebiger Orientierung gewonnen werden. Durch einen ex­ zellenten Weichgewebekontrast, eine hohe Flußsensitivität, die Darstellung ruhender Flüssigkeiten sowie die Visualisie­ rung pathologischer Gewebeveränderungen lassen sich viele diagnostische Fragestellungen besser beantworten als mit Röntgengeräten. Speziell Kernspintomographiegeräte mit offe­ nen Magneten (z. B. mit sogenannten C-Bogen-Magneten) lassen ferner einen relativ ungehinderten Zugang zum Patienten zu.

Ein Problem ist allerdings die Sichtbarkeit der verwendeten Instrumente im MR-Bild. Die üblichen Materalien der für in­ terventionelle Techniken eingesetzten Instrumente sind Metall und Kunststoff. Da die MR-Bildgebung bekanntlich auf der kernmagnetischen Resonanz der im Wasser oder im Fett enthal­ tenen Atomkerne des Wasserstoffs beruht, sind diese Materali­ en nicht unmittelbar sichtbar. Ferromagnetische oder parama­ gnetische Stoffe verursachen bereits als Verunreinigungen im Submillimeterbereich starke Artefakte im dargestellten Bild, da sie durch Beeinflussung des Magnetfeldes die Bildgeometrie verzerren oder durch Dephasierungseffekte das MR-Signal in der Umgebung auslöschen. Ausgedehnte elektrisch leitende Materalien sind bei Anwendung in Kernspintomographiegeräten ge­ nerell kritisch, da sie für die eingestrahlte Hochfrequenz­ leistung als Antennen wirken, die das Hochfrequenzfeld kon­ zentrieren. Im ungünstigsten Fall können dabei lokale Feld­ überhöhungen mit dem Risiko einer Überhitzung des benachbar­ ten Gewebes auftreten. Ferner können leitende Objekte zu ei­ ner Abschattung der Hochfrequenzsignale und damit zu Bildbe­ einträchtigungen führen. Diamagnetische Materalien ohne Pro­ tonen oder mit in der Kernspintomographie nicht sichtbaren Protonen (z. B. Kunststoffe oder Keramiken) verursachen zwar keine Artefakte, sie sind aber allenfalls durch das Fehlen jeglichen Signals in den entsprechenden Regionen des Bildes zu erkennen. Gerade in signalschwachen Regionen des Bildes reicht aber diese Identifizierbarkeit nicht aus, so daß eine zuverlässige Lokalisierung derartiger Instrumente im MR-Bild nicht möglich ist.

Neben den oben erörterten Verfahren zur passiven Positionsbe­ stimmung des Instruments sind zwei Methoden für die aktive Positionsbestimmung bekannt. Bei einem in der Internationalen Anmeldung WO 98/20358 A1 beschriebenen Verfahren werden an dem Instrument kleine Spulen angebracht, die von außen mit einem Stromfluß beschaltet werden können. Die stromdurchflossene Spule erzeugt eine Veränderung des Magnetfeldes in ihrer di­ rekten Umgebung, die im Bild als lokalisierbarer Artefakt sichtbar ist. Der Vorteil dieser aktiven Methode gegenüber der passiver Methode mit magnetischen Materalien liegt in der Möglichkeit, diese Artefakte schalten zu können. Damit können wechselweise Aufnahmen mit Artefakten zur Positionsbestimmung und ohne Artefakte für eine ungestörte anatomische Informati­ on akquiriert werden.

Bei einem weiteren aktiven Verfahren, wie es in der deutschen Patentschrift 34 29 386 beschrieben ist, wird an der interes­ sierenden Stelle des Instrumentes eine kleine Empfangsspule angebracht. Mit dieser Empfangsspule werden Signale aus einem kleinen Bereich ihrer unmittelbarer Umgebung empfangen. Bei eingeschalteten Gradienten hängt die Frequenz dieser Signale in reproduzierbarer Weise vom Ort der Empfangsspule ab, so daß man aus der gemessenen Frequenz bei aufeinanderfolgender Anwendung dreier aufeinander senkrecht stehender Gradienten den Ort der Empfangsspule bestimmen kann. Die für die Bildge­ bung ausgewerteten Signale werden wie üblich durch eine Ganz­ körperantenne bzw. Lokalspulen gewonnen.

