DE19958408A1 - MR-Anordnung und MR-Verfahren zur Lokalisierung und/oder Visualisierung eines mit einer passiven Magnetvorrichtung ausgestatteten medizinischen Instruments - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine MR-Anordnung mit Mitteln zur Lokalisierung und/oder Visualisierung eines in ein Untersuchungsobjekt (1) eingeführten medizinischen Instruments (2). Um eine solche Anordnung kostengünstiger und zuverlässiger auszugestalten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß an dem medizinischen Instrument (2) eine Magnetvorrichtung (3) angeordnet ist und daß die Magnetvorrichtung (3) mittels einer Steuereinheit (4, 5) derart steuerbar ist, daß eine Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) in MR-Datensätzen gezielt veränderbar ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein entsprechend ausgestaltetes MR-Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine MR-Anordnung mit Mitteln zur Lokalisierung und/oder Visualisierung eines in ein Untersuchungsobjekt eingeführten medizinischen Instruments sowie ein entsprechendes MR-Verfahren.

Eine solche Anordnung und ein solches Verfahren sind aus der EP 928 972 A2 bekannt. Dort ist eine Mikrospule an einem in das Untersuchungsobjekt, beispielsweise in den Körper eines Patienten, eingeführten medizinischen Instrument, beispielsweise an einem Katheter, befestigt. Die Mikrospule ist dabei frei von Anschlußleitungen und auf die MR- Frequenz der MR-Anordnung abgestimmt. Bei einem Hochfrequenzimpuls ergibt sich im Nahbereich der Mikrospule eine lokale Erhöhung des Magnetfeldes, wodurch die Kernmagnetisierung im Bereich der Mikrospule in anderem Maße beeinflußt wird als im übrigen Untersuchungsbereich, was in einem MR-Bild sichtbar gemacht werden kann und woraus sich die Position der Mikrospule und damit auch des medizinischen Instruments bestimmt werden kann.

Die bekannte Anordnung hat sich jedoch insoweit als nachteilig erwiesen, als in die medizinischen Instrumente eine Mikrospule mit einem Schwingkreis integriert werden muß, die diese Instrumente verteuern, da sie meist nur einmal benutzt werden. Außerdem ist die durch die Mikrospule bewirkte Feldüberhöhung oftmals nicht ausreichend stark, um eine genaue Positionsbestimmung des medizinischen Instruments zu ermöglichen, da das Volumen relativ klein ist, in dem eine solche Feldüberhöhung auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte MR-Anordnung und ein eingangs genanntes MR-Verfahren kostengünstiger und zuverlässiger auszugestalten.

Diese Aufgabe wird durch eine MR-Anordnung gemäß Anspruch 1 bzw. durch ein MR- Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß es sehr vorteilhaft ist, wenn der Effekt, der bei der bekannten Anordnung mit der Mikrospule in einem MR-Datensatz erzielt wird, gezielt steuerbar ist, beispielsweise an- und abschaltbar ist. Bei der bekannten Anordnung ist dies nicht möglich, da die Mikrospule keine Anschlußleitung nach außen besitzt. Zwar sind auch MR-Anordnungen bekannt, bei denen eine solche Mikrospule eine Hochfrequenzleitung zu einem Empfänger aufweist, über die Hochfrequenzsignale übertragen werden können. Diese erweisen sich jedoch insoweit als sehr nachteilig, als es entlang dieser Hochfrequenzleitungen zu Feldüberhöhungen und damit zu sogenannten "hot spots" kommen kann, die modellmäßig nicht zu beschreiben und für einen Patienten somit ein nicht zu vernachlässigendes Risiko darstellen. Außerdem sind solche Lösungen verhältnismäßig teuer.

