DE19907137B4

DE19907137B4 - Temperaturüberwachungsverfahren, Temperaturüberwachungsgerät und Magnetresonanzgerät

Info

Publication number: DE19907137B4
Application number: DE19907137A
Authority: DE
Inventors: Yasutoshi Ishihara; Masaaki Kawasaki Umeda; Hidehiro Watanabe; Kazuya Yono Okamoto
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: US6194899B1; JPH11225991A; DE19907137A1

Abstract

Magnetresonanzgerät, enthaltend:
einen Hochfrequenz-Magnetfeldgenerator (3) zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Magnetfelds;
einen Gradienten-Magnetfeldgenerator (2) zum Erzeugen eines Gradienten-Magnetfelds;
einen Detektor (3) zum Detektieren eines MR-Signals von einem Gegenstand/Patienten;
eine Folgesteuerungsvorrichtung (9) zum Steuern des Hochfrequenz-Magnetfeldgenerators, des Gradienten-Magnetfeldgenerators und des Detektors;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Folgesteuerungsvorrichtung weiterhin ausgebildet ist zum Ausführen einer Absoluttemperatur-Messpulssequenz und anschließendem Ausführen einer Relativtemperatur-Messpulssequenz in wiederholter Weise;
ein Rechner (11) zum Berechnen einer Absoluttemperatur eines interessierenden Gebiets vorgesehen ist, auf der Grundlage der Frequenzinformation von einem MR-Signal, das anhand der Absoluttemperatur-Messpulsfolge detektiert ist; und
ein Rechner (11) zum Berechnen einer Relativtemperatur in dem interessierenden Gebiet vorgesehen ist, auf der Grundlage der Phaseninformation eines MR-Signals, das anhand der Relativtemperatur-Messpulssequenz detektiert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie ein Temperaturüberwachungsverfahren.
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät dient zum Überwachen der Innentemperatur eines Gegenstandes/Patienten während einer Periode einer Gehirnhypothermie bzw. -unterkühlung, vor allem angewandt bei einer Gehirnkrankheit und einem Gehirnleiden, und zwar zum Erfassen einer Temperaturschwankung an der Innenseite des Gegenstands durch Einsatz eines Magnetresonanzphänomens.

Ein Magnetresonanzgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist beschrieben in US 5,378,987 . Zudem ist in US 4,558,279 ein Verfahren zum Detektieren und für eine Bildgebung einer Temperatur bei einem Objekt durch NMR-Spektroskopie beschrieben.

Die Ergebnisse der Behandlung von Gehirnkrankheiten, z.B. dem Gehirntrauma, dem Gehirnblutgefäßleiden und der Hypoxie-Gehirnerkrankung (Hypoxie = Sauerstoffmangel) zum Zeitpunkt des Stoppens der Herz- und Lungenfunktion werden begleitet von Bedingungen wie Gehirnödem (Ödem = Flüssigkeitsansammlung) und Intracraniale Druckverschlimmerung (Druckverschlimmerung im Inneren des Schädels) aufgrund der Ischämie bzw. lokalen Blutleere. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, das intracraniale Druckniveau zu messen sowie das Sauerstoffsättigungsniveau des inneren, jugularen Venensinusbluts (Schlemmkanalbluts) und durch diese Vorgehensweise den Gegenstand zu steuern.

Vor kurzer Zeit wurde klargestellt, daß aufgrund Rückhaltens von Wärme im Gehirn aufgrund des erneuten Durchströmens nach der Gehirnerkrankung eine sekundäre Phase der Krankheit vor dem Gehirnödem auftritt. Es wurde demnach angezeigt, daß es wichtig ist, die Behandlung fortzusetzen, unter Steuerung der Temperatur des Gehirns.

Kürzlich wurde die Aufmerksamkeit auf die Gehirnhypothermie gerichtet, gemäß der zum Schützen eines Gehirns vor einem Gehirnverletzungsgebiet und zum Wiederbeleben des Gehirns die Temperatur des Gehirns auf 32° bis 34°C abgesenkt wird und dieser Zustand während einer Zeitperiode von ungefähr zwei Tagen bis einer Woche beibehalten wird (bzw. einer Zeitperiode von ungefähr zwei Tagen bis zwei Wochen in Übereinstimmung mit dem Fall) – Intensive & critical care medicine, Bd. 9, Nr. 6, 613–689 (1997), herausgegeben von Sohgo Igaku Co., Ltd..

Es war schwierig, exakt die Temperatur des Gehirns in Echtzeit während der Zeitperiode der Gehirnhypothermie zu messen. Eine übliche Vorgehensweise besteht im Messen der Bluttemperatur, die primär für die Gehirntemperaturbildung verantwortlich ist, unter Einsatz eines Kathetersensors, der in der inneren, jugularen Vene gesetzt ist und diese anstelle der Gehirntemperatur einzusetzen. Es wurde berichtet, daß für einen normalen Gegenstand eine derartige innere jugulare Venentemperatur näherungsweise gleich der Gehirntemperatur ist (Hayashi, Intensive & critical care medicine, Bd. 7, Nr. 3, S. 267–274 (1997)). Es wurde auch berichtet, daß ein Temperaturprofil in dem Gehirn in dem Fall eines Patienten mit Gehirnerkrankung erzeugt wird. Ein nicht-invasives und hochgenaues Temperaturmeßverfahren wurde demnach gewünscht.

Demnach besteht die Aufgabe der vorliegende Erfindung in der Messung der lokalen Innentemperatur in einem Gegenstand mit kurzer Zeitauflösung unter Einsatz einer Absoluttemperatur.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Magnetresonanzgerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie mit einem Temperaturüberwachungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.

