DE69630245T2 - System zur Abbildung von Arterien mittels magnetischer Resonanz unter Verwendung eines Kontrastmittels für die magnetische Resonanz - Google Patents

System zur Abbildung von Arterien mittels magnetischer Resonanz unter Verwendung eines Kontrastmittels für die magnetische Resonanz Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein System zur Erzeugung von Magnetresonanzbildern und insbesondere die kontrastmittelverstärkte Magnetresonanzangiographie zur Untersuchung, Erkennung und Diagnose von Arterienerkrankungen und -verletzungen.
  • Arterienerkrankungen und -verletzungen finden sich häufig und ziehen neben anderen schwerwiegenden Folgen oft den Tod nach sich. Die bildliche Darstellung der Arterien dient zur Erkennung und Beurteilung einer Arterienerkrankung, bevor diese Folgen eingetreten sind, sowie zur Erfassung anatomischer Merkmale als Unterstützung bei der Operation von Aneurysmen.
  • Bei einem bekannten Verfahren zur bildlichen Darstellung von Arterien wird ein Katheter in die zu untersuchende Arterie eingeführt und ein Röntgenkontrastmittel, beispielsweise ein jodhaltiges Kontrastmittel, injiziert, während Röntgenbilder von der Arterie angefertigt werden. Bei dieser Technik verbleibt das Kontrastmittel ein paar Sekunden in den Arterien, in welcher Zeit sich die Arterien auf den Röntgenbildern sowohl von den Venen als auch vom Hintergrundsgewebe unterscheiden lassen.
  • Auch wenn die Kontrastmittelarteriographie mittels eines Katheters im allgemeinen hochwertige Bilder der Arterie liefert, besteht die Gefahr, dass die Arterie durch den Katheter und die Einführung des Katheters verletz oder geschädigt wird. Es kann zur Thrombose, Dissektion, Embolie, Perforation oder einer anderen Verletzung der Arterie selbst kommen. Außerdem kann diese Technik zu einem Gehirnschlag, zum Verlust eines Arms oder Beins, zum Infarkt oder zu einer anderen Verletzung des von der Arterie versorgten Gewebes führen. Darüber hinaus können Blutungen an der Kathetereinführstelle oder an Perforationsstellen eine Bluttransfusion erforderlich machen. Zusätzlich kann die toxische Wirkung des Röntgenkontrastmittels zu Nierenversagen und zu Hirnschäden führen.
  • Neuere Techniken zur bildlichen Darstellung von Arterien basieren auf der Erfassung der Bewegung des Blutes in den Arterien bzw. der Venen. Bei diesen Techniken wird mittels der Magnetresonanz das sich bewegende Blut unterscheidbar vom unbeweg ten Hintergrundsgewebe bildlich dargestellt (vgl. Potchen et al., Hrsg., "Magnetic Resonance Angiography/Concepts and Applications", Mosby, St. Louis, 1993). Bei diesen Techniken muß kein Katheter in die Arterie eingeführt werden. Diese Techniken sind allgemein als 2D-Time-of-Flight-, 3D-Time-of-Flight-, MOTSA-, Magnitudenkontrast-, Phasenkontrast- und Spinecho-Blut-Darstellung bekannt.
  • Mit Vorsättigungspulsen ist es möglich, hauptsächlich in eine Richtung fließendes Blut bildlich darzustellen. Da der Blutfluß in Arterien und Venen im allgemeinen gegenläufig ist, erlauben diese Vorsättigungspulse die bevorzugte bildliche Darstellung entweder der Arterien oder der Venen. Weil für diese Techniken bewegtes Blut Voraussetzung ist, fallen die Bilder bei Patienten mit Arterienerkrankungen, die den normalen Blutfluß verringern oder beeinträchtigen, schlechter aus. Arterienerkrankungen, die den normalen Blutfluß herabsetzen oder beeinträchtigen, sind beispielsweise Aneurysmen, Arterienstenosen, Arterienverschlüsse, geringes Herzminutenvolumen etc.. Die sich dadurch ergebende Störung des normalen Blutflusses ist besonders problematisch, weil es gerade bei Patienten mit Durchblutungsstörungen besonders wichtig ist, Arterienbilder guter Qualität zu gewinnen.
  • Eine bestimmte Magnetresonanz-Bildgebungstechnik nutzt Unterschiede in den Protonenrelaxationseigenschaften bei Blut und umgebendem Gewebe (vgl. Marchal et al. in Potchen et al., Hrsg., S. 305–322). Diese Technik benötigt keine gleichmäßige Bluteinströmung. Vielmehr lassen sich bei dieser Magnetresonanz-Bildgebungstechnik die Arterien nach Verabreichung eines paramagnetischen Kontrastmittels direkt darstellen. Auf der Grundlage der Blutrelaxationseigenschaften lassen sich dabei Arterien nach Verabreichung des Kontrastmittels direkt bildlich darstellen. Mit dieser Technik werden viele der blutflußabhängigen Probleme bei Magnetresonanz-Bildgebungstechniken, die auf bewegtes Blut angewiesen sind, überwunden.
  • Mehrere Fachleute haben Arterien nach intravenöser Injektion von Gadoliniumchelaten (paramagnetischen Kontrastmitteln) mittels Magnetresonanz bildlich dargestellt. Diese Fachleute haben über ihre Ergebnisse und Schlußfolgerungen berichtet. Die Ergebnisse waren, kurzgesagt, enttäuschend, so dass die Verwendung von Gadolinium zur bildlichen Darstellung von Arterien nicht mehr in Frage kam und nicht als brauchbares Mittel zur bildlichen Darstellung von Arterien angesehen wurde. Die mit dieser Technik gewonnenen Bilder lassen sich schwer interpretieren, weil Gadolinium sowohl Arterien als auch Venen hervortreten läßt. Weil Arterien und Venen eng mit einander verflochten sind, ist es außerordentlich schwierig, die Arterien richtig zu beurteilen, wenn die Venen ebenfalls sichtbar sind. Die Interpretation wird durch Einwanderung des Kontrastmittels in das Hintergrundgewebe noch weiter erschwert.
  • Die Magnetresonanzbildgebung (MRI) hat sich jedoch in den letzten zehn Jahren zu einer anerkannten Technik der bildlichen Darstellung der Bauchschlagader und von Aneurysmen der Bauchschlagader entwickelt. Fortschritte bei der MRI zur Gefäßdarstellung, die als Magnetresonanzangiographie bekannt ist, ermöglichen zusätzlich die Beurteilung von Zweiggefäßen der Aorta. Durch die Einschränkungen der Magnetresonanzdarstellung des langsamen, Wirbel bildenden Flusses in Aneurysmen, des turbulenten Flusses in Stenosen und geschlängelten Hüftarterien sind diese allgemeinen Untersuchungen jedoch nur bedingt als Detailinformation für die Operationsplanung brauchbar. Trotz dieser Einschränkungen konnten jedoch neuere Weiterentwicklungen bei der gadoliniumverstärkten Magnetresonanzangiographie einige der Darstellungsprobleme ausräumen (siehe Debatin et al.: "Renal magnetic resonance angiography in the preoperative detection of supernumerary renal arteries in potential kidney donors", Invest. Radiol. 1993; 28: 882–889; Prince et al.: "Dynamic gadoliniumenhanced three-dimensional abdominal MR arteriography", JMRI 1993; 3: 877–881; und Prince: "Gadolinium-enhanced MR Aortography", Radiology 1994; 191(1): 155– 64).