Erfindungsgemäß wird deshalb an dem medizinischen Instrument eine passive Magnetvorrichtung vorgesehen, die sich von außen steuern läßt, ohne daß eine Hochfrequenzleitung nach außen geführt ist. Bei dieser Magnetvorrichtung läßt sich steuern, ob und mit welcher Stärke eine Information über die Position der Magnetvorrichtung in einem MR-Datensatz, beispielsweise in einer Projektion oder einem Schichtbild durch die Magnetvorrichtung enthalten ist. So ist es beispielsweise möglich, die Magnetvorrichtung derart zu steuern, daß die Information über die Position der Magnetvorrichtung in einem ersten MR-Datensatz enthalten und die Magnetvorrichtung somit deutlich in einem ersten MR-Bild zu sehen ist, während in einem zweiten, gleich anschließend ermittelten MR-Datensatz derselben Anatomie keine Information über die Position der Magnetvorrichtung enthalten ist, so daß die Magnetvorrichtung in einem aus dem zweiten MR-Datensatz erstellten MR-Bild auch nicht sichtbar ist. Aus der Differenz dieser beiden MR-Datensätze könnte somit ein dritter, allein die Information über die Position der Magnetvorrichtung enthaltender MR-Datensatz ermittelt werden, aus dem sich die Position des medizinischen Instruments ermitteln und in einem MR-Bild einblenden ließe, was gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lage undl oder die Position der Magnetvorrichtung relativ zu dem medizinischen Instrument mittels der Steuereinheit veränderbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, nacheinander zwei MR-Datensätze derselben Anatomie zu ermitteln, wobei sich nur die Lage und/oder die Position der Magnetvorrichtung verändert hat, nicht aber die Position des medizinischen Instruments. Aus der Differenz der beiden MR-Datensätze kann wiederum ein dritter MR- Datensatz ermittelt werden, der keine Informationen über die Anatomie, sondern nur Informationen über die Magnetvorrichtung enthält.

Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die magnetischen Eigenschaften der Magnetvorrichtung veränderbar sind. Dies kann dadurch erfolgen, wie gemäß einer weiterführenden Ausgestaltung vorgesehen ist, daß die magnetischen Eigenschaften durch Einwirkung von mechanischem Druck, Temperatur, Licht, magnetischer oder elektrischer Strahlung veränderbar sind. Auch dadurch können wieder MR-Datensätze mit unterschiedlichem Informationsgehalt über die Position der Magnetvorrichtung ermittelt werden, was in der beschriebenen Weise ausgenutzt werden kann.

Vorteilhafterweise sind die Steuerbefehle für die Steuereinheit in die MR-Sequenzen zur Steuerung der MR-Anordnung und zur Ermittlung der MR-Datensätze integriert, so daß die Steuerung der Magnetvorrichtung automatisch während der Erfassung der MR- Datensätze erfolgt. Es ist somit nicht erforderlich, daß der Benutzer besondere Handlungen oder Eingaben vornimmt, um eine Positionsbestimmung des medizinischen Instruments zu veranlassen. Bei der bekannten MR-Anordnung müßte dagegen der Benutzer, um zwei MR-Datensätze zu erhalten, aus denen sich die Position der Mikrospule ermitteln ließe, die Position des medizinischen Instruments samt Mikrospule von Hand verändern, also aktiv eine Handlung vornehmen. Die Steuerung der Magnetvorrichtung und die darauf abgestimmte Ermittlung der MR-Datensätze erfolgen gemäß der Erfindung automatisch und programmgesteuert.

Die Erfindung bietet somit eine Lösung, um mit verhältnismäßig einfachen und kostengünstigen Mitteln bei hoher Zuverlässigkeit die Position eines medizinischen Instruments in einem Untersuchungsobjekt bestimmen und in einem MR-Bild visualisieren zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgestaltete MR-Sequenz und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung ist in den Körper eines Patienten 1 ein Katheter eingebracht, in dessen Lumen eine flexible Welle 6 eingeführt ist. An der Spitze dieser Welle ist eine passive Magnetvorrichtung 3, beispielsweise ein kleines ferrimagnetisches Partikel 3 (z. B. aus Dysprosium), ein sehr kleines ferromagnetisches Partikel oder eine Heine Menge MR-Kontrastmittel, angebracht, dessen Position oder Orientierung innerhalb des Katheters 2 von außen variiert werden kann, ohne daß sich der Katheter 2 relativ zum Körper des Patienten 1 bewegen muß. Dazu ist die Welle 6 im Lumen des Katheters 2 frei drehbar sowie vorschiebbar und zurückziehbar. Das körperferne Ende der Welle 6 ragt aus dem körperfernen Ende des Katheters 2 heraus, wo sich ein Stellglied 4 befindet, das die Welle 6 innerhalb des Katheters 2 vor- und zurückziehen oder drehen kann. Das Stellglied 4 ist beispielsweise ein Elektromagnet, ein Elektromotor oder ein anderweitig extern steuerbares Stellelement, das von einer separaten Steuereinheit 5 gesteuert wird, die wiederum Steuerbefehle von der die gesamte MR- Anordnung steuernden MR- Steuer- und Recheneinheit 7 erhält.