Erfindungsgemäß wird eine Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung angewandt, und anschließend wird eine Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung wiederholt angewandt. Da die Absoluttemperatur Frequenzinformation erfordert, wohingegen sich die Relativtemperatur anhand der Phaseninformation messen läßt, kann die Zeit, die für die Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung erforderlich ist, kürzer als diejenige ausgebildet sein, die für die Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung erforderlich ist. Ferner tritt bei der Relativtemperatur eine Temperaturschwankung auf, und ist eine Absoluttemperatur zu einem gegebenen Zeitpunkt festgestellt, so läßt sich die Absoluttemperatur zu einem nachfolgenden Zeitpunkt anhand der Relativtemperatur berechnen. Demnach ist es möglich, eine lokale Innentemperatur in dem Gegenstand mit kürzerer zeitlicher Auflösung unter Einsatz der Absoluttemperatur zu messen.

Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung, und sie sind anhand der Beschreibung ersichtlich oder lassen sich durch die praktische Umsetzung der Erfindung erkennen. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung lassen sich mittels der Geräte und Kommunikationen realisieren und erhalten, die hier nachfolgend besonders herausgestellt sind.

Die beiliegenden Zeichnungen die als Teil der Beschreibung beigefügt sind und einen Teil derselben bilden, zeigen momentan bevorzugte Ausführungsformenen der Erfindung, und sie dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung; es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Temperaturüberwachungsgeräts (Magnetresonanzgerät) gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Darstellung eines Gesamtablaufs zum Überwachen der internen Temperatur gemäß der folgenden Ausführungsform; und
3A eine schematische Darstellung einer tatsächlichen Positionsbeziehung zwischen einem Temperaturüberwachungsgebiet, das in 2 durch einen Schritt (b) bezeichnet ist, und einem Gehirnerkrankungsgebiet;
3B eine schematische Darstellung einer Positionsbeziehung zwischen dem in 2 gemäß einem Schritt (b) bezeichneten Temperaturüberwachungsgebiet und dem Gehirnerkrankungsgebiet bei einem MRI-Bild (MRI magnetic resonance imaging, Kernspinresonanzbildgebung);
4A eine schematische Darstellung einer Absoluttemperatur-Meßpulssequenz, die bei einem Schritt (c) nach 2 ausgeführt wird;
4B ein Protonenspektrums, das anhand eines MR-Signals analysiert wird, das mit einer Pulssequenz nach 4A erfaßt wird;
5 eine schematische Darstellung einer Relativtemperatur-Meßpulsfolge, die bei einem Schicht (f) nach 2 angewandt wird;
6A eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Temperaturüberwachungs-Pulsfolge, die gemäß der folgenden Ausführungsform ausgeführt wird;
6B eine schematische Darstellung eines Verlaufs einer Pulsfolge einer Temperaturüberwachungsfunktion, ausgestattet mit einer Bewegungsfehler-Detektionsfunktion gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
7A ein Protonenspektrums, das anhand eines MR-Signals analysiert ist, das gemäß einer Absoluttemperatur-Meßpulsfolge im Zeitpunkt t₀ nach 6B erfaßt wird; und
7B ein Protonenspektrums, das anhand eines MR-Signals analysiert ist, das gemäß einer Absoluttemperatur-Meßpulsfolge bei einem Zeitpunkt t₁ nach 6B erfaßt wird.
Ein Temperaturmeßgerät oder ein Magnetresonanzgerät mit einer Temperaturüberwachungsfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung wird detaillierter nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Anordnung des Temperaturüberwachungsgeräts. Die Innentemperaturmessung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Einsatz derjenigen Eigenschaft durchgeführt, gemäß der die Resonanzfrequenz eines Protons in H₂O eine Temperaturabhängigkeit aufweist, d.h. sie variiert mit der Temperatur, sowie der Eigenschaft, gemäß der die Resonanzfrequenz eines Protons im Fett keine Temperaturabhängigkeit aufweist, d.h. sie durchläuft nahezu keine Schwankung unabhängig von der Temperatur. Es versteht sich von selbst, daß ein Targetkern nicht auf das Proton und eine H₂O/Fettkombination beschränkt ist, als einer aufgebaut mit einem Molekül, das einen solchen Targetkern enthält.
Ein statischer Magnet 1 erzeugt ein statisches Magnetfeld. Innerhalb des statischen Magneten 1 ist eine Trimmspule 4, eine Gradientenspule 2 und ein HF-Fühler 3 angeordnet.
Die Trimmspule 4 wird von einer Trimmspulen-Energieversorgung 6 versorgt, damit ein Magnetfeld zum Korrigieren eines inhomogenen statischen Feldes erzeugt wird. Das von der Trimmspule 4 erzeugte Magnetfeld wird dem statischen Feld überlagert, und durch diese Vorgehensweise ist es möglich, die Homogenität des statischen Magnetfelds zu verbessern. Es ist zu erwähnen, daß die Koordinatenachse gemäß der Richtung des statischen Magnetfelds als Z-Achse definiert ist.