Aus der deutschen Patentschrift 35 00 456 ist es bekannt, daß der Signalpegel von emittierten MR-Signalen aus einem Teilvo­ lumen des Untersuchungsvolumens dadurch verstärkt werden kann, daß man dieses Teilvolumen mit einer Spule eines auf die Kernresonanzfrequenz abgestimmten Resonanzkreises umgibt.

Die obengenannten aktiven Verfahren zur Positionsbestimmung von Instrumenten mittels des Magnetresonanzeffekts haben den Nachteil, daß elektrische Leitungen von dem interessierenden Teil des Instruments, der bei Benutzung im Körperinneren liegt, nach außen geführt werden müssen. Wie bereits erwähnt, sind solche Leitungen jedoch wegen ihrer Antennenwirkung und möglicher Hochfrequenzüberhöhungen kritisch.

Für die Positionsbestimmung sind ferner optische Verfahren bekannt. Dabei wird z. B. ein Nadeleinstichpunkt mit einem Positionslaser auf die Haut des Patienten projiziert. Externe Lasersysteme sind aber in Handhabung und Sicherheit der An­ wendung nicht optimal. Der Operateur oder der Patient befin­ den sich häufig im Lichtstrahl, so daß die Positionserfassung ausfällt. Eine automatische Korrelation ist nicht möglich.

Bei einer weiteren heute eingesetzten optischen Methode wer­ den am extrakorporalen Teil des Instruments an definierten Punkten zwei Spiegel eingesetzt. Drei lichtemittierende Ele­ mente und lichtdetektierende Sensoren werden oberhalb des Un­ tersuchungs-/Operationsgebietes angebracht. Mit Hilfe einer Winkelbestimmung zu beiden Spiegeln von allen drei Sensoren ist eine korrekte Positionsbestimmung der beiden Spiegel in einem durch die drei Sensoren definierten Koordinatensystem möglich. Die genaue Kenntnis der Geometrie des verwendeten Instruments erlaubt dann eine Darstellung und achsengerechte Korrelation im MR-Bild.

Optoelektronische Navigationssysteme, wie sie z. B. von den Firmen Pixis oder Aesculap angeboten werden, erfassen die Po­ sition von lichtemittierenden Leuchtdioden am Handgriff des Instruments. Durch Bearbeitung dieser Daten mit einer Work­ station, die mit dem Rechner des Kernspintomographiegerätes kommuniziert, kann das jeweilige Schnittbild entweder in der Achse des Instruments oder senkrecht zu dessen Achse akqui­ riert werden. Bei diesem Navigationsverfahren können nur ex­ trakorporale Anteile des Instruments erfaßt werden, die nur dann korrekt in Positionsinformationen für intrakorporale An­ teile des Instruments umgesetzt werden können, wenn dieses starr ist. Verformungen des Instruments führen jedoch zu Fehlinformationen bezüglich der Lokalisierung der meist be­ sonders interessierenden Spitze des Instruments. Damit ist die Sicherheit und Durchführbarkeit des Verfahrens bei ver­ formbaren Instrumenten, z. B. Katheter, nicht gewährleistet. Ferner ist es für die Anwendung störend, daß der Strahlengang zwischen den lichtemittierenden Leuchtdioden und den Licht­ empfängern freigehalten werden muß.

Bei allen obengenannten optischen Verfahren muß eine relativ aufwendige Schnittstelle zwischen dem MR-System und dem opti­ schen System geschaffen werden.

Die US-A-5 644 234 und die US-A-5 318 025 beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung der Position wenigstens einer, sich in oder an einem Instrument befindlichen Mikrospule. Die Mikrospulen stellen mit einem Kernspintomographiegerät detektierbare Marker dar. Sie sind jeweils über Kabel elektrisch mit extrakorporalen Empfangs- und Auswerteinheiten verbunden. Über die Position der Mikrospulen wird die Position des Instruments erfaßt. In der US-A-5 318 025 ist eine Anordnung beschrieben, bei der mehrere Mikrospulen in einem medizinischen Instrument vorgesehen sind, von denen sich keine an der Spitze des Instruments befindet.