Zur Steuerung des Stellgliedes 4 enthalten die MR-Sequenzen (siehe Fig. 2) neben den üblichen Befehlen für die HF-Spulen (Anregungsimpuls H) und die Gradientenspulen (z. B. Lesegradienten R) auch Steuerbefehle C für das Stellglied 4. Diese Steuerbefehle C werden dazu benutzt, während der Erfassung der MR-Datensätze die Position oder Orientierung des Partikels 3 zu variieren und mindestens zwei MR-Datensätze zu erzeugen, die entsprechende Suszeptibilitätsartefakte an unterschiedlichen Stellen oder unterschiedlicher Erscheinung enthalten. Eine entsprechende Datenverarbeitung dieser MR-Datensätze, beispielsweise eine Subtraktion beider MR-Datensätze, extrahiert schließlich die Position des Partikels 3 und damit die Position des Katheters 1. Die MR- Datensätze können dabei entweder vollständige MR-Bilder sein oder auch nur wenige Projektionsmessungen auf unterschiedlichen Raumachsen. Diese Datenverarbeitung kann dabei direkt in der MR-Steuer- und Recheneinheit 7 erfolgen, so daß die Position des Katheters 2 nicht nur dem Benutzer mitgeteilt wird, sondern auch der MR-Anordnung für andere Zwecke zur Verfügung steht, beispielsweise um den von dem Katheter zurückgelegten Weg zu verfolgen oder immer ein MR-Bild in einer Schicht senkrecht zur Katheterbewegungsrichtung und durch die Katheterspitze zu erfassen.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen erfordern keine besondere Bauform oder Veränderung des Katheters 2, sondern können mit einfachen Mitteln hinzugefügt werden. Die MR-Steuer- und Recheneinheit 7 muß lediglich in der Lage sein, die in der MR- Sequenz eingesetzten Steuerbefehle C in entsprechende Steuersignale für die Steuereinheit 5 oder auch direkt für das Stellglied 4 umzusetzen, was bei vielen MR-Anordnungen in der Praxis bereits für andere Zwecke vorgesehen ist.

Statt eines einzigen an der Spitze der Welle G angeordneten Partikels 3 als Magnetvorrichtung können auch mehrere solcher Partikel in festen Abständen an der Welle G angebracht sein. Die Partikel sollten aus einem Material bestehen, die die Partikel in einem MR-Bild oder einem MR-Datensatz sichtbar machen bzw. deutlich von der Anatomie unterscheiden lassen.

Die Welle 6 samt Partikel 3 und Stellglied 4 kann von dem Katheter 6 entfernt werden, falls das Lumen des Katheters 2 anderweitig benötigt wird; sie können auch jederzeit wieder angebracht werden, um den Katheter 2 wieder zu lokalisieren. Beides kann geschehen, während der Katheter 2 sich im Körper des Patienten 1 befindet.

Während bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eine mechanische Verbindung (Welle 6) zwischen Stellglied 4 und Magnetvorrichtung 3 besteht, ist bei der in Fig. 3 gezeigten alternativen Ausführungsform der Erfindung die Magnetvorrichtung 3' über eine elektrische Verbindungsleitung 8 mit dem Stellglied 4' verbunden. Die Magnetvorrichtung ist dabei als Element 3' ausgestaltet, dessen magnetische Eigenschaften von außen mittels eines Stellgliedes 4' steuerbar sind. Das Element 3' ist wiederum an dem in den Körper des Patienten eingeführten Teil des Katheters 2 angeordnet und ist über die Verbindungsleitung mittels Steuerbefehlen steuerbar, wozu jedoch keine Hochfrequenzsignale oder -impulse über die Verbindungsleitung übertragen werden müssen, weswegen eine sehr hochohmige Verbindungsleitung benutzt werden kann, so daß nicht wie bei bekannten Ausgestaltungen die Gefahr von Verbrennungen im Untersuchungsobjekt besteht.

