DE19855671A1 - Verfahren zur zeit- und ortsaufgelösten Darstellung funktioneller Gehirnaktivitäten mittels magnetischer Resonanz und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur zeit- und ortsaufgelösten Darstellung funktioneller Gehirnaktivitäten mittels magnetischer Resonanz und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Mit einer Steuereinheit werden aufgrund von Bedienereingaben folgende Steuerungsabläufe automatisch durchgeführt: DOLLAR A Generierung von Stimulationsfolgen für ein Untersuchungsobjekt, Steuerung der Datenakquisition, Nachverarbeitung und Darstellung der Daten.

Description

Aus der US-Patentschrift 5, 662, 112 ist ein Verfahren zur zeit- und ortsaufgelösten Darstellung funktioneller Gehirnak­ tivitäten bekannt. Dabei wird auf den Patienten eine Stimula­ tionsfolge angewandt und durch ein MR-Tomographiegerät eine Bildinformation des Gehirns gewonnen. Um die von Gehirnakti­ vitäten hervorgerufenen Signaländerungen von anderen Signal­ änderungen, beispielsweise hervorgerufen durch Bewegungen, zu separieren, wird für jedes Pixel der gewonnenen Bilddaten ein Korrelationskoeffizient zwischen der Stimulationsfunktion und dem erhaltenen, zeitlichen Signalverlauf berechnet.

Zur Stimulation der Gehirnaktivitäten kommen beispielsweise visuelle, akustische, motorische oder olfaktorische Reize der Sinnesorgane in Betracht. Vielfach werden auch kognitive Auf­ gabenstellungen angewandt. Die Datenakquisition für das MR- Bild wird dann mit dieser Stimulationsfolge synchronisiert. Die Nachverarbeitung, also z. B. die obengenannte Korrelation, erfolgt durch Nachverarbeitung der am MR-Tomographen akqui­ rierten Daten mit Hilfe von speziellen Programmen, die bei den bisherigen Anlagen nicht in den allgemeinen Steuerungsab­ lauf integriert sind. Die Komplexität der funktionellen Bild­ gebung erfordert den Einsatz von Experten, die interaktiv an Teilen des Gesamtproblems arbeiten. Je nach den experimentel­ len Bedingungen werden unterschiedliche Nachbearbeitungspfade benutzt. Damit sind bisher funktionelle MR-Untersuchungen sehr zeitaufwendig und erfordern erhebliches Spezialwissen zusätzlich zu den Fertigkeiten eines geschulten MR- Radiologen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, das die Darstellung funktioneller Gehirnaktivitäten mittels MR- Tomographie erheblich erleichtert.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens durch die Merkma­ le des Anspruchs 1, bezüglich der Vorrichtung durch die Merk­ male des Anspruchs 5 gelöst. Durch den Einsatz einer speziel­ len Steuereinheit, in der sämtliche, für die funktionelle Bildgebung erforderlichen Schritte integriert sind, ist ein automatisierter Ablauf von speziellen Programmen für die funktionelle MR-Bildgebung möglich. Solche Programme können, wie in der MR-Bildgebung allgemein üblich, als Protokolle aufgerufen werden, so daß der Meßablauf selbst routinemäßig von medizinisch-technischen Assistenten durchgeführt werden kann. Der Einsatz von speziell auf funktionelle Bildgebung geschultem Fachpersonal für den Meßablauf entfällt. Lediglich für die Auswertung der erhaltenen Bilder ist natürlich spezi­ elles Wissen erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Diese Figur stellt ein Ablaufsche­ ma für den Meßvorgang dar. Der mit 1 bezeichnete Steuerrech­ ner steuert den gesamten Ablauf der funktionellen Bildgebung. Der hier separat dargestellte Steuerrechner kann natürlich Bestandteil der gesamten Anlagensteuerung sein, wobei die An­ lagensteuerung dann lediglich zusätzliche Softwaremodule und Schnittstellen für Eingaben erfordert. Für den in Form eines Protokolls beschriebenen Meßablauf gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:

• - Der Meßablauf kann nach einem vorgegebenen Protokoll er­ folgen.
• - Der Meßablauf kann nach einem ereignisgesteuerten Proto­ koll über eine Rückkopplungsschleife erfolgen, z. B. auf­ grund einer Reaktion des Patienten.