Die DE-C2-38 31 278 betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Markierungen auf einem Schichtbild eines chirurgischen Instruments. Dabei ist ein chirurgisches Gerät mit einem ringförmigen Rahmen aus nicht magnetischem Material beschrieben, an dem Aufnahmelehren mit Taschen und Fächern montiert sind, die mit Markierungselementen versehen sind. Die Markierungselemente erzeugen in einer Ausgestaltung ein starkes Kernspinresonanz-Signal.

Aus der US-A-5 218 964 ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Referenz-Markern in einem MR-Bild bekannt. Die Marker weisen ein erhöhtes MR-Signal auf und sind dadurch im MR-Bild gut zu erkennen.

Die DE-A1-197 46 735, veröffentlicht am 15.04.1999, beschreibt ein MR-Bildgebungsverfahren und eine Vorrichtung zur Verwendung in einem solchen Verfahren. Die Vorrichtung weist einen mit einem Kernspintomographiegerät detektierbaren Marker auf, der einen auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmten, nicht mit extrakorporalen Komponenten elektrisch verbundenen Schwingkreis aufweist. Bei Einstrahlung hochfrequenter Strahlung des Kernspintomographiegeräts wird der Schwingkreis angeregt und erfolgt dadurch im betrachteten Bereich eine verstärkte Anregung der Kernspins, die im MR-Bild sichtbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Betriebsverfahren für Kernspintomographiegeräte sowie ein Instrument zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, das einfach zu handhaben ist und eine sichere Positionsbestimmung eines Instruments in einem MR-Bild ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Instrument zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchs 11 gelöst.

Danach ist erfindungsgemäß an mindestens einer definierten Position eines Instruments ein mit dem Kernspintomographiegerät detektierbarer Marker angebracht, der einen auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmten, nicht mit extrakorporalen Komponenten elektrisch verbundenen Schwingkreis aufweist. Aus einer mit dem Kernspintomographiegerät ermittelten aktuellen Position des mindestens einen Markers und der bekannten Geometrie des Instruments wird die aktuelle Position mindestens eines interessierenden Punktes des Instruments berechnet.

Die Verwendung von Markern mit einem Schwingkreis, der auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmt ist, führt zu einer verbesserten Signalintensität des Markers und damit einer besseren Erkennbarkeit im MR-Bild. So erhöht ein Schwingkreis im Resonanzfall das im angrenzenden Volumen abgegebene Signal um ein Vielfaches. Da die Schwingkreise nicht mit extrakorporalen Komponenten elektrisch verbunden sind, entfällt gleichzeitig die Notwendingkeit, elektrische Leitungen von den Markern nach außen zu führen.

Durch die Positionsermittlung aufgrund von Markern, die mit dem Kernspintomographiegerät detektierbar sind, kann man auf zusätzliche, beispielsweise optische Geräte verzichten und muß lediglich die Software des Kernspintomographiegerätes um entsprechende Module zur Posi­ tionsermittlung erweitern. Die Zugänglichkeit zum Patienten ist in keiner Weise beeinträchtigt, da man im Gegensatz zu optischen Systemen nicht auf die Unterbrechung irgendwelcher Strahlengänge achten muß. Da die Position des interessieren­ den Teils des Instruments, typischerweise also der Spitze, nicht direkt aus MR-Signalen erfaßt werden muß, sondern auf­ grund von weiter entfernten Markern bestimmt werden kann, wird das Problem der Volumina der durch MR-Signale detektier­ baren Marker entschärft.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 12 dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 schematisch den Einsatz eines Instruments für in­ terventionelle Anwendungen an einem Patienten,

Fig. 2 schematisch ein Instrument für interventionelle Anwendungen,

Fig. 3 ein Beispiel für eine Pulssequenz zur Positionser­ mittlung,

Fig. 4 abweichende Betrachtungsfenster für die MR- Messungen bezüglich der Positionsinformation und der Bildinformation,