  • Es besteht Bedarf an einem verbesserten System der Magnetresonanzangiographie, welches ein Bild liefert, bei dem sich die Arterien von den Venen unterscheiden, und welches die Einschränkungen der anderen Techniken überwindet.
  • Der Erfinder und Anmelder der vorliegenden Erfindung, Dr. Martin Prince, beschreibt in dem in Radiology, Band 197, Nr. 3, vom Dezember 1995, S. 785–792, erschienenen Artikel "Breath-hold Gadolinium-enhanced MR Angiography of the Abdominal Aorta and its Major Branches" die Verbesserung der Magnetresonanzbilder durch das Atemanhalten der Patienten. In diesem Artikel schlägt Dr. Prince auch vor, eine Impulssequenz zu entwickeln, die die Ankunft des Kontrastmittelbolus in den zu untersuchenden Arterien anzeigen könnte, damit die Darstellungsverzögerung genau abgeschätzt und die Injektion des Kontrastmittels in einem bestimmten Zeitrahmen abgeschlossen werden könnte.
  • Gemäß der Erfindung wird ein System zum bildlichen Darstellen einer Arterie in einem interessierenden Bereich eines Patienten unter Verwendung der Magnetresonanzdarstellung und eines Magnetresonanz-Kontrastmittels zur Verfügung gestellt, wie in den Ansprüchen definiert.
  • Nach Verabreichung des Kontrastmittels an den Patienten wird die Arterie überwacht, um die Ankunft des Kontrastmittels in der Arterie feststellen zu können. Die Ankunft des Kontrastmittels wird dadurch angezeigt, dass sich die Signalantwort bzw. das Resonanzsignal der Arterie auf eine Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen ändert. Diese Änderung der Signalantwort kann in einer Änderung der maximalen Amplitude des RF-Resonanzsignals oder in einer Änderung der Form der Mantelkurve des RF-Resonanzsignals bestehen.
  • Bilddaten, die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativ sind, werden zu Beginn der Bildgebungssequenz gesammelt, während die Konzentration des Kontrastmittels in der Arterie deutlich erhöht ist.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform wird das Magnetresonanz-Kontrastmittel als Bolus-Injektion an den Patienten verabreicht. In diesem Fall werden die Bilddaten, die repräsentativ für den zentralen Teil des k-Raums sind, zu Beginn einer 3D-Bildgebungssequenz gesammelt.
  • Ein hoher arterieller Kontrast erlaubt die direkte bildliche Darstellung des Arterienlumens wie bei der bekannten Arteriographie. Verglichen mit anderen Techniken ist die Erfindung, kurz gesagt, ein Magnetresonanzangiographiesystem, das mehrere Vorteile der Kontrastmittelangiographie mit Katheter mit den Vorteilen der Magnetresonanzbildgebung verbindet und zugleich die Nachteile beider Verfahren weitgehend ausschließt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die folgendes zeigen:
  • 1 die Longitudinalrelaxationszeit (T1) von Blut als Funktion der Injektionsbildgewinnungszeit und der Gesamtdosis des paramagnetischen Kontrastmittels bei einer Verbindung mit einer Relaxationsfähigkeit von etwa 4,5/Millimol-Sekunde;
  • 2 die errechnete Magnetresonanzsignalstärke als Funktion des Flipwinkels für 5 verschiedene Longitudinalrelaxationszeiten (T1) unter der Annahme einer gespoilten 3D-Erfassung mit TR gleich 25 ms und TE << T2*;
  • 3, 4, 5A und 5B sowie 6AC Blockdiagramme von erfindungsgemäßen mechanischen Infusionsvorrichtungen und -konfigurationen;
  • 7 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen manuellen Injektionsanordnung;
  • 8AC typische Koronarprojektionsbilder maximaler Intensität (MIP), erhalten vor der Injektion von Gadopentetatdimeglumin (8A), dynamisch während der intravenösen Injektion von 0,2 Millimol/Kilogramm Gadopentetatdimeglumin während 5 Minuten (8B) und unmittelbar nach der Injektion von Gadopentetatdimeglumin (8C);
  • 9 eine aus drei Patienten gemittelte Analyse des Untersuchungsbereichs, wobei die 3D-FT-Bildgewinnung jeweils vor der Infusion, während der dynamischen Infusion, unmittelbar nach der Infusion und später erfolgte. Aus der Darstellung ist zu ersehen, dass es während der Kontrastmittelinfusion ein kurzes Fenster gibt, in dem die Aortasignalintensität (ausgefüllte Quadrate) größer ist als die der VCI (leere Quadrate) sowie die der Hintergrundgewebe, des Fetts (Diamanten bzw. diamonds) und der Muskeln (Dreiecke).
  • 10A ein Beispiel für ein Magnetresonanzbild eines Patienten mit Aneurysma der Aorta abdominalis. Die Aufnahme zeigt das Aortenaneurysma und eine erweiterte Arteria iliaca communis sowie schwerwiegende Stenosen der rechten äußeren Hüftarterie (gekrümmter Pfeil) und der Arteria me senterica inferior (gerader Pfeil) sowie eine leichte Stenose links in der gemeinsamen Hüftschlagader.
  • 10B ein digitales Subtraktionsangiogramm des Aortenaneurysmas und der Aneurysmen der Arteria iliaca communis sowie schwerwiegende Stenosen der rechten äußeren Hüftarterie (gekrümmter Pfeil) und der Arteria mesenterica inferior (gerader Pfeil) sowie eine leichte Stenose links in der gemeinsamen Hüftschlagader von 10A;
  • 11 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung (Bildgebungssystem, Infusionssystem und Erfassungssystem);
  • 12 ein ausführliches Blockdiagramm einer Ausführungsform des Erfassungssystems in Verbindung mit dem Bildgebungssystem und dem Infusionssystem;
  • 13A eine Abbildung der Armauflagen mit einem Patienten sowie mit einem Teil des Infusionssystems; und
  • 13B einen Querschnitt durch die Armauflagen von 13 entlang der Linie a-a.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Das System gemäß der Erfindung basiert auf einer Technik der bevorzugten optischen Hervorhebung von Arterien gegenüber ihnen benachbarten Venen und dem Hintergrundgewebe durch Gewinnung eines vorgegebenen Teils von Magnetresonanz-Kontrastbilddaten während der arteriellen Phase der Magnetresonanzkontrastverstärkung. Die arterielle Phase der Kontrastverstärkung kann beschrieben werden als die Zeit der maximalen, erhöhten bzw. wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der Arterie bzw. den Arterien gegenüber den benachbarten Venen. Die arterielle Phase der Kontrastverstärkung kann auch beschrieben werden als die Zeit, in der die Konzentration des Kontrastmittels in der Arterie des interessierenden Bereichs um den Faktor zwei größer ist als das Grund- oder Vorinjektions-Resonanzsignal aus dem interessierenden Bereich (d. h. das Antwortsignal des interessierenden Bereichs auf eine Serie von Magnetresonanzpulsen vor Verabreichung des Magnetresonanzkontrastmittels an den Patienten).
  • Die erfindungsgemäße Technik synchronisiert das Sammeln der Bilddaten für den zentralen Teil des k-Raums mit der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung. Die Erfindung beinhaltet ein Erfassungssystem und ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem. Das Erfassungssystem überwacht und erfaßt die relative Konzentration des Magnetresonanzkontrastmittels im interessierenden Bereich (d. h. in den Arterien und Geweben im interessierenden Bereich). Das Bildgebungssystem sammelt Bilddaten, die zum Erzeugen eines Magnetresonanzbildes des interessierenden Bereichs verwendet werden. Das Bildgebungssystem kann ein beliebiges geeignetes Magnetresonanz-Bildgebungssystem sein. Ein Infusionssystem verabreicht schließlich das Magnetresonanzkontrastmittel in gesteuerter Weise an den Patienten.