Die von der Gradientenspulen-Energieversorgung versorgte Gradientenspule 2 erzeugt ein Gradientenfeld entlang der X-Achse, ein Gradientenfeld entlang einer Y-Achse und ein Gradientenfeld entlang der Z-Achse. Der HF-Fühler 3 ist innerhalb der Gradientenspule 2 angeordnet, und er enthält eine HF-Spule und einen Tuner bzw. ein Abstimmgerät, damit der Targetkern – ein Proton – auf eine Resonanzfrequenz abstimmbar ist. Der HF-Fühler 3 ist über einen Duplexer mit einem Sender 7 während einer Sendezeit und mit einem Empfänger 7 während einer Empfangszeit verbunden.
Der Sender 7 versorgt den HF-Fühler 3 mit einem HF-Strompuls. Hierdurch erzeugt die HF-Spule ein HF-Magnetfeld (Drehmagnetfeld). Ferner empfängt der Empfänger 8 ein MR-Signal über die HF-Spule, das über einen Protonenspin in dem Objekt erzeugt und anschließend verstärkt und detektiert wird. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß der HF-Fühler 3 – obgleich vom kombinierten Sender/Empfangstyp – in einen Fühler mit lediglich einem Sender und einem Empfänger aufgeteilt sein kann.
Eine Datenerfassungseinheit 10 bewirkt das Umsetzen des von dem Empfänger 8 empfangenen MR-Signals in ein digitales Signal, und nach einem zeitweisen Speichern wird dieses in einem Zeitpunkt zu einem Computer 11 übertragen. Der Computer 11 weist zudem eine Funktion dahingehend auf, daß er als Leitstelle zum Steuern des Systems als Ganzes dient, sowie eine Funktion zum Erzeugen eines MR-Bilds in Innenansicht des Gegenstands auf der Grundlage des MR-Signals, eine Funktion zum Berechnen einer Absoluttemperatur auf Grundlage des MR-Signals, eine Funktion zum Berechnen einer Relativtemperatur auf Grundlage des MR-Signals, eine Funktion zum Umsetzen der Relativtemperatur in die Absoluttemperatur, eine Funktion zum Erzeugen von Anzeigedaten hinsichtlich der Absoluttemperatur und der Relativtemperatur und zum Ausgeben derselben bei einer Anzeige 13 und eine Funktion zum Detektieren eines Bewegungsfehlers auf der Grundlage einer zeitweisen Veränderung in Zuordnung zu der Resonanzfrequenz eines Protons im Fett, das keine irgendwie geartete Temperaturabhängigkeit zeigt.
Eine Folgesteuerungsanlage bzw. -vorrichtung (Engl: sequence controller) 9 unterhält Pulssequenzdaten für die Bildgebung, Pulssequenzdaten zum Messen der Absoluttemperatur und Pulssequenzdaten zum Messen der Relativtemperatur. Die drei Arten dieser Daten werden selektiv unter Steuerung des Computers geladen und ausgeführt. Die Folgesteuerungsvorrichtung 9 kontrolliert die Gradientenspulen-Energieversorgung 5, die Zündspulen-Energieversorgung 6, den Sender 7, den Empfänger 8 und die Datenerfassungseinheit 10. Hierdurch wird die ausgewählte Pulsfolge ausgeführt, und ein MR-Signal zum Messen der Absoluttemperatur und ein MR-Signal zum Messen der Relativtemperatur werden in Übereinstimmung mit der Pulssequenz erfaßt.
Die 2 zeigt einen Gesamtablauf eines Temperaturüberwachungsbetriebs gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Hierbei wird angenommen, daß die Temperatur in dem Gebiet der Gehirnerkrankung in diesem Fall überwacht wird.
Zunächst wird ein Gegenstand bzw. Objekt bzw. Patient in einem Bildgebungsbereich im Schritt (a) positioniert. In diesem Fall ist das Installieren eines Mechanismus wünschenswert, beispielsweise eines solchen, der das Gleiten der Oberplatte eines Betts vom beweglichen Typ auf das Bett des Magnetresonanzgeräts ermöglicht, so daß das bewegliche Bett mit dem hierauf positionierten Objekt einfach auf das Bett des Magnetresonanzgeräts positioniert bzw. zu diesem bewegt werden kann. Ferner ist es vom Standpunkt eines Betriebs wünschenswert, eine Struktur mit einer "Tropf"-Einrichtung ("drip" device) auszubilden, sowie anderer an der Oberplatte fixierter Einrichtungen.
Anschließend wird eine Pulssequenzdaten für die Bildgebung durch die Folgesteuerungsvorrichtung 9 im Schritt (b) durchgeführt. Diese Pulssequenz enthält ein Spin-Echoverfahren oder ein Feldechoverfahren unter Anwendung beispielsweise eines zweidimensionalen Fourier-Transformationsverfahrens (2DFT). Durch diese Vorgehensweise ist es möglich, ein MR-Bild eines Querschnitts einschließlich eines Gebiets der Gehirnerkrankung in Zuordnung zu einem Temperaturüberwachungsziel zu erhalten.