Fig. 5 die in einem MR-Bild eingeblendete Position der Instrumentenspitze,

Fig. 6 die Ausrichtung einer gemessenen Schicht parallel zur Instrumentenachse,

Fig. 7 die Winkelbestimmung einer gemessenen Schicht durch einen Handgriff des Instruments,

Fig. 8 die Ausrichtung einer gemessenen Schicht senkrecht zur Instrumentenachse,

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel für den Handgriff des In­ struments

Fig. 10 ein Beispiel für einen Marker mit Signalerhöhung durch einen Resonanzkreis,

Fig. 11 einen entsprechenden Resonanzkreis mit Schalter,

Fig. 12 eine Ausführung des Instruments mit schaltbaren Markern.

In Fig. 1 ist schematisch der Einsatz eines Instruments 3 zur Untersuchung bzw. Behandlung eines Patienten 2 in einem Kernspintomographiegerät 1 dargestellt. Das Instrument 3, das z. B. ein Gerät für die endoskopische Chirurgie oder für die Biopsie sein kann, weist einen Griff 3a und ein in den Pati­ enten 2 einführbares (intrakorporales) Teil 3b auf. Im Aus­ führungsbeispiel sind an dem Instrument 3 drei Marker 4 bis 6 angeordnet, und zwar zwei Marker 4, 5 am Handgriff 3a und ein Marker 6 am einführbaren Teil 3b des Instruments 3. Die Mar­ ker 4 bis 6 sind mit dem Kernspintomographiegerät detektier­ bar. Bei bekannter Geometrie des Instruments 3 ist durch die mit dem Kernspintomographiegerät ermittelte Position der drei Marker 4 bis 6 die Lage des gesamten Instruments definiert. Damit kann die Lage jedes Punkts des Instruments 3, z. B. ty­ pischerweise die besonders interessierende Position der Spit­ ze 7 des Instruments berechnet werden. Damit muß an der Spit­ ze 7 kein Marker angebracht werden. Das gilt allerdings nur, wenn das Instrument 3 insgesamt relativ starr ist. Falls der in den Körper eingeführte Teil 3b des Instruments 3 flexibel ist, muß zur exakten Positionserfassung der Spitze 7 ein Mar­ ker in der Nähe dieser Spitze vorgesehen werden. Abgesehen von extrem elastischen Instrumenten dürften jedoch auch Mar­ ker in einigem Abstand zur Instrumentenspitze ausreichen, die Position der Instrumentenspitze hinreichend genau zu bestim­ men. Das Instrument 3 mit dem Handgriff 3a, dem einführbaren Teil 3b und den Markern 4 bis 6 ist in Fig. 2 nochmals de­ taillierter dargestellt.

In Fig. 3 ist eine Pulssequenz dargestellt, mit der die Po­ sition der Marker 4 bis 6 ermittelt wird, falls es sich dabei um signalintensive Kompartments handelt. Dabei werden die Kernspins zunächst mit einem ersten Hochfrequenzpuls RF1 an­ geregt und anschließend ein erstes Kernresonanzsignal S1 un­ ter einem Gradienten Gz in z-Richtung eines kartesischen Ko­ ordinatensystems ausgelesen. Sofern die Marker die höchste Signalintensität im Bild aufweisen, können deren Koordinaten in z-Richtung durch einfache Fourier-Transformation und Maxi­ malwertermittlung bestimmt werden. Die y- und x-Positionen der Marker 4 bis 6 werden in entsprechender Weise durch Anre­ gung und nachfolgendes Auslesen der Kernspins unter Gradien­ ten Gy bzw. Gx in x- bzw. y-Richtung bestimmt. Man erhält so­ mit drei Sätze von jeweils drei Koordinaten x1, x2, x3; y1, y2, y3; z1, z2, z3 für die drei Marker 4 bis 6. Es ist aller­ dings zunächst nicht bekannt, wie die Koordinaten x, y und z zueinander zuzuordnen sind bzw. welche dieser Koordinaten zu welchem Marker gehören. Die Zuordnung der einzelnen Koordina­ ten x, y, z zueinander kann z. B. dadurch ermittelt werden, daß man nach Messung der drei x-Koordinaten eine x-Koordinate herausgreift und an dieser x-Position für die Messung der y- und z-Koordinaten eine schichtselektive Anregung durchführt. Die so erhaltenen y- und z-Koordinaten sind dann demselben Marker zuzuordnen, unter der Voraussetzung, daß in der ge­ wählten Schicht keine weiteren Marker liegen. Ebenso wird mit den beiden weiteren x-Koordinaten verfahren.