  • Kurzgesagt erleichtert das Erfassungssystem die exakte Synchronisation zwischen dem Sammeln der Bilddaten für den zentralen Teil des k-Raums und einem Abschnitt der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung. Das Erfassungssystem vergleicht dabei die Signalantwort des interessierenden Bereichs vor Verabreichung des Magnetresonanzkontrastmittels (z. B. Gadolinium) an den Patienten mit der Signalantwort des interessierenden Bereichs während oder nach Verabreichung des Kontrastmittels. Wenn das Erfassungssystem eine charakteristische Veränderung der Signalantwort auf die Magnetresonanzpulse erfaßt, sammelt das Bildgebungssystem die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Daten.
  • Im einzelnen legt das Bildgebungssystem vor Verabreichung eines Magnetresonanzkontrastmittels eine Serie von Magnetresonanzpulsen (Hochfrequenzpulsen) an den interessierenden Bereich des Patienten an. Das Erfassungssystem mißt oder bestimmt ein Grundresonanzsignal bzw. ein "Vorkontrastmittel-Resonanzsignal" aus dem interessierenden Bereich (Arterie und/oder Gewebe im interessierenden Bereich) auf die Pulsserie. Die Serie von Magnetresonanzpulsen wird an den Patienten angelegt, um die Longitudinalmagnetisierung der Protonen im interessierenden Bereich zum Umklappen zu bringen und das Resonanzsignal aus dem interessierenden Bereich vor Verabreichung des Kontrastmittels an den Patienten zu messen. Das Resonanzsignal (im Radiofrequenzbereich) aus dem interessierenden Bereich wird von verschiedenen Spulen des Magnetresonanzbildgebungssystems überwacht und vom Erfassungssystem gemessen.
  • Nachdem das Grund- oder Vor-Kontrastmittel-Resonanzsignal gemessen worden ist, kann das Kontrastmittel an den Patienten verabreicht werden. Anschließend mißt das Erfassungssystem (kontinuierlich oder periodisch) das Resonanzsignal aus dem interessierenden Bereich, um "die Ankunft" des Kontrastmittels im interessierenden Bereich zu erfassen. Hierzu legt das Bildgebungssystem eine Serie von Magnetresonanzpulsen an, während das Erfassungssystem das Resonanzsignal aus dem interessierenden Bereich beurteilt. Wenn das Kontrastmittel im interessierenden Bereich (in der bzw. den zu untersuchenden Arterien) "ankommt", erfaßt das Erfassungssystem eine charakteristische Änderung des Resonanzsignals auf die Magnetresonanzpulse aus dem interessierenden Bereich, d. h. das Erfassungssystem erkennt eine charakteristische Änderung des aus dem interessierenden Bereich emittierten Hochfrequenzsignals. Diese charakteristische Änderung des Hochfrequenzsignals aus dem interessierenden Bereich zeigt an, dass das Kontrastmittel in der bzw. den in diesem Bereich liegenden Arterien "angekommen" ist.
  • Wenn die Injektion des Kontrastmittels als Bolus (d. h. durch rasche Injektion) erfolgt, kann die charakteristische Änderung des Resonanzsignals auf die Magnetresonanzpulse anzeigen, dass der interessierende Bereich sich in der arteriellen Phase der Magnetresonanzkontrastverstärkung befindet oder gerade in diese "eintritt". Wenn das Kontrastmittel über den größeren Teil der Bildgebungssequenz injiziert wird, kann die Erfassung der Ankunft des Kontrastmittels besagen, dass der interessierende Bereich in die arterielle Phase der Kontrastverstärkung eintritt.
  • Wenn das Erfassungssystem erfasst hat, dass der interessierende Bereich in der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung ist (dass z. B. die Kontrastmittelkonzentration in der Arterie größer ist als in den umgebenden Geweben), gibt es den Befehl an das Magnetresonanzbildgebungsystem, mit der Gewinnung der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Daten zu beginnen. Die Konzentration des Kontrastmittels im interessierenden Bereich kann auf unterschiedliche Art und Weise erfaßt werden, beispielsweise durch eine Änderung der Form des Resonanz-Hochfrequenzsignals, eine Änderung in der Form der Hüllkurve des Signals und/oder eine Änderung der Signalamplitude.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bedienperson eine Änderung der Form der Hüllkurve des Hochfrequenzsignals und/oder seiner Amplitude, die das Erfassungssystem gemessen hat, erkennen. In Reaktion darauf kann die Bedienperson an das Bildgebungssystem den Befehl geben, mit der Bilderzeugungssequenz, einschließlich des Sammelns der Bilddaten für den zentralen Teil des k-Raums durch das Magnetresonanzbildgebungssystem, zu beginnen. Bei dieser Ausführungsform kontrolliert die Bedienperson das Erfassungssystem, um die charakteristische Änderung des Resonanzsignals aus dem interessierenden Bereich auf die verschiedenen Pulse des Bildgebungssystems zu erkennen. Sobald die Bedienperson eine solche Änderung erkannt hat, kann sie das Bildgebungssystem veranlassen, mit dem Sammeln der Bilddaten für die vorgegebene Bilderzeugungssequenz zu beginnen.
  • Bei den Daten, die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativ sind, handelt es sich um die MR-Bilddaten von geringer räumlicher Frequenz.
  • Wenn das Erfassungssystem (oder die Bedienperson) nach Erkennung, dass die arterielle Phase der Kontrastverstärkung begonnen hat, dem Bildgebungssystem den Befehl gibt, Bilddaten zu sammeln, die repräsentativ für den zentralen Teil des k-Raums sind, läuft die Magnetresonanzpulssequenz für die Bildgebung so ab, dass die Daten für den zentralen Teil des k-Raums zu Beginn der Sequenz gesammelt werden und die Daten für die Peripherie des k-Raums daran anschließend gesammelt werden. Dadurch ergibt sich eine gute Synchronisation der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung mit dem Sammeln der Bilddaten, die repräsentativ für den zentralen Teil des k-Raums sind. Indem die Sequenz so abläuft, dass die Daten für den zentralen Teil des k-Raums zu Beginn der Sequenz gesammelt werden, wird sichergestellt, dass eine ausreichende Menge von Daten, die repräsentativ für den zentralen Teil des k-Raums sind, während der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung gesammelt wird.
  • Wenn die arterielle Phase "lang" ist, kann ausreichend viel Zeit zur Verfügung stehen, um den gesamten Bilddatensatz während der arteriellen Phase zu gewinnen. Wenn jedoch die arterielle Phase kurz ist, erfolgt das Sammeln der Bilddaten, die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativ sind, in zeitlicher Abstimmung mit der Zeit der gegenüber benachbarten Venen maximalen, deutlich erhöhten oder erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der bzw. den interessierenden Arterien.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform können die Überwachungs- und die Erfassungsfunktion des erfindungsgemäßen Erfassungssystems und des erfindungsgemäßen Bildgebungssystems so lange außer Aktion bleiben, bis mit der Ankunft des Kontrastmittels im interessierenden Bereich gerechnet werden kann. Dabei kann das Anlegen der Erfassungspulse (durch das Bildgebungssystem), mit denen die "Ankunft" des Kontrastmittels im interessierenden Bereich erfaßt/überwacht werden soll, um die angenommene Zeit aufgeschoben werden, die zwischen der Infusion des Kontrastmittels und seinem "Eintritt" in die interessierende Arterie verstreicht. Dadurch beschränkt sich der Einsatz des Erfassungssystems und des Magnetresonanzbildgebungssystems auf die Zeit, in der das Kontrastmittel im interessierenden Bereich erwartet wird oder in der die maximale, eine erhöhte oder deutlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration im interessierenden Bereich angenommen wird. Dies kann dann zweckmäßig sein, wenn der Patient über die gesamte Dauer der Erfassung und Überwachung den Atem anhalten muß.