Ein therapeutischer Plan wird unter Einsatz des MR-Bilds aufgestellt. In diesem Zeitpunkt ist es wünschenswert, daß vom Standpunkt der Reduzierung der Meßzeit aus gesehen, ein MR-Signal für einen eingeschränkten Temperaturüberwachungsbereich beobachtet werden kann. Da jedoch ein Fall vorliegt, bei dem sich die Gehirnkrankheit des Objekts/Patienten ausbreitet und kein Gehirnödem oder keine Infarktfokussierung (Enkl.: infarction focus) usw. bei dieser Stufe der Beobachtung vorliegt, ist es vom Standpunkt des Durchführens einer besseren Temperatursteuerung aus gesehen erforderlich, mehrere Temperaturüberwachungsgebiete zu bestimmen, sowie zugeordnete MR-Signale von den Temperaturüberwachungsgebieten zu erhalten und die Innentemperatur für jedes Temperaturüberwachungsgebiet zu messen. Die Temperaturüberwachungsgebiete werden durch einen Betreiber an dem MR-Bild bezeichnet, wie in den 3A und 3B gezeigt, das im Schritt (b) erhalten wird.
Im Fall der Anwendung der Hypothermie werden eine Zirkulationspumpe, eine Kühlmatte, ein Überwachungskatheter usw. geeignet vorbereitet und eingestellt, vorausgesetzt, daß es erforderlich ist, die Zirkulationspumpe usw. zu betreiben, und zwar durch einen Ultraschallmotor usw., damit jedwed er ungünstige Einfluß des statischen Feldes vermieden wird, oder vorausgesetzt, daß es erforderlich ist, einen Pumpkörper bei der Stelle entfernt von dem statischen Magnetkörper zu installieren.
Ein Temperaturüberwachungsbebrieb – Schritte (c) bis (i) – beginnt bei Synchronisierung zu dem Start der Hypothermie. Das "Überwachen" wird als sequentielles Observieren durch einen Betreiber der Temperatur in den Temperaturüberwachungsgebieten definiert, sowie als Bestätigung der Tatsache, ob die Temperatur fortlaufend auf einem gewünschten Niveau liegt oder nicht. Ferner ist das "Temperaturüberwachungsgerät" als ein Gerät zum Bereitstellen von Information definiert, die für einen derartigen Überwachungsbetrieb erforderlich ist, d.h. zum Darstellen der Temperatur der zeitlichen Änderung an den Betreiber.
(Ablauf des Temperaturüberwachungsbetriebs)
Zunächst wird die Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperatur im Schritt (c) ausgeführt.
Anschließend wird im Schritt (d) ein Protonenspektrum durch Fourier-Transformation anhand einer Gruppe von MR-Signalen berechnet, die im Schritt (c) aufgenommen werden, und die Absoluttemperaturen der Temperaturüberwachungsgebiete werden auf der Grundlage des Protonenspektrums berechnet.
Im Schritt (e) wird die berechnete Absoluttemperatur bei der Anzeige 13 angezeigt. Alternativ ist es möglich, eine Druckerausgabe wie im Fall der Ausgangsgrößen der Meßeinrichtungen auszugeben, beispielsweise einem Elektrocardiographen, einem Hämomanometer, einem Elektroenzephalographen und einem Niveaumeter für die venöse Blutsättigung.
Im Schritt (f) wird die Pulssequenz für die relative Temperaturmessung ausgeführt, nach dem Messen der Absoluttemperatur.
Im Schritt (g) wird die Relativtemperatur, d.h. der Umfang, gemäß dem eine momentane Temperatur gegenüber der unmittelbar vorangehenden Temperatur variiert, auf der Grundlage der Phaseninformation berechnet, gemäß dem Umfang, in dem sich die im Schritt (f) aufgenommenen Phasen der MR-Signale gegenüber ihren unmittelbar vorhergehenden Phasen verändern.
Anschließend wird im Schritt (h) die im Schritt (g) berechnete Relativtemperatur zu der im Schritt (d) berechneten Absoluttemperatur zum Umsetzen der Relativtemperatur in eine Absoluttemperatur addiert. Die umgesetzten Absoluttemperatur wird als Zahlenwert oder als Temperaturänderungsgrad bei der Anzeige 13 angezeigt oder durch ein (nicht gezeigtes) Druckgerät ausgegeben – (Schritt (i).
Diese Schritte (f) bis (i) werden bis zum Abschluß der medizinischen Behandlung wiederholt. Durch diese Vorgehensweise werden die Relativtemperaturen sequentiell gemessen und sequentiell in eine Absoluttemperatur so umgesetzt, daß die Absoluttemperatur konstant angezeigt wird.
(Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung – Frequenzverfahren)
Die 4A zeigt eine Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperatur. Bei dieser Pulsfolge liegt ein HF-Feldpuls mit einem Neigungswinkel α° kleiner als 90° zusammen mit einem Scheibenauswahl-Gradientenfeldpuls an, und anschließend liegt ein Gradientenfeldpuls Ge1 für die Phasencodierung im Zusammenhang mit einer ersten Achse und ein Gradientenfeldpuls Ge2 für die Phasencodierung im Zusammenhang mit einer zweiten Achse an. In diesem Zusammenhang erfolgt eine Phasencodierung im Zusammenhang mit jeder der Axialrichtungen (Ge1, Ge2) zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation zu den MR-Signalen. Hiernach wird ein MR-Signal (FID-Signal) erzeugt und beobachtet.
Eine Abtastzeit der Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperaturen ist gegeben durch TRa × N × Mmit