Damit erhält man drei jeweils eindeutig zueinander zugeordne­ te Koordinatensätze x, y, z, d. h. drei definierte Markerposi­ tionen.

Es ist aber damit noch keine Zuordnung der drei gemessenen Markerpositionen zu den einzelnen Markern des Instruments ge­ geben. Diese kann jedoch aus a priori-Wissen abgeleitet wer­ den. Zum Beispiel sind bei der Untersuchung nur bestimmte Orientierungen des Instruments sinnvoll, aus denen wiederum eine Zuordnung jeder gemessenen Markerposition zu einem be­ stimmten Marker abgeleitet werden kann. Die Marker können aber auch so ausgeführt werden, daß ihr Signal, z. B. durch die jeweilige Signalintensität, unterscheidbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß die signalgeben­ den Proben der Marker unterschiedlich groß, in unterschiedli­ cher Anzahl oder räumlicher Orientierung kombiniert oder mit unterschiedlichen Relaxationszeiten ausgeführt werden.

Schließlich kann man die beiden oben dargestellten Probleme (Zuordnung der einzelnen Koordinatenwerte zueinander und zu einem bestimmten Marker) auch dadurch lösen, daß man die Marker "schaltbar" macht. Auf derartige Ausführungsformen wird später noch näher eingegangen.

Nach der Ortsbestimmung der Marker erfolgt eine Messung der Bilddaten mit einer üblichen Pulssequenz. Da die Position des Instruments regelmäßig aktualisiert werden muß, wird die oben dargestellte Pulssequenz zur Ermittlung der Markerpositionen abwechselnd mit der Pulssequenz zur Bilddatengewinnung durch­ geführt. Für die Positionsermittlung müssen im Gegensatz zur Bilddatengewinnung keine Phasencodierschritte durchgeführt werden, sondern lediglich wenige (mindestens drei) aufeinan­ derfolgende Projektionen mit Anregung und darauffolgendem Ausleseintervall. Damit ist für die Ermittlung der Markerpo­ sitionen im Vergleich zur Bilddatenmessung nur eine ver­ schwindend geringe Zeitspanne erforderlich, so daß die Bild­ datengewinnung kaum verlangsamt wird.

Die Erfassung der Marker-Positionen muß typischerweise nicht im gesamten Objektvolumen erfolgen, sondern lediglich inner­ halb einer vorbekannten Scheibe. Daher wird für die Bestim­ mung der Markerpositionen im Regelfall nur eine Scheibe des gesamten Objektvolumens angeregt. Dies erreicht man dadurch, daß man die Hochfrequenzpulse RF durch Zuschalten eines Schichtselektionsgradienten Gzs ortsselektiv macht. Eine z. B. dabei angeregte Scheibe ist in Fig. 4 mit FOV_M (für: Field of View der Messung) bezeichnet. Auch die Bilddatenmessung erfolgt typischerweise nur in einer Schicht des Objekts, die in Fig. 4 mit FOV_B (für: Field of View der Bilddatengewin­ nung) bezeichnet ist. Diese Schicht FOV_B liegt typischerweise innerhalb der für die Positionserfassung vorgegebenen Scheibe FOV_B und ist deutlich kleiner als diese.