  • Die Erfindung ist gut geeignet für das Sammeln von Bilddaten zur bildlichen Darstellung einer Arterie, beispielsweise der Aorta. Wie ausführlich oben im Zusammenhang mit den jeweiligen Anwendungsfällen beschrieben, wird das Bild der betreffenden Arterie verbessert, wenn das Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten in zeitlicher Übereinstimmung mit der maximalen, einer erhöhten und/oder wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der interessierenden Arterie erfolgt. Die Erfindung ermöglicht die exakte Erfassung der verglichen mit den umgebenden Geweben maximalen, einer erhöhten oder einer wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der interessierenden Arterie. Dadurch wird die korrekte zeitliche Übereinstimmung zwischen dem Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten und der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung in der interessierenden Arterie erleichtert.
  • Die Zeit zwischen der Kontrastmittelinjektion und der maximalen, erhöhten oder wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der interessierenden Arterie kann abhängig von einer Reihe von Faktoren, beispielsweise dem Ort und der Größe der interessierenden Arterie, den körperlichen Gegebenheiten des Patienten und der durch die Konfiguration des Kontrastmittelverabreichungssystems bedingten zeitlichen Verzögerung, unterschiedlich sein. Diese Faktoren sind nicht bei jedem Patien ten exakt bestimmbar, so dass es schwierig sein kann (mit ausreichender Genauigkeit) vorherzusagen, wann die arterielle Phase der Kontrastverstärkung für die Erfassung des k-Raums eintritt. Es kann also schwierig sein, die Kontrastmittelinjektion und die Bildgewinnungssequenz exakt aufeinander abzustimmen, damit eine ausreichende Menge der vorgegebenen Bilddaten (z. B. der für den k-Raum repräsentativen Daten) während der arteriellen Phase der Hervorhebung des interessierenden Bereichs gewonnen werden kann. In einigen Fällen kann die Neigung bestehen, mehr Kontrastmittel zu verabreichen als nötig, um eine längere Bolusinjektion zu erreichen und so sicherzustellen, dass die arterielle Phase ausreichend lange dauert, damit sie mit dem Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Daten zusammenfällt.
  • Typischerweise beträgt die Verzögerung vom Zeitpunkt der Verabreichung des Kontrastmittels mit maximaler, erhöhter oder wesentlich erhöhter Geschwindigkeit bis zum Eintritt der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung im interessierenden Bereich etwa 10 bis 50 Sekunden. Durch diesen großen Zeitverzögerungsbereich kann es schwierig sein, die arterielle Phase der Kontrastverstärkung im interessierenden Bereich und das Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten ausreichend zur Deckung zu bringen. Bei der vorliegenden Erfindung dagegen fällt der Zeitpunkt der maximalen, erhöhten oder wesentlich erhöhten arteriellen Kontrastmittelkonzentration "automatisch" mit der Erfassung des zentralen Teils des k-Raums zusammen, d. h. das Erfassungssystem synchronisiert das Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten mit der Zeit der maximalen, erhöhten oder wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der interessierenden Arterie. Dadurch entfällt die Notwendigkeit der Verabreichung einer "Extraportion" Kontrastmittel zum Ausgleich für etwaige Fehler bei der zeitlichen Abstimmung.
  • Die Erfindung verringert kurzgesagt bestehende Schwierigkeiten bei der Erfassung von Bilddaten für den zentralen Teil des k-Raums während der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung im interessierenden Bereich. Ferner wird mit der Erfindung sichergestellt, dass die arterielle Phase der Kontrastverstärkung ausreichend lange während des Sammelns der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten andauert, ohne dass Kontrastmittel "verschwendet" wird.
  • Die Erfindung kann für eine Vorrichtung verwendet werden, die anatomische Informationen in Form von Bildern liefern, wobei eine Kombination von mehreren Magnetresonanzangiographiesequenzen verwendet wird, darunter eine Spin-Echo-Sequenz und vier Magnetresonanz-kontrastmittelverstärkte (z. B. Gadolinium) Magnetresonanzangiographiesequenzen. Die Körperbilder können beispielsweise zur Beurteilung von Bauchschlagaderaneurysmen vor, während oder nach einer Operation bzw. der Operation eines Bauchschlagaderaneurysmas verwendet werden. Die kontrastmittelverstärkte Magnetresonanzangiographie liefert ausreichend viele anatomische Details zur Entdeckung von Aneurysmen und aller einschlägigen Anomalien größerer Zweiggefäße, die bei der Angiographie oder bei einer Operation zu sehen sind.
  • Zur Beurteilung von Bauchschlagaderaneurysmen und anderen pathologischen Gefäßveränderungen können eine, mehrere oder alle der nachstehenden Magnetresonanzbildsequenzen erforderlich sein:
    • 1. eine erste T1-gewichtete Sequenz. Die T1-Sequenz kann zur Lokalisierung des Aneurysmas verwendet werden. Diese Sequenz kann auch zur Lokalisierung der Nieren- und der Eingeweidearterien zur Planung von gadoliniumverstärkten Sequenzen höherer Auflösung (siehe unten) verwendet werden. Außerdem kann die T1-Sequenz Informationen über die ungefähre Größe der Nieren, die Größe des Aneurysmas und die Lage der linken Nierenvene liefern. Diese Sequenz wird bevorzugt in der Sagittalebene ausgeführt.
    • 2. eine dynamische gadoliniumverstärkte 3D-Sequenz. Die 3D-Sequenz kann in der Koronarebene durchgeführt und in Sagittal-, Axial- und/oder Schrägprojektionen umgesetzt werden, um Bilder zu erzeugen, die denjenigen der biplanaren Angiographie oder der Spiral-CT-Angiographie entsprechen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden diese Bilder zur Beurteilung des Beginns der Nieren- und der Eingeweidearterie, der Hüftarterien und der distalen Erstreckung des Aneurysmas verwendet.
    • 3. und 4. sagittale und axiale 2D-Time-of-Flight-Bilder. Die sagittalen und die axialen 2D-Time-of-Flight-Bilder zeigen die maximale Größe des Aneurysmas, seine proxi male Ausdehnung und Entzündungen im Bereich des Aneurysmas. Die sagittalen und die axialen 2D-Time-of-Flight-Bilder können zur Erkennung eines Thrombus und von dessen Merkmalen, unter Einschluß seiner Lokalisierung, von Oberflächenunregelmäßigkeiten und/oder -verstärkung, verwendet werden.
    • 5. 3D-Phasenkontrastbilder. Die 3D-Phasenkontrastbilder zeigen mehr Details der Nierenarterien und erleichtern so die Beurteilung der Schwere von Verschlußsituationen.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform wird ferner eine Kombination von gadoliniumverstärkten Magnetresonanz-Angiographiesequenzen als exaktes Mittel zum Erkennen, Untersuchen und Bewerten von Verschlüssen verwendet. Derartige Informationen sind in vielen Fällen für die Beurteilung eines Patienten wertvoll.