N:: Zahl der Phasencodierungsschritte im Zusammenhang mit der ersten Achse;
M:: Zahl der Phasencodierungsschritte im Zusammenhang mit der zweiten Achse; und
TR_a:: Eine Wiederholzeit.

(Verfahren zum Berechnen der Absoluttemperatur)
Die 4B zeigt ein Protonenspektrum, das durch Frequenzanalyse einer Gruppe von MR-Signalen bestimmt wird, die mit der Pulssequenz nach 4A aufgenommen werden. Die chemische Verschiebungsdifferenz zwischen dem Proton in H₂O und derjenigen in Fett beträgt 3,38 ppm bei 27°C, was ungefähr 216 Hz bei 1,5 Tesla entspricht. Die Resonanzfrequenz des Protons in H₂O unterliegt einer Schwankung von –0,01 ppm per 1°C, wohingegen keine derartige Temperaturabhängigkeit für das Proton in dem Fett auftritt. Demnach läßt sich mit dem Fett als Referenz die Absoluttemperatur anhand der chemischen Verschiebungsdifferenz zwischen dem Proton in H₂O und demjenigen in Fett berechnen.
Da die Temperaturabhängigkeit des Protons in H₂O sehr gering ist, ist es erforderlich, ein Protonenspektrum mit hoher Frequenzauflösung zu erhalten. Hierfür ist es erforderlich, die Signalbeobachtungszeit auszudehnen. Ferner wird vom Standpunkt des S/N-Verhältnis aus gesehen die Tatsache berücksichtigt, daß die Signalbeobachtung in einer Zeit von ungefähr T2* endet, und durch Anwendung einer Nulleinfügung bei diesen Daten wird die erforderliche Zahl der Daten zum Bereitstellen einer ersichtlich verbesserten Frequenzauflösung erhalten. Es ist auch wirksam, die Meßgenauigkeit der Temperatur über eine besonders hohe Auflösung zu verbessern, die durch Verarbeitung der Spektraldaten erreicht, z.B. wird anhand der Methode der kleinsten Fehlerquadrate.
Da es bei der Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperatur zum Reduzieren der Meßzeit möglich ist, lediglich Absoluttemperaturdaten für eine relativ geringe Zahl der Temperaturüberwachungsgebiete oder anhand einer relativ groben Matrix zu erhalten, ist es nicht immer möglich, die Absoluttemperatur bei allen Positionen zu messen, bei denen Relativtemperaturen durch das Phasenverfahren gemessen werden. Alternativ kann das Heranziehen einer Prozedur in Betracht gezogen werden, beispielsweise das Umsetzen der Relativtemperaturen in Absoluttemperaturen lediglich bei Stellen, bei denen eine Absoluttemperatur durch das Frequenzverfahren gemessen wird oder das Anzeigen lediglich einer Temperaturschwankung bei diesen Gebieten. Aus diesem Grund werden diejenigen Stellen oder Ortsgebiete (die Zahl der Volumenelemente (Engl.: Voxel)), bei denen die Absoluttemperatur mit dem von dem Schritt (b) festgelegten Frequenzverfahren gemessen wird, für verbesserte therapeutische Ergebnisse wichtig.
(Pulssequenz zum Messen der Relativtemperatur – Phasenverfahren)
Bei der Pulssequenz zum Messen der Relativtemperatur liegt, wie in 5 gezeigt, ein HF-Feldpuls mit einem Neigungswinkel α° kleiner als 90° zusammen mit einem Scheibenauswahl-Gradientenfeldpuls Gs an, und anschließend liegt ein Gradientenfeldpuls Ge zum Phasencodieren im Zusammenhang mit einer ersten Achse an. Hiernach wird ein MR-Signal (Echo) durch ein hinsichtlich einer Polarität wechselnden Gradientenfeldpuls Gr zum Frequenzcodieren erzeugt. Dies bedeutet, daß eine Phasencodierung hinsichtlich mindestens einer (Ge) der Axialrichtungen durchgeführt wird, zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation zu den MR-Signalen, und eine Frequenzcodierung wird hinsichtlich der verbleibenden Achsenrichtung (Gs) durchgeführt. Diese MR-Signale werden während dem Fortführen des Gradientenfeldpulses Gr zum Frequenzcodieren gesammelt.
Hierbei ist die Abtastzeit der Pulssequenz zum Messen der Relativtemperatur gegeben durch TRb × N derart, daß N die Zahl der Phasencodierungsschritte im Zusammenhang mit der ersten Achse bezeichnet, in derselben Weise wie bei der Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperatur, und TR_b (≒ TR_a) eine Wiederholungszeit bezeichnet. Diese Zeit ist kürzer als die Abtastzeit der Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung, d.h. kürzer als die letztere Abtastzeit, und zwar gemäß einem Umfang, gemäß dem keine Phasencodierung hinsichtlich der zweiten Achse erfolgt.
Ferner wird die Bedingung "TR_a > Tr_b" allgemein vorgegeben, und die Abtastzeit der Pulssequenz zum Messen der Relativtemperatur kann kürzer sein als diejenige der Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung, wie in 4A gezeigt. Der Grund hierfür ist nachfolgend kurz erläutert. Die Absoluttemperatur wird anhand der Frequenzinformation in einem Magnetresonanzsignal gemessen, und für die Pulssequenz zum Messen der Absoluttemperatur läßt sich die Frequenzcodiertechnik zum Zweck des Spezifizierens oder Lokalisierens an einer Stelle nicht einsetzen. Demnach ist es zum Spezifizieren der Stelle bei zwei Achsen erforderlich, die Phasencodierung im Hinblick auf die zwei Achsen durchzuführen. Andererseits läßt sich die Relativtemperatur anhand der Phaseninformation des MR-Signals messen. Aus diesem Grund kann die Pulssequenz für die Relativtemperatur die Frequenzcodiertechnik zum Spezifizieren der Stelle einsetzen. Die Phasencodiertechnik und die Frequenzcodiertechnik können gemeinsam so eingesetzt werden, daß die Stelle bei den beiden Achsen spezifiziert ist. Wie allgemein bekannt, erfordert die Pulssequenz unter Einsatz der Phasencodiertechnik eine Zeit gemäß Wiederholungszeit x Zahl der Phasencodierungsschritte. Demnach bewirkt die Pulssequenz für die Absoluttemperatur die Phasencodierung hinsichtlich der beiden Achsen, und diese Abtastzeit nimmt eine Zeit gemäß Wiederholungszeit x sowohl Zahl der Phasencodierungsschritte entlang der ersten Achse als auch derjenigen der Phasencodierungsschritte entlang der zweiten Achse an. Ferner muß für die Pulssequenz für die Relativtemperatur die Phasencodierung lediglich im Hinblick auf die erste Achse durchgeführt werden, und diese Abtastzeit nimmt eine Zeit gemäß Wiederholungszeit (TR) x Zahl der Phasencodierungsschritte entlang der ersten Achse an. Aus diesem Grund kann die Abtastzeit für die Relativtemperatur erheblich kürzer sein als diejenige für die Absoluttemperaturmessung.
(Verfahren zum Messen der Relativtemperatur)
Eine Relativtemperatur, d.h. eine Temperaturschwankung zwischen einem Zeitpunkt einer momentanen Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung und einem Zeitpunkt einer unmittelbar vorhergehenden Pulssequenz einer Relativtemperaturmessung, läßt sich durch die folgende Gleichung berechnen, auf der Grundlage einer Veränderung (Phasendifferenz) zwischen der Phase eines MR-Signals, das mit einer momentanen Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung erfaßt wird, und derjenigen eines MR-Signals, das mittels einer unmittelbar vorangehenden Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung erfaßt wird. ΔT(r) = T(r)nach – T(r)bevor = {(θ(r)nach – θ(r)bevor)/α·γ·τ·B0}mit