Aus diesen Messungen erhält man zunächst die Position der drei Marker 4 bis 6. Aus der bekannten Geometrie des Instru­ ments 3 kann nun jeder Punkt des Instruments berechnet wer­ den. Normalerweise wird z. B. die Position der Spitze 7 beson­ ders interessieren. Diese kann im MR-Bild durch ein graphi­ sches Element, z. B. wie in Fig. 5 dargestellt durch ein Kreuz, eingeblendet werden.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, eine Verbindung zwischen der Ausrichtung des Instruments 3 und der für die Bildgebung gewählten Schicht 9 herzustellen. Z. B. kann gemäß Fig. 6 die Steuerung für das Kernspintomographiegerät so ausgestaltet sein, daß die für die Bildgebung selektierte Schicht 9 in Richtung der Längsachse des Instruments 3 liegt. Durch die Längsachse des Instruments 3 ist nur eine Orientie­ rung der Schicht 9 vorgegeben. Durch die drei Marker am In­ strument wird jedoch eine Ebene aufgespannt, mit der man die Schichtorientierung der Schicht 9 vollständig bestimmen kann. In diesem Fall kann man durch Drehen des Handgriffs 3a des Instruments den Kippwinkel der Schicht 9 definieren, d. h., die gewählte Schicht 9 liegt parallel zum Handgriff 3a. Die­ ser Fall ist in Fig. 7 dargestellt.

In anderen Fällen wird es zweckmäßig sein, wenn die gewählte Schicht 9 senkrecht auf der Längsachse des Instruments 3 steht. In diesem Fall ist die Schichtorientierung vollständig durch die Längsachse des Instruments 3 definiert. Die Schichtposition wandert mit der Spitze 7 des Instruments mit. Dieser Fall ist in Fig. 8 dargestellt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel für ein Instrument nach Fig. 9 muß zur Definition des Schichtwinkels nicht das gesamte Instrument 3 gedreht werden, sondern lediglich ein Marker 4, der am Instrument 3 gegen eine Instrumentenachse 12 verdrehbar angeordnet ist. In diesem Fall kann der Marker 4 z. B. auf einem Ring 7 angeordnet sein, der in einem Handgriff 3a drehbar gelagert ist. Durch Verdrehen des Markers 4 wird auch die durch die Marker 4 bis 6 aufgespannte Ebene gedreht, wobei die Schichtorientierung dieser Drehung folgt.

Es wurde bereits ausgeführt, daß die wesentliche Eigenschaft des Markers darin besteht, daß seine Position mit dem Kern­ spintomographiegerät detektierbar ist. Vorteilhafterweise verwendet man Kompartments, die eine besonders hohe Signalin­ tensität liefern. Die Signalintensität und damit die Erkenn­ barkeit des Markers wird noch weiter gesteigert, wenn man das betreffende Kompartment mit einem auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmten Schwingkreis umgibt. Dieser Schwingkreis erhöht im Resonanzfall das aus dem Kom­ partment abgegebene Signal um ein Vielfaches, so daß dieses alle für die Bildgebung relevanten Signale überragt und leicht identifizierbar ist. Wegen des Reziprozitätsgesetzes werden durch den Schwingkreis die Feldlinien, die durch die präzedierenden Spins innerhalb der Spule verursacht worden, gebündelt, so daß das Signal aus dem Kompartment verstärkt wird. Ferner konzentriert der Schwingkreis des Hochfrequenz­ feld bei einer hochfrequenten Anregung auf diesen Bereich. Damit werden Protonen im Inneren des Schwingkreises stärker angeregt als außerhalb des Schwingkreises. Bei entsprechender Wahl der Hochfrequenzenergie erfahren signalgebende Protonen außerhalb des Schwingkreises eine Kleinwinkelanregung, Proto­ nen im Inneren des Schwingkreises dagegen eine Auslenkung um 90°, so daß letztere mit maximaler Signalintensität antwor­ ten. Durch geeignete Wahl der Relaxationszeiten der in einem solchen Marker eingesetzten Substanz kann ein gegenüber nor­ malem Gewebe äußerst intensives Signal erzeugt werden, ohne die Magnetisierung der Spins außerhalb des Markers wesentlich zu stören.