  • Die oben beschriebene Sequenz zur Darstellung der Bauchschlagader kann in verschiedenen Kombinationen zur Bereitstellung anatomischer Bilder der Aorta verwendet werden. Manchmal sind zur Darstellung von Bauchschlagaderaneurysmen nicht alle der genannten Sequenzen erforderlich. Die Darstellung unter Einsatz einer oder mehrerer der Sequenzen kann beschränkte Informationen zum Beispiel über das distale Ende des Aneurysmas (dynamische gadoliniumverstärkte 3D-Sequenz) und die maximale Größe des Aneurysmas (sagittale und axiale 2D-Time-of-Flight-Bilder) liefern. Der Fachmann erkennt, dass auch andere Zusammenstellungen der Sequenzen möglich sind und dass Anzahl und Kombination der Sequenzen entsprechend der benötigten oder gewünschten Information gewählt werden können.
  • Außerdem können je nach der gewünschten Information mehrere der Sequenzen wiederholt oder weggelassen werden. Wenn Sequenzen wiederholt werden, kann die gewonnene Information dazu verwendet werden, die mit anderen Sequenzen erhaltenen Darstellungsergebnisse zu überprüfen oder zu bestätigen. Es sind kurzgesagt zahlreiche Reihungen von Sequenzen möglich, um einen unterschiedlichen Grad von Bewertung sowie Gewißheit über das Vorliegen eines Bauchschlagaderaneurysmas zu erhalten. Eine Kombination dieser Sequenzen kann zur Beurteilung von Patienten verwendet werden, bei denen ein Verdacht auf eine andere krankhafte Veränderung, beispielsweise eine Stenose der Nierenarterie oder eine Ischämie der Mesenterialarterie, besteht.
  • Das Magnetresonanzkontrastmittel wird in eine von der Zielarterie (d. h. der zu untersuchenden Arterie) entfernt gelegene Vene verabreicht. Das Magnetresonanzkontrastmittel kann unter Berücksichtigung einer Reihe verschiedener Parameter, Systeme und/oder Techniken injiziert werden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform erfolgt die Injektion im Bolus (d. h. rasch). Auch bei dieser Ausführungsform erfaßt das Erfassungssystem eine charakteristische Veränderung des Resonanzsignals aus dem Zielbereich und erteilt dem Bildgebungssystem in Reaktion darauf den Befehl, die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten zu akquirieren. Das Bildgebungssystem sammelt die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten zu Beginn der Erfassung.
  • Für die vorliegende Erfindung können eine Reihe unterschiedlicher Magnetresonanz-Kontrastmittel verwendet werden, die bereits bekannt und beispielsweise in den US-Patenten 5,141,740; 5,078,986; 5,055,288; 5,010,191; 4,826,673; 4,822,594 und 4,770,183 offenbart sind. Diese Magnetresonanz-Kontrastmittel umfassen viele verschiedene paramagnetische Kontrastmittel, beispielsweise Gadoliniumverbindungen. Gadopentetatdimeglumin, Gadodiamid und Gadoteridol sind leicht erhältliche paramagnetische Gadoliniumchelate, die rasch in den extrazellulären Flüssigkeitsraum abgegeben werden. Auch andere Gadoliniumverbindungen sind verwendbar. Diese können sich durch höhere Relaxivität bzw. Relaxivity, eine raschere Abgabe in den extrazellulären Flüssigkeitsraum und ein stärkeres sowie schnelleres Ausscheiden in das Kapillarbett auszeichnen. Es ist darauf hinzuweisen, dass Kontrastmittel, die in das Kapillarbett oder in die Nähe des Kapillarbetts ausgeschieden oder dort abgebaut werden, für die vorliegende Erfindung bevorzugt sind.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte das injizierte Kontrastmittel bei Ausführung von mindestens einer der Magnetresonanz-Angiographiesequenzen in so geringer Menge verabreicht werden, dass es rasch in den extrazellulären Flüssigkeitsraum im Kapillarbett gelangt, oder es sollte dem Kreislauf im Kapillarbett distal von der zu untersuchenden Arterie entzogen werden, oder beides sollte der Fall sein. Unter diesen Umständen enthält die zu untersuchende Arterie bzw. enthalten die zu untersuchenden Arterien eine hohe Kontrastmittelkonzentration und die der Arterie (oder den Arterien) benachbarte Vene enthält bzw. die benachbarten Venen enthalten eine ge ringere Kontrastmittelkonzentration. Ferner bleibt unter diesen Bedingungen das Verhältnis der Kontrastmittelkonzentration zwischen Arterien und Venen während der Dauer der Kontrastmittelinjektion im wesentlichen erhalten.
  • Indem die Injektionsdauer an die für einen nach der Longitudinalrelaxationszeit (T1) gewichteten Magnetresonanzbilddatensatz erforderliche Zeit angepaßt wird, können die Arterien von den Venen unterscheidbar dargestellt werden. Außerdem kann die Longitudinalrelaxationszeit des arteriellen Blutes gegenüber der der Hintergrundgewebe ausreichend kurz gemacht werden, indem das Kontrastmittel mit ausreichender Geschwindigkeit injiziert wird. Dies führt dazu, dass sich die Arterien im Bild auch vom Hintergrundsgewebe unterscheiden lassen.
  • Wie bereits erwähnt, besteht ein Vorteil der Erfindung in der Exaktheit bei der Synchronisation der Datengewinnung für den zentralen Teil des k-Raums mit der maximalen oder einer hohen Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie bei jeder Abtastung oder Sequenz. Ein Ausgleich für die zeitliche Anpassung der Infusion des Magnetresonanzkontrastmittels kann entfallen, weil das Erfassungssystem erkennt, wann die interessierende Arterie bzw. Zielarterie die maximale, eine erhöhte oder eine deutlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration enthält. Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Systems verringert sich somit die Notwendigkeit einer "manuellen Berechnung" der Korrelation der maximalen oder erhöhten Infusionsgeschwindigkeit mit der Erfassung des k-Raums unter Berücksichtigung der Zeitverzögerung, die durch das Kontrastmittelverabreichungssystem (z. B. die Länge des Katheters, mit dem das Kontrastmittel abgegeben wird) und/oder die Zeit bedingt ist, die das Kontrastmittel braucht, um von der Injektionsstelle durch den Körper in die Zielarterie zu gelangen.
  • Zu beachten ist, dass der zentrale Teil des k-Raums als 10 bis 75% der Gesamtdaten des k-Raums anzusehen ist, die, wie oben erwähnt, den Daten mit der niedrigsten räumlichen Frequenz entsprechen.
  • Es kann außerdem wichtig sein, während der Gewinnung der Magnetresonanzangiographie-Bilddaten für den zentralen Teil des k-Raums übermäßig rasche Änderungen der arteriellen Kontrastmittelkonzentration zu vermeiden. Eine rasche Änderung des Blutsignals während der Erfassung des zentralen Teils des k-Raums kann zu Artefakten bei der Bildrekonstruktion führen. Diese Artefakte können minimiert werden, wenn die Signalstärke der Arterie gleichmäßig ist. Diese Artefakte können außerdem dadurch minimiert werden, dass rasche Änderungen der arteriellen Kontrastmittelkonzentration während der Gewinnung von Bilddaten, insbesondere für den zentralen Teil des k-Raums, vermieden werden.