Das Element 3' soll insbesondere so ausgestaltet sein, daß seine magnetischen Eigenschaften, beispielsweise die Stärke des im Umgebungsbereich des Elements 3' erzeugten magnetischen Feldes, von außen mittels Druck, Licht, Temperatur, elektrische Signale oder elektromagnetische Strahlung oder eine andere Einflußgröße gesteuert werden kann. Eine gezielte Variation dieser magnetischen Eigenschaften wird dazu ausgenutzt, das Element 3' bzw. den Katheter 2 selbst, wenn das Element 3' über einen größeren Bereich des Katheters 2 verteilt ist, in MR-Datensätzen bzw. MR-Bildern unterschiedlich darzustellen, was in der beschriebenen Weise für die Visualisierung und Lokalisierung des Katheters verwendet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel für das Element 3' ist eine kleine Spule, die über hochohmige Verbindungsleitungen 8 mit einem durch das Element 4' erzeugten Strom versorgt wird, so daß die Spule in ihrer unmittelbaren Umgebung ein Magnetfeld erzeugt, welches im gemessenen MR- Datensatz eine lokale Signalveränderung bewirkt.

Claims (9)

1. MR-Anordnung mit Mitteln zur Lokalisierung und oder Visualisierung eines in ein Untersuchungsobjekt (1) eingeführten medizinischen Instruments (2), dadurch gekennzeichnet, daß an dem medizinischen Instrument (2) eine Magnetvorrichtung (3) angeordnet ist und daß die Magnetvorrichtung (3) mittels einer Steuereinheit (4, 5) derart steuerbar ist, daß eine Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) in MR-Datensätzen gezielt veränderbar ist.

2. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung (3) derart ausgestaltet ist, daß ihre Lage und/ oder ihre Position relativ zu dem medizinischen Instrument (2) mittels der Steuereinheit (4, 5) veränderbar ist.

3. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung (3') derart ausgestaltet ist, daß ihre magnetischen Eigenschaften, insbesondere ihre Suszeptibilität, mittels der Steuereinheit (4', 5) veränderbar sind.

4. MR-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung (3') derart ausgestaltet ist, daß ihre magnetischen Eigenschaften durch Einwirkung von mechanischem Druck, Temperatur, Licht, elektromagnetischer Strahlung, elektrischen Signalen oder einer anderen Einflußgröße veränderbar sind.

5. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die MR-Sequenzen (H, R) zur Steuerung der MR- Anordnung und Ermittlung der MR-Datensätze die Steuerbefehle (C) für die Steuereinheit (4, 5) aufweisen derart, daß die Steuerung der Magnetvorrichtung (3) automatisch während der Erfassung der MR-Datensätze erfolgt.

6. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetvorrichtung (3) derart steuerbar ist, daß eine Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) in zu erfassenden MR- Datensätzen ein- und ausschaltbar oder veränderbar ist.

7. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine MR-Steuereinheit (7) zur Erfassung der MR-Datensätze derart ausgestaltet ist, daß ein erster MR-Datensatz in einer ersten Steuerstellung der Magnetvorrichtung (3) und ein zweiter MR-Datensatz in einer zweiten Steuerstellung der Magnetvorrichtung (3) erfaßt werden und daß anschließend aus der Differenz der beiden MR-Datensätze die Position des medizinischen Instruments (2) ermittelt wird.

8. MR-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Magnetvorrichtung (3) zwischen der Steuereinheit (4, 5) und der Magnetvorrichtung eine mechanische, elektrische oder eine andere Verbindung (6, 8) besteht.

9. MR-Verfahren zur Lokalisierung und/oder Visualisierung eines in ein Untersuchungsobjekt (1) eingeführten medizinischen Instruments (2), dadurch gekennzeichnet, daß an dem medizinischen Instrument (2) eine Magnetvorrichtung (3) angebracht wird, womit eine Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) in zu ermittelnden MR-Datensätzen gezielt veränderbar ist, und daß die Magnetvorrichtung (3) mittels einer Steuereinheit (4, 5) derart gesteuert wird, daß zur Lokalisierung und/oder Visualisietung des medizinischen Instruments (2) ein eine Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) enthaltender MR-Datensatz ermittelt wird und sonst MR-Datensätze ohne oder mit veränderter Information über die Position der Magnetvorrichtung (3) ermittelt werden.