In Fig. 10 ist schematisch der Aufbau eines solchen Markers mit einem MR-Signal-intensiven Kompartment 13, einer dieses umgebenden Spule 10a und einem Kondensator 10b dargestellt, wobei die Spule 10a und der Kondensator 10b parallel geschal­ tet sind und einen Resonanzkreis bilden, der auf die Reso­ nanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmt ist. Sol­ che Marker mit der signalgebenden Substanz und dem diese um­ gebenden Schwingkreis können in einem Volumen von einigen Ku­ bikmillimetern untergebracht werden.

Entsprechend einem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 kann der Resonanzkreis auch schaltbar sein. Er wird über einen Schal­ ter 10c geschlossen, der entweder dicht am Schwingkreis 10 oder am distalen Ende des Instruments 3, z. B. in dessen Hand­ griff 3a, eingebaut ist. Der Schalter 10c kann elektronisch oder mechanisch sein. Die Schaltbarkeit des Serienresonanz­ kreises hat den Vorteil, daß die Signalüberhöhung während der Positionserfassung aktiviert werden kann und während der Bildmessung inaktiv bleibt. Damit werden störende Marker- Signale während der Bildgebung vermieden. Ferner wird die Er­ wärmung des den Marker umgebenden Gewebes durch Konzentration der Hochfrequenzleistung verringert.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Instrument 3, mit dem drei verschiedene Marker selektiv aktiviert werden können. Das Instrument 3 weist eine verschiebbare Hülse 3c mit drei in Längsrichtung versetzten gegenüberliegenden Kon­ taktpaaren 3d, 3e und 3f auf. Zwischen diesen Kontaktpaaren ist ein Zylinder 3g angeordnet, der drei Gruppen von jeweils drei leitenden Ringen 3h aufweist. Diese Ringe 3h sind in Richtung der Instrumentenachse so positioniert, daß je nach Stellung der Hülse 3c eines oder mehrere der Kontaktpaare 3d bis 3f überbrückt sind. Jedem dieser Kontaktpaare 3d bis 3f ist ein Resonanzkreis für einen Marker zugeordnet, so daß diese Resonanzkreise selektiv aktiviert werden können. Damit kann das oben erläuterte Problem der Zuordnung der einzelnen Signale gelöst werden.

Die Marker selbst können am Instrument 3 lösbar angebracht sein, so daß das Instrument 3 auch ohne Marker einsetzbar ist. Es ist aber auch möglich, die Marker in das Instrument zu integrieren, z. B. indem man Kammern des Instruments mit einer Substanz hoher Signalintensität füllt.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Instruments besteht darin, daß z. B. im Gegensatz zur optischen Positionsbestimmung keine zusätzli­ chen Geräte erforderlich sind. Damit entfällt auch eine auf­ wendige Schnittstelle zwischen einem Gerät zur Positionsbe­ stimmung und dem Kernspintomographiegerät, die z. B. zur Ein­ blendung der Position in ein MR-Bild oder zur Definition der Schichtposition und Schichtorientierung über die Instrumen­ tenposition notwendig wäre.

Die gemessene Position der Marker könnte durch Inhomogenitä­ ten des Grundfeldes und/oder Nichtlinearitäten des Gradien­ tenfeldes verfälscht werden. Diese Fehler lassen sich jedoch durch entsprechende Korrekturprogramme, die von einem bekann­ ten Verlauf des Grund- bzw. Gradientenfeldes ausgehen, besei­ tigen. Dies kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn die Marker den Rand des Homogenitäts- bzw. Linearitätsbereiches erreichen.

Es kann ferner zweckmäßig sein, wenn das MR-System die Posi­ tionsbestimmung beendet und eine Fehlermeldung ausgibt, so­ bald mindestens ein Marker das Homogenitäts- bzw. Lineari­ tätsvolumen verläßt.