  • Wenn die Erfindung unter Einsatz paramagnetischer Kontrastmittel realisiert wird, erfolgt die Infusion bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Geschwindigkeit, die eine solche Kontrastmittelkonzentration in den Arterien ergibt, dass die Signalstärke aus den Arterien im fertigen Bild um mindestens 50% über derjenigen aus Hintergrundstrukturen, einschließlich Venen, liegt. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform bewirkt die Kontrastmittelkonzentration, dass die Longitudinalrelaxationszeit (T1) der Protonen in den Arterien kürzer ist als die der Protonen in den Hintergrundgeweben. Wenn das Kontrastmittel die Arterien im fertigen Bild schwarz erscheinen läßt (z. B. wenn das Kontrastmittel, beispielsweise einige Fe-Pulver, die T2* verkürzt), sollte es mit einer solchen Geschwindigkeit und in einer solchen Menge infundiert werden, dass die tatsächliche transversale Relaxationszeit (T2*) in den Arterien kürzer ist als diejenige in irgendeinem Hintergrundgewebe.
  • Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem
  • Für die Gewinnung von Bilddaten kann ein beliebiges Magnetresonanz-Bildgebungssystem (MRI-System) verwendet werden, das sich für die bildliche Darstellung eines Teils eines Tierkörpers, beispielsweise eines menschlichen Körpers, eignet. Es sind insbesondere bildgebende Vorrichtungen und Verfahren bekannt (siehe z. B. die US-Patente 4,718,424; 5,034,694 und 5,167,232), die für die MRA unter dynamischer intravenöser Injektion von Magnetresonanz-Kontrastmitteln, wie sie hier gelehrt wird, verwendet werden können, wobei nur die nachstehenden Einschränkungen gelten:
  • Die Parameter der Magnetresonanzangiographiesequenzen werden gleich im Anschluß bezüglich Gadoliniumchelaten erörtert. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung auch andere paramagnetische Kontrastmittel verwendet werden können, einschließlich derjenigen paramagnetischen Kontrastmittel, die von Marchal et al. in Potchen et al., Hrsg., a. a. O., S. 305 bis 322, beschrieben werden.
  • Injektionsparameter
  • Gadoliniumchelate sind paramagnetische Mittel, die die Longitudinalrelaxationszeit T1 von Blut nach folgender Gleichung 1 verkürzen:
    Figure 00170001
    wobei (1) die Longitudinalrelaxationszeit (T1) von Blut ohne Gadolinium 1200 ms beträgt und
    (2) [Gd] die Blutkonzentration eines Gadoliniumchelats ist.
  • Gemäß Gleichung 1 muß zur Erzielung einer T1 für das arterielle Blut, die verglichen mit der des benachbarten Fetts (T1 = 270) kurz ist, die arterielle Blutkonzentration des Kontrastmittels in der Zielarterie wesentlich erhöht werden, so dass sie größer (1/270 Millisekunden – 1/1200 Millisekunden)/Relaxivity des Kontrastmittels (oder 2,9/Sekunden × Relaxivity) ist. Die Zielarterie enthält somit eine wesentlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration, wenn diese größer als 2,9 Sekunden–1Relaxivity–1 des Kontrastmittels ist.
  • Eine wesentlich höhere Infusionsgeschwindigkeit ergibt eine wesentlich höhere Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie, d. h. eine wesentlich höhere Infusionsgeschwindigkeit ergibt eine Konzentration des Kontrastmittels in der Zielarterie, die höher ist als 2,9 Sekunden–1Relaxivity–1 des Kontrastmittels.
  • Wie in nachstehender Gleichung 2 zum Ausdruck gebracht, kann die [Gd] des arteriellen Bluts ausgedrückt werden durch die intravenöse Injektionsgeschwindigkeit und die Herzleistung während der dynamischen Bildgewinnung innerhalb einer Zeit, die im Vergleich zur Rezirkulationszeit kurz ist.
  • Figure 00170002
  • Sofern das Gadoliniumchelat ausreichend gering ist, gelangt es rasch in den extrazellulären Raum, wenn es durch das Kapillarbett hindurchtritt, und die Konzentration in den Venen ist verglichen mit der Konzentration in den Arterien gering oder vernachlässigbar. Die Beziehung zwischen der Longitudinalrelaxationszeit des arteriellen Blutes und der Injektionsmenge kann dann durch Zusammenfassung von Gleichung 1 und Gleichung 2 zu nachstehender Gleichung 3 ermittelt werden:
  • Figure 00180001
  • Um einen Kontrast zwischen dem arteriellen Blut und dem Hintergrundsgewebe zu erzielen, sollte die Longitudinalrelaxationszeit des arteriellen Blutes gegenüber der der Hintergrundgewebe verringert werden. Von allen Arten von Hintergrundgeweben hat Fett typischerweise die kürzeste Longitudinalrelaxationszeit (T1 = 270 ms). Unter der Annahme einer typischen Herzruheleistung von mindestens 0,0005 l/kg-s und einer erforderlichen Longitudinalrelaxationszeit von weniger als 270 Millisekunden vereinfacht sich Gleichung 3 auf nachstehende Gleichung 4:
  • Figure 00180002
  • Gadopentetatdimeglumin, Gadodiamid und Gadoteridol beispielsweise sind drei paramagnetische Gadoliniumchelate, die leicht erhältlich sind und rasch in den extrazellulären Flüssigkeitsraum gelangen. Die Relaxivity von Gadopentetatdimeglumin und Gadoteridol beträgt etwa 0,0045/Molsekunde. Ausgehend von Vorstehendem und unter Verwendung von Gleichung 4 ist die Mindestinjektionsgeschwindigkeit größer als 0,033 Millimol/kg-Minute.
  • Gemäß Gleichung 4 ergibt sich bei einer Infusionsgeschwindigkeit, die größer ist als 0,0015 Liter/kg-sec2 geteilt durch die Relaxivity, eine maximale Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie, d. h. dass sich bei Infusion des Kontrastmittels in den Patienten mit einer Geschwindigkeit größer 0,0015 Liter/kg-sec2 die maximale Konzentration des paramagnetischen Kontrastmittels im arteriellen Blut ergibt.
  • Die erforderliche Gesamtdosis an Gadoliniumchelat kann durch Multiplikation der Injektionsgeschwindigkeit mit der Bildgebungsdauer ermittelt werden. Bei einer Relaxivity von 4,5/Millimolsekunden und einer Bildgebungsdauer von 5 Minuten (300 Sekunden) sollte die Dosis deutlich über 0,1 Millimol/Kilogramm liegen.
  • Die Gadoliniumchelatdosis kann je nach der für die Bildgewinnung erforderlichen Zeit im Bereich von 0,05 Millimol/Kilogramm Körpergewicht bis 1 Millimol/Kilogramm Körpergewicht liegen. Zu beachten ist, dass die Kontrastmitteldosis nicht zu hoch sein sollte, damit keine unerwünschte Toxizität oder T2-Effekte auftreten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Gadoliniumchelatdosis im Bereich von 0,2 Millimol/Kilogramm Körpergewicht bis 1 Millimol/Kilogramm Körpergewicht. Bei einer stärker bevorzugten Ausführungsform beträgt die Gadoliniumchelatdosis etwa 0,3 Millimol/Kilogramm Körpergewicht.
  • In den Fällen, in denen die Kontrastmittelinjektionsdauer größer ist als die Rezirkulationszeit, ist die Longitudinalrelaxationszeit des arteriellen Blutes eher noch kürzer, weil ein Teil des Gadoliniumchelats rezirkuliert wird. Zu beachten ist, dass eine T1 von 270 ms (entsprechend dem hellsten Fett im Hintergrundgewebe) einer Gadopentetatdimegluminkonzentration von etwa 0,6 Millimol/Liter entspricht.