r:: Raumvektor
α:: Koeffizient zum Darstellen einer Temperaturabhängigkeit einer chemischen Verschiebung eines Protons in H₂O
γ:: Nuklearmagnetogyrisches Verhältnis (Engl.: nuclear magetogyric ratio)
τ:: Echozeit
B₀:: Statische Feldstärke
θ(r)_nach:: Phasenbild zu einem geringfügig vorangehenden Zeitpunkt
θ(r)_davor:: Momentanes Phasenbild

(Pulssequenzwiederholung)
Die 6A zeigt einen Ablauf einer gesamten Pulssequenz. In 6A zeigt "A" eine Pulssequenz für die Absoluttemperaturmessung und "B" eine Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung. Wie in 6A gezeigt, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung ausgeführt, und anschließend wird eine Pulssequenz für die Relativtemperaturmessung wiederholt ausgeführt.
Wie allgemein bekannt, wird bei dem Hypothermieverfahren die Gehirntemperatur, ausgehend von dem Start der Behandlung, abgesenkt, während einer durchgehenden Zeitdauer einiger Stunden gemäß ungefähr 4°C. Die Temperatursteuerung bei deren Absenkperiode und Wiederaufwärmperiode wird sehr wichtig. Da im Rahmen des Verfahrens (Frequenzverfahrens) zum Berechnen der Absoluttemperatur anhand einer chemischen Verschiebungsdifferenz zwischen einem H₂O Proton und Fettproton eine Abtastzeit für deren Pulsfolge relativ lange ist, wie oben dargelegt, läßt sich die Innentemperatur nicht wiederholt mit einer praktischen Auflösung von unbestimmter Größe zum Erzielen einer kurzen zeitlichen Auflösung messen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird nach der Absoluttemperatur-Meßpulsfolge (A) einer längeren Abtastzeit die Relativtemperatur-Meßpulsfolge einer kürzeren Abtastzeit wiederholt ausgeführt. Da die Relativtemperatur eine Temperaturschwankung aufweist, folgt bei Kenntnis einer Absoluttemperatur zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, daß sich durch sequentielles Addieren dieser zugeordneten Relativtemperaturen zu dieser Absoluttemperatur bei einem vorgegebenen Zeitpunkt die Absoluttemperatur bei einem nachfolgenden Zeitpunkt mit kurzer zeitlicher Auflösung messen läßt.
Es ist zu erwähnen, daß der Gegenstand/Patient, der der Ableitperiode der Hypothermie unterliegt, einer nachfolgenden intensiven Pflege rund um die Uhr unterliegt, und zum Steuern des Blutdrucks, der Atmung, des intracranialen Drucks und des "Tropfens" wird eine für die obige Steuerung erforderliche biologische Messung durchgeführt. Obgleich während der Interventionszeit ein fortlaufendes Durchführen einer derartigen Temperatursteuerung wünschenswert ist, wird aufgrund der Tatsache, daß die Temperaturmessung während anderer Ableit- und Wiederaufwärmzeitperioden des Gegenstands erforderlich ist, der Gegenstand aus dem Magnetresonanzgerät in dem Fall herausgezogen, in dem die Innentemperatur sowie der Zustand des Gegenstands zu bestätigen ist. Zudem muß der Gegenstand in den Intensivbehandlungsraum getragen werden, usw.. Es ist schwierig, eine genaue Temperaturschwankung durch das Phasenverfahren zu berechnen, und zwar aufgrund eines ungünstigen Einflusses durch ein inhomogenes Magnetfeld, das sich anhand einer Positionsverschiebung des Gegenstands ergibt, die bei Einfügen und Herausnehmen des Gegenstands in und aus dem Magnetresonanzgerät auftritt. In dem Fall, in dem eine derartige Innentemperaturmessung unterbrochen ist, wird eine Absoluttemperatur erneut durch das Frequenzverfahren gemessen, und anschließend wird eine Relativtemperatur durch das Phasenverfahren gemessen, zum Umsetzen der Relativtemperatur in die Absoluttemperatur.