Claims (23)

1. Betriebsverfahren für ein Kernspintomographiegerät zur Ermittlung der Position eines Instruments (3) in dem Kernspintomographiegerät (1), wobei an mindestens einer definierten Position des Instruments (3) ein mit dem Kernspintomographiegerät (1) detektierbarer Marker (4-6) angebracht ist, der einen auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmten, nicht mit extrakorporalen Komponenten elektrisch verbundenen Schwingkreis (10) aufweist, und wobei aus einer mit dem Kernspintomographiegerät (1) ermittelten aktuellen Position des mindestens einen Markers (4-6) und der bekannten Geometrie des Instruments (3) die aktuelle Position mindestens eines interessierenden Punktes (7) des Instruments (2) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Punkt (7) am proxi­ malen Ende des Instruments (3) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Position der Marker (4-6) aufgrund von deren Signalintensität aus einem normalen MR-Bild, dessen Betrachtungsfeld (FOV_M) den mindestens einen Marker (4-6) umfaßt, durch Bildverarbeitung bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Pulssequenz zur Ermittlung der Marker-Position abwechselnd mit einer Pulssequenz zur Bilddatengewinnung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Betrachtungsfeld (FOV_M) zur Ermittlung der Markerposition vom Betrachtungsfeld (FOV_B) zur Bilddatengewinnung abweicht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf­ grund der ermittelten Positionsdaten des Instruments (3) gra­ fische Elemente (8) als Simulationsbild des Instruments (3) in ein MR-Bild eingeblendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bilddatengewinnung in einer Scheibe eines Objekts erfolgt und wobei die Position dieser Scheibe durch die gemessene Positi­ on des mindestens einen Markers (4-6) bestimmt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Bilddatengewinnung in einer Scheibe (9) eines Objekts (2) er­ folgt und wobei die Orientierung dieser Scheibe (9) durch die gemessene Position der Marker (4-6) bestimmt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Position der Schei­ be (9) einem Vorschub des Instruments (3) folgt und die Ori­ entierung der Scheibe (9) einstellbar ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Instrument (3) mindestens zwei relativ zu einer Drehachse des Instru­ ments (2) versetzte Marker (4-6) aufweist und wobei eine Ori­ entierung einer Scheibe (9) des Objekts (2), aus der Bildda­ ten gewonnen werden, durch Rotation des Instruments (3) be­ einflußbar ist.

11. Instrument (3) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

12. Instrument (3) nach Anspruch 11, wobei jeder Marker (4-­ 6) durch ein MR-signalintensives Kompartment gebildet ist.

13. Instrument nach Anspruch 12, wobei das signalintensive Kompartment (4-6) von dem auf die Resonanzfrequenz der betrachteten Kernspins abgestimmten Schwingkreis (10) umgeben ist.

14. Instrument (3) nach Anspruch 13, wobei der Schwingkreis (10) schaltbar ist.

15. Instrument (3) nach Anspruch 14, wobei das Schalten über nach außen geführte Steuerleitungen (11) erfolgt.

16. Instrument (3) nach Anspruch 15, wobei das Schalten durch mechanisches Bewegen der Marker erfolgt.

17. Instrument (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei an diesem Instrument (3) mindestens ein in einem Kernspinto­ mographiegerät detektierbarer Marker an einem separaten Bau­ teil angebracht ist, das mit dem Instrument verbindbar ist.

18. Instrument (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei mindestens ein Teil des Instruments (3) von einem MR-Signal- intensiven Kompartment umgeben ist.

19. Instrument (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei mindestens ein zusätzlicher Marker (6) an einem proximalen Ende des Instruments (2) eingebaut ist.

20. Instrument (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 19, wobei mindestens ein Marker (4) am Instrument (3) verschiebbar an­ geordnet ist.

21. Instrument (3) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 20, wobei mindestens ein Marker (4) am Instrument (3) gegen eine Instrumentenachse (12) ver­ drehbar angeordnet ist.

22. Instrument nach Anspruch 12, wobei mindestens zwei Kompartments (4-6) vorhanden sind, deren Medien unterschiedliche Relaxationszeiten aufweisen.

23. Instrument(3) nach einem der Ansprüche 11 bis 22, wobei mindestens zwei Marker (4-6) eine unterschiedliche, im MR- Bild unterscheidbare Geometrie aufweisen.