  • 1 zeigt die Longitudinalrelaxationszeit (T1) von Blut als Funktion von Infusionsdauer und Gesamtdosis des paramagnetischen Kontrastmittels bei einer paramagnetischen Kontrastmittelverbindung mit einer Relaxivity von 4,5/Millimolsekunde. Aus 1 ist zu ersehen, dass sich die kürzeste T1 bei der kürzesten Infusionsdauer und der höchsten Gadoliniumdosis ergibt. 1 zeigt ferner, dass bei typischen Bildgewinnungszeiten von 3 bis 5 Minuten die Dosis im Bereich von 0,2 Millimol/Kilogramm oder darüber liegen sollte, damit über die gesamte Bildgewinnungsdauer eine Longitudinalrelaxationszeit des Blutes erreicht wird, die deutlich kürzer ist als die des hellsten Hintergrundgewebefetts (T1 = 270).
  • Es sei darauf hingewiesen, dass eine höhere Dosis von Gadolinium und Gadoliniumchelate mit höherer Relaxivity die Bildqualität ebenfalls verbessern können.
  • Bildgebungsparameter
  • Während der Injektion des paramagnetischen Kontrastmittels kann jede geeignete T1-gewichtete Magnetresonanz-Bildgewinnungssequenz verwendet werden. Geeignete Bildgebungssequenzen erschließen sich dem Fachmann ohne weiteres und sind in Potchen et al., Hrsg., beschrieben. Die nachstehend angegebenen Auswahlkriterien für bevorzugte Bildgebungsparameter basieren auf der Erfahrung mit mehr als 100 Patienten bei einem Signamagnet mit 1,5 Tesla von General Electric mit Software der Version 4.7 oder einer späteren Version. Für den Bauchraum ist wegen ihrer inhärenten hohen räumlichen Auflösung und des hohen Rauschabstands selbst bei einer großen Körperspule eine dreidimensionale Fourier-Transformations-Akquisition (Volumen) (3D FT) bevorzugt. Die Gradientenechopulssequenzen sind bevorzugt, weil sie eine kurze Wiederholungszeit (TR) ermöglichen, was eine kürzere Bildgewinnungszeit ermöglicht. Kurze Bildgewinnungszeiten haben den Vorteil, dass dieselbe Gesamtgadoliniumdosis schneller injiziert werden kann.
  • RF-gespoilte im Vergleich zur nicht RF-gespoilten Gradientenechotechnik
  • Man könnte annehmen, dass die Dauergradientenechobildgewinnung (GRASS) der RF-gespoilten Gradientenechobildgewinnung vorzuziehen wäre, weil die lange T2 (transversale Relaxationszeit) von Blut das Dauerblutsignal erhöht. Durch diesen Effekt werden jedoch die Venen stärker hervorgehoben als die Arterien, weil der rasche, pulsierende Strom des arteriellen Blutes die Dauerkomponente verdirbt. Theoretisch könnte das die paradoxe Wirkung haben, dass die Arterien einen geringeren Kontrast zeigen. In der Praxis ergibt sich vielleicht nur ein geringer Unterschied zwischen den Techniken mit oder ohne RF-Spoiling. Bei Patienten mit langsamem arteriellem Fluß (ohne Selbst-Spoiling) kann eine Dauergradientenechopulssequenz vorzuziehen sein. Für die meisten der hier beschriebenen Untersuchungen wurde eine RF-gespoilte Gradientenechopulssequenz (SPGR) gewählt, um Theorie und Analyse zu vereinfachen und die Möglichkeit einer unterschiedlichen Dauermagnetisierung von arteriellem Blut, des langsameren venösen Bluts und des Hintergrundgewebes zu verringern.
  • Echozeit
  • Weil das hellste Hintergrundgewebe Fett ist, sollte eine Echozeit (TE) verwendet werden, bei der Fett und Wasser phasenversetzt sind, wodurch eine schrittweise Verbesserung des Kontrastes zwischen Blutgefäßen und Hintergrund erreicht wird. Bei 1,5 Tesla geschieht dies alle 4,6 ms, beginnend bei etwa 2,3 ms, was einer TE von 2,3, 6,9, 11,5 ... Millisekunden entspricht. Der kürzeste dieser möglichen TE-Werte (6,9 oder etwa 2,3 ms bei den hier beschriebenen Untersuchungen) ist bevorzugt. Kürzere Echozeiten tragen zur Minimierung der Auswirkung von bewegungsbedingten Phasendispersionen bei.
  • Wiederholungszeit
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Wiederholungszeit TR so kurz wie möglich sein. Eine TR von 24 bis 25 ms war die mit dem für die Erzeugung von 10A verwendeten Gerät kürzeste erreichbare Zeit. Wird die TR verkürzt, muß der Flipwinkel angepaßt werden, damit die optimale T1-Gewichtung erhalten bleibt.
  • Flipwinkel
  • Bei einer Gadoliniumchelatdosis von 0,2 Millimol/Kilogramm und einer Bildgewinnungszeit von 3 bis 5 Minuten während der Injektion ist eine Longitudinalrelaxationszeit des arteriellen Blutes im Bereich von 150 bis 200 Millisekunden zu erwarten. Sie ist jedoch kürzer, weil die Rezirkulationszeit weniger als 3 bis 5 Minuten beträgt. Die relative Signalstärke SI bei einer RF-gespoilten 3D-FT-Gradientenechobildgewinnung, die eine Funktion von Blut-T1, TR, T2, T2', des Flipwinkels σ und der Protonendichte N (H) ist, kann so ausgedrückt und berechnet werden, wie in nachstehender Gleichung 5 angegeben.
  • Figure 00220001
  • 2 ist eine graphische Darstellung der relativen Signalstärke bei T1 gleich 50, 100, 150, 270 (Fett) und 1200 (Blut) unter folgenden Bedingungen: (1) TR = 25 Millisekunden, wobei TE im Vergleich zu T2 (beobachtete transversale Relaxationszeit) klein sein soll. 2 zeigt, dass ein Flipwinkel von etwa 40 Grad für die Maximierung des Kontrasts zwischen Blut und Hintergrundgewebe (Fett) optimal ist, wenn die Longitudinalrelaxationszeit (T1) von Blut im Bereich von 200 Millisekunden liegt. Bei höheren Gadoliniumdosen und schnellerer Injektion kann ein größerer Flipwinkel günstiger sein.
  • Volumenausrichtung
  • Um die Bildgewinnungszeit zu minimieren, sollte das Abbildungsvolumen so dünn wie möglich sein, während es die zu untersuchenden Arterien enthält. Dabei kann es zweckmäßig sein, das Bildvolumen zur maximalen Abdeckung der zu untersuchenden Gefäße in einer Ebene auszurichten im Gegensatz zur senkrechten Ausrichtung, die für eine optimale Time-of-Flight-Magnetresonanzangiographie (MRA) erforderlich ist. Die Optimierung der Ausrichtung und die Minimierung der Dicke des Abbildungsvolumens werden dadurch erleichtert, dass zunächst ein herkömmliches Schwarzblut- bzw. black blood- oder Time-of-Flight-Magnetresonanzbild erzeugt wird, das als Führung für eine exakte Lokalisierung dient. Phasen- und Frequenzkodierachse sollten so ausgerichtet sein, dass die zu untersuchenden Gefäße nicht von Artefakten durch Herz- und Atembewegungen überlagert werden. Grundsätzlich sollte zur Abbildung des Aorta-Iliakalsystems das Abbildungsvolumen koronar ausgerichtet werden und die Phasenkodierachse von rechts nach links. Für die Abbildung der Brustaorta ist die sagittale Ausrichtung bevorzugt und für die Abbildung der Arteriae subclaviae die axiale Ausrichtung.