In jedem Fall wird ein Ablaufprotokoll an die weiteren Kompo­ nenten der Anlage übergeben. Dies sind das eigentliche MR- Tomographiegerät 2, die Stimuluspräsentation 3 und die Daten­ nachverarbeitung 4. Die Stimuluspräsentation kann, wie oben angegeben, vielfältiger Art sein. Z. B. kann sie in einer zeitlichen Abfolge von Bildern bestehen. Hierzu ist im allge­ meinen ein Endgerät erforderlich, das entsprechende Signale abgibt. Im Falle einer visuellen Stimulation durch Bilder könnte das z. B. ein Monitor sein, auf den der Patient blickt. Gleichzeitig mit der Präsentation und eventuell synchronisiert zu dieser erfolgt im MR-Tomographiegerät nach Block 2 eine Aufnahme von Meßsignalen mit nachfolgender Bildberechnung.

Ebenfalls gesteuert durch das oben näher spezifizierte Proto­ koll wird eine Datennachverarbeitung nach Block 4. Hierbei kann z. B. - wie in der bereits eingangs genannten US-Patent­ schrift angegeben - eine Korrelationsanalyse der Stimulati­ onsfunktion mit den gewonnenen Bildinformationen erfolgen, um aus den Bildinformationen eine funktionelle Information zu extrahieren. Diese Information wird dann auf einem Monitor dargestellt.

Der Steuerrechner ist von einem Operator bedienbar. Wie be­ reits ausgeführt, wird die Aufgabe des Operators durch die Automatisierung erheblich erleichtert. Im einfachsten Fall muß dieser nur noch den Meßablauf starten, sobald der Patient für die Untersuchung bereit ist. Typischerweise wird man meh­ rere Untersuchungsabläufe in Form von MR-Protokollen, die sich aus der klinischen Erfahrung heraus als besonders aussa­ gekräftig erwiesen haben, zur Verfügung stellen. Der Operator muß dann nur noch zwischen den zur Verfügung stehenden Unter­ suchungsabläufen auswählen. Auf den Steuerrechner können auch physiologische Parameter des Patienten einwirken. Beispiels­ weise kann der Meßablauf abhängig gemacht werden vom EKG oder EEG des Patienten, von der Schweißbildung auf seiner Haut usw. Diese Parameter können Auswirkungen auf die Stimulus­ präsentation und auch auf die für die Datenaufnahme angewand­ te Pulsfrequenz haben. Über eine mit 6 bezeichnete Schnitt­ stelle für Eingabemedien kann eine aktive Patientenreaktion, z. B. über eine Tastatur, eine Maus, oder eine akustische Ein­ gabe, berücksichtigt werden. Der Patient kann dadurch während des Meßablaufs z. B. den Ablauf der Stimulationsfolgen, der Datenakquisition und der Darstellung der funktionellen Bilder erreichen. Ebenso kann über diese Schnittstelle 6 ein exter­ nes Programm auf den Meßablauf einwirken.

Claims (7)

1. Verfahren zur zeit- und ortsaufgelösten Darstellung funk­ tioneller Gehirnaktivitäten mittels magnetischer Resonanz mit einer Steuereinheit, die aufgrund von Bedienereingaben fol­ gende Abläufe automatisch steuert:

• a) Generierung von Stimulationsfolgen für ein Untersuchungsob­ jekt,
• b) Steuerung der Datenakquisition,
• c) Nachverarbeitung und Darstellung der Daten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein zu untersuchender Pa­ tient während des Steuerungsablaufs auf diesen Steuerungs­ ablauf einwirken kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere vorpro­ grammierte Steuerungsabläufe von einem Bediener auswählbar sind.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei phy­ siologische Parameter des untersuchten Patienten auf den Steuerungsablauf einwirken.

5. Vorrichtung zur Durchführung eins Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einem Steuerrechner (1), der fol­ gende Steuerausgänge aufweist:

• - einen Steuerausgang (1a) für eine Pulssequenz des MR- Tomographiegerätes,
• - einen Steuerausgang (1b) für eine Stimulierungseinheit,
• - einen Steuerausgang (1c) für die Verarbeitung gewonnener Meßdaten in Abhängigkeit vom Stimulus.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Steuerrechner einen Eingang (1e) für physiologische Parameter eines zu unter­ suchenden Patienten aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Steuerrech­ ner einen Eingang (1d) für ein vom untersuchten Patienten zu betätigendes Eingabemedium aufweist.