Manchmal treten die Fälle auf, bei denen während dem Überwachen der Innentemperatur bei Durchführen der wiederholten Messung der Relativtemperatur durch die Wiederholung des Phasenverfahrens und wiederholtes Umsetzen der Relativtemperatur in die Absoluttemperatur ein Messen der Temperatur zu einem Fehler aufgrund der Bewegung des Gegenstands führt. Die 6B zeigt den Ablauf einer Pulsfolge zum Realisieren der Detektion eines Bewegungsfehlers und zum Initialisieren der Absoluttemperatur. Erfolgt eine Bestimmung entweder periodisch oder durch einen Betreiber während der Wiederholung der Relativtemperatur-Pulssequenz ("B"), so wird die Unterbrechung der Absoluttemperatur-Meßpulssequenz ("A") durchgeführt.
Die 7A zeigt ein Protonenspektrum, das durch die Anwendung der Frequenzanalyse derjenigen MR-Signale erhalten wird, die mit der Absoluttemperatur-Meßpulssequenz im Zeitpunkt t₀ nach 6B erfaßt werden. Die 7B zeigt ein Protonenspektrum, das durch die Anwendung der Frequenzanalyse derjenigen MR-Signale erhalten wird, die mit der Absoluttemperatur-Meßpulssequenz im Zeitpunkt t₁ nach 6B erfaßt werden. Die Resonanzfrequenz des Protons im Fett beträgt ν₀. Es sei angenommen, daß im Zeitpunkt t₁ die Resonanzfrequenz des Protons im Fett zu ν₁ variiert. Es sei betrachtet, daß aufgrund der Tatsache, daß die Resonanzfrequenz des Protons im Fett keine Temperaturabhängigkeit zeigt, die zeitliche Veränderung der Resonanzfrequenz des Protons im Fett aufgrund der Bewegung des Gegenstands/des Patienten eine hohe Wahrscheinlichkeit dahingehend aufweist, daß das Innentemperatur-Überwachungsgebiet verschoben ist, so daß ein magnetisches Umfeld um dieses variiert.
Wird die zeitliche Änderung (ν₀–ν₁) der Resonanzfrequenz zu groß, um vernachlässigt zu werden, und übersteigt die Differenz (ν₀–ν₁) einen spezifizierten Schwellwert, so wird ein Bewegungsfehler detektiert, und ferner erfolgt das Anzeigen einer Meldung zum Darstellen der Tatsache, daß die während einer Zeitpunkt t₀–t₁ gemessene Relativtemperatur und die hieraus umgesetzte Absoluttemperatur ein niedrigeres Zuverlässigkeitsniveau aufweisen.
Ferner wird die Temperatur, auf deren Grundlage die Relativtemperatur zu der Absoluttemperatur umgesetzt wird, durch die Absoluttemperatur im Zeitpunkt t₁ ersetzt. Während der Behandlungszeit von bis zu 24 Stunden erfolgt eine Kalibrierung durch Einsatz des Frequenzverfahrens derart, daß sich kein Bewegungsfehler in akkumulierender Weise ansammelt. Es ist demnach möglich, eine Innentemperaturüberwachung mit hoher Genauigkeit fortzusetzen. Zu einem derartigen Kalibrierungszeitpunkt oder in den Fällen, in denen mehrere Gegenstände in wechselnder Weise zu messen sind, ist es erforderlich, die Messung zu unterbrechen, und es ist von dem Standpunkt der Bedingungssteuerung wünschenswert, daß diejenigen Graphen zum Darstellen der sequentiellen Temperaturänderungen, die sowohl vor als auch nach einer derartigen Unterbrechung erfaßt werden, wie für einen durchgehenden zusammengefügt werden.
Wie oben dargelegt, läßt sich gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur des Verletzten oder der anderen Gebiete in dem Gegenstand/Patienten während der Hypothermie messen, und zwar als eine Absoluttemperatur mit kürzerer zeitlicher Auflösung.
Zusätzliche Vorteile und Modifikationen ergeben sich für die mit dem Stand der Technik Vertrauten in einfacher Weise. Demnach sind die weitergehenden Aspekte der Erfindung nicht auf die spezifischen Details und darstellenden Ausführungsformen beschränkt, die gezeigt und hier beschrieben sind. Demnach lassen sich zahlreiche Modifikationen durchführen, ohne von dem Sinngehalt und Schutzbereich des allgemeinen erfinderischen Konzepts abzuweichen, das durch die angefügten Patentansprüche und deren Äquivalente definiert ist.

Claims

Magnetresonanzgerät, enthaltend: einen Hochfrequenz-Magnetfeldgenerator (3) zum Erzeugen eines Hochfrequenz-Magnetfelds; einen Gradienten-Magnetfeldgenerator (2) zum Erzeugen eines Gradienten-Magnetfelds; einen Detektor (3) zum Detektieren eines MR-Signals von einem Gegenstand/Patienten; eine Folgesteuerungsvorrichtung (9) zum Steuern des Hochfrequenz-Magnetfeldgenerators, des Gradienten-Magnetfeldgenerators und des Detektors; dadurch gekennzeichnet, dass die Folgesteuerungsvorrichtung weiterhin ausgebildet ist zum Ausführen einer Absoluttemperatur-Messpulssequenz und anschließendem Ausführen einer Relativtemperatur-Messpulssequenz in wiederholter Weise; ein Rechner (11) zum Berechnen einer Absoluttemperatur eines interessierenden Gebiets vorgesehen ist, auf der Grundlage der Frequenzinformation von einem MR-Signal, das anhand der Absoluttemperatur-Messpulsfolge detektiert ist; und ein Rechner (11) zum Berechnen einer Relativtemperatur in dem interessierenden Gebiet vorgesehen ist, auf der Grundlage der Phaseninformation eines MR-Signals, das anhand der Relativtemperatur-Messpulssequenz detektiert ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem zu ein Rechner zum Umsetzen der gemessenen Relativtemperatur in eine zugeordnete Absoluttemperatur auf der Grundlage der berechneten Absoluttemperatur vorgesehen ist.
Temperaturüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die berechnete Absoluttemperatur auf der Grundlage einer chemischen Verschiebungsdifferenz zwischen einem spezifischen Kern in einem ersten Molekül berechnet wird, dessen Resonanzfrequenz eine Temperaturabhängigkeit zeigt, und dem spezifischen Kern in einem zweiten Molekül, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit zeigt.
Temperaturüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativtemperatur auf der Grundlage einer Phasenveränderung eines MR-Signals berechnet wird, und zwar ausgehend von dem spezifischen Kern in dem ersten Molekül, dessen Resonanzfrequenz die Temperaturabhängigkeit aufweist.
Temperaturüberwachungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absoluttemperatur-Messpulssequenz eine Phasencodierung hinsichtlich jeder Achsenrichtung zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation zu dem MR-Signal erfolgt.
Temperaturüberwachungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Relativtemperatur-Messpulssequenz eine Phasencodierung hinsichtlich mindestens einer der Achsenrichtungen erfolgt, und zwar zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation, und dass eine Frequenzcodierung hinsichtlich der verbleibenden Achsenrichtung erfolgt.
Temperaturüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rechner (11) anhand des detektierten MR-Signals eine Resonanzfrequenz eines spezifischen Kerns in einem spezifischen Molekül berechnet wird, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit zeigt, zum Detektieren eines Bewegungsfehlers des Gegenstands auf der Grundlage einer zeitlichen Veränderung der berechneten Resonanzfrequenz.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Rechner (11) eine Resonanzfrequenz eines spezifischen Kerns in einem spezifischen Molekül berechnet wird, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit aufweist, anhand des MR-Signals, das mit der Absoluttemperatur-Messpulsfolge detektiert ist, sowie zum Detektieren eines Bewegungsfehlers des Gegenstands auf der Grundlage einer zeitlichen Veränderung der berechneten Resonanzfrequenz.
Temperaturüberwachungsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: einen ersten Schritt (c) zum Ausführen einer Absoluttemperatur-Messpulsfolge, derart, dass eine Absoluttemperatur in einem interessierenden Gebiet eines Patienten/Gegenstands auf der Grundlage von Frequenzinformation für ein MR-Signal gemessen wird, das anhand der Absoluttemperatur-Messpulsfolge erfasst wird; und einen zweiten Schritt (f) zum wiederholten Ausführen einer Relativtemperatur-Messpulsfolge nach der Absoluttemperatur-Messpulsfolge, derart, dass eine Relativtemperatur des interessierenden Gebiets eines Gegenstands/Patienten auf der Grundlage von Phaseninformation in einem MR-Signal gemessen wird, das durch die Relativtemperatur-Messpulsfolge erfasst wird, und dass die Relativtemperatur in eine zugeordnete absolute Temperatur auf der Grundlage der gemessenen Absoluttemperatur umgesetzt wird.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Absoluttemperatur auf der Grundlage einer chemischen Verschiebungsdifferenz berechnet wird, und zwar zwischen einem ersten Kern in einem ersten Molekül, dessen Resonanzfrequenz eine Temperaturabhängigkeit aufweist, und einem spezifischen Kern in einem zweiten Molekül, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit aufweist.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativtemperatur auf der Grundlage einer Phasenveränderung in einem MR-Signal gemessen wird, und zwar anhand eines spezifischen Kerns in einem ersten Molekül, dessen Resonanzfrequenz eine Temperaturabhängigkeit aufweist.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Absoluttemperatur-Messpulssequenz eine Phasencodierung hinsichtlich jeder der Achsenrichtungen erfolgt, zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation zu dem MR-Signal.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Relativtemperatur-Messpulssequenz eine Phasencodierung erfolgt, und zwar hinsichtlich mindestens einer der Achsenrichtungen zum Hinzufügen spezieller Positionsinformation, und dass eine Frequenzcodierung im Hinblick auf die verbleibende Achsenrichtung erfolgt.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Absoluttemperatur-Messfolge anstelle der Relativ-Messpulsfolge in Ansprechen auf die Ausgabe eines Befehls zum Unterbrechen der Durchführung der Relativtemperatur-Messfolge durchgeführt wird.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Absoluttemperatur, auf deren Grundlage die Relativtemperatur berechnet wird, zu einer Absoluttemperatur zurückgesetzt wird, die durch die Unterbrechung gemessen wird.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des ersten Schrittes eine Resonanzfrequenz eines spezifischen Kerns in einem spezifischen Molekül, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit zeigt, anhand eines erfassten MR-Signals berechnet wird, und dass ein Bewegungsfehler des Gegenstands auf der Grundlage einer Temperaturschwankung der berechneten Resonanzfrequenz detektiert wird.
Temperaturüberwachungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte enthält: einen ersten Schritt (c) zum zwischenzeitlichen Ausführen einer Absoluttemperatur-Messpulssequenz, derart, dass eine Absoluttemperatur in einem interessierenden Gebiet in einem Patienten/einem Gegenstand auf der Grundlage einer Frequenzinformation eines MR-Signals gemessen wird, das anhand einer Absoluttemperatur-Messpulssequenz erfasst wird; und einen zweiten Schritt (f) zum wiederholten Ausführen einer Relativtemperatur-Messpulssequenz bei einem Intervall zwischen den Absoluttemperatur- Messpulssequenzen, derart, dass eine Relativtemperatur in dem interessierenden Gebiet eines Patienten auf der Grundlage von Phaseninformation in einem MR-Signal gemessen wird, das anhand der Relativtemperatur-Messpulssequenz erfasst wird, und dass die Relativtemperatur in eine zugeordnete Absoluttemperatur auf der Grundlage der gerade vorangegangenen Absoluttemperaturmessung umgesetzt wird.
Temperaturüberwachungsverfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Schritt eine Resonanzfrequenz eines spezifischen Kerns in einem spezifischen Molekül, dessen Resonanzfrequenz keine Temperaturabhängigkeit aufweist, anhand des erfassten MR-Signals berechnet wird, und dass ein Bewegungsfehler des Gegenstands auf der Grundlage einer zeitlichen Veränderung dieser berechneten Resonanzfrequenz detektiert wird.