  • Partitionen
  • Die Anzahl der Partitionen (Schichten) wird von der Dicke des Bildvolumens geteilt durch die Partitionsdicke bestimmt. Die Partitionsdicke ist die Bildauflösung entlang der zur Ebene der Partitionen senkrechten Achse. Dünne Partitionen können zweckmäßig sein, um eine hohe Bildauflösung zu erreichen. Allerdings verlängert sich die Bildgewinnungszeit linear mit der Anzahl der Partitionen. Wenn die Bildgewinnungszeit kurz sein soll, muß daher die Anzahl der Partitionen minimiert werden.
  • Zu beachten ist, dass sich das Signal-Rausch-Verhältnis verringern kann, wenn die Voxelgröße durch Verwendung von Pixeln für eine höhere Auflösung verringert wird. Grundsätzlich ist eine Auflösung von 0,5 bis 3 Millimetern bei 28 bis 60 Partitionen für die Aorta und größere Zweiggefäße günstig. Der geschickte Arzt wird einen Mittelweg zwischen der Notwendigkeit, die Auflösung durch Verringerung der Voxelgröße zu erhöhen, und der Notwendigkeit, eine übermäßig lange Bilddatengewinnungszeit zu vermeiden, finden.
  • Betrachtungsfeld
  • Das Betrachtungsfeld muß so groß gewählt werden, dass übermäßige Überlagerungs-Artefakte vermieden werden. Zu Überlagerungs-Artefakten kommt es, wenn außerhalb des Betrachtungsfelds auf der Phasenkodierachse Strukturen vorhanden sind. Diese Strukturen werden beim Phasenkodierungsvorgang abgebildet und überlagern die Strukturen innerhalb des Betrachtungsfelds.
  • Wegen der begrenzten Anzahl von Pixeln auf der Frequenzkodierachse und der Zeitverlängerung für jedes zusätzliche Pixel auf der Phasenkodierachse ist es außerdem wünschenswert, das Betrachtungsfeld so klein wie möglich zu machen, um die Bildauflösung bei kürzestmöglicher Bildgewinnungsdauer zu maximieren. Zur Abbildung der Brustaorta ist bei den meisten Patienten grundsätzlich ein Betrachtungsfeld von etwa 36 cm geeignet. Das Betrachtungsfeld kann bei größeren Patienten vergrößert und bei kleineren Patienten verkleinert werden. Bei anderen Körperteilen kann das Betrachtungsfeld kleiner sein.
  • Die Verwendung eines no-phase wrap-Algorithmus ist eine weniger bevorzugte Ausführungsform. Im Rahmen dieser Erfindung hat sie den Nachteil, dass grundsätzlich eine längere Bildgewinnungszeit und damit eine höhere Gadoliniumdosis erforderlich ist.
  • Spulen
  • Zur Minimierung des Rauschens sollte die kleinstmögliche Spule verwendet werden. Auch Spulen, die den zu untersuchenden Körperteil umgeben, so dass das Signal über das gesamte Betrachtungsfeld homogen ist, sind von Vorteil. Die Verwendung einer Spule mit Quadratur kann zweckmäßig sein.
  • Plazierung des Patienten
  • Der Patient sollte so plaziert werden, dass der Körperteil, von dem ein Bild gewonnen wird, während der gesamten Dauer der Bildgewinnung ruhig gehalten wird.
  • Kompensation für Herz- und Atembewegungen
  • In Abbildungsbereichen des Körpers, die sich mit der Atmung stärker bewegen, (z. B. die Nierenarterien) kann es zweckmäßig sein, die Daten zu gewinnen, während der Patient den Atem anhält. Dabei muß die Dauer der Bildgewinnung vielleicht auf weniger als eine Minute verkürzt werden. Wenn der Patient nicht während der gesamten Bildgewinnungsdauer den Atem anhalten kann, kann es zweckmäßig sein, den Atem während der Gewinnung der dem zentralen Teil des k-Raums entsprechenden Bilddaten anzuhalten und nur während der Gewinnung der Daten für die Peripherie des k-Raums zu atmen.
  • Um das Atemanhalten während der Gewinnung der für den zentralen Teil des k-Raums (d. h. die mittige Hälfte des k-Raums) repräsentativen Bilddaten zu erleichtern, wird der k-Raum zentrisch oder versetzt angeordnet, so dass die Datengewinnung für den zentralen Teil des k-Raums zu Beginn der Abtastung erfolgt. Wenn der Patient also zu Beginn der Abtastung den Atem anhält, fällt das Atemanhalten automatisch mit der Gewinnung der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Daten zusammen. Dem zentralen Teil des k-Raums müssen eine Reihe von Radiofrequenzpulsen vorausgehen, damit die Hintergrundgewebe ihr Sättigungsgleichgewicht erreichen. Damit die Gewebe das dynamische Gleichgewicht erreichen, genügt meist die Aussendung von Radiofrequenzpulsen während ein paar Sekunden.
  • Vorabtastung
  • Die Vorabtastung dient dazu, die optimale Frequenz zu finden und den Verstärkungsfaktor des Empfängers zu optimieren. Bei der Vorabtastung müssen die Veränderungen des Magnetresonanzsignals des Patienten, die während der Kontrastmittelinjektion eintreten, ausgeglichen werden. Wenn das paramagnetische Kontrastmittel ein Gadoliniumchelat ist, sollte auf den Peak von Wasser abgestimmt werden. Bei der Empfängerverstärkungseinstellung sollte ein Spielraum von etwa 20 bis 50% für ein stärkeres Signal während der Kontrastmittelverabreichung, das auftritt, wenn das Kontrastmittel im zu untersuchenden Volumen ankommt, gelassen werden.
  • Vorbehandlung
  • Die Vorbehandlung des Patienten mit einem Analgetikum oder einem Sedativum wie Diazepam kann aus mindestens zwei Gründen zweckmäßig sein. Zum einen kann dies dazu beitragen, dass der Patient die Gefühle von Klaustrophobie aushält, wenn er im Magneten eingeschlossen ist, wodurch Artefakte durch willkürliche Bewegungen verringert werden. Der zweite, noch wichtigere Grund ist, dass die sedierende und herzentlastende Wirkung die Herzleistung verringert. Eine geringere Herzleistung führt zu einer höheren Kontrastmittelkonzentration in den Arterien, wodurch die Bildqualität verbessert wird. Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zur herkömmlichen Magnetresonanzangiographie, bei der sich das Ergebnis verschlechtert, wenn die Herzleistung abnimmt. Durch Verringerung von Herz- und Atemfrequenz können Analgetika und Sedativa den Anteil der Bildgewinnung minimieren, der durch Artefakte beeinträchtigt ist, die durch Herz- und Atembewegungen bedingt sind.
  • Magnetresonanz-Kontrastmittel
  • Wie bereits erwähnt, können für die vorliegende Erfindung viele verschiedene Magnetresonanz-Kontrastmittel verwendet werden, beispielsweise sind viele paramagnetische Kontrastmittel geeignet. Wie bereits erwähnt, sind Gadoliniumverbindungen, beispielsweise paramagnetische Gadoliniumchelate wie Gadopentetatdimeglumin, Gadodiamid und Gadoteridol leicht erhältlich und gelangen rasch in den extrazellulären Fluidraum. Auch andere Gadoliniumverbindungen sind verwendbar. Generell sind Kontrastmittel bevorzugt, die eine hohe Relaxivity haben, rasch in den extrazellulären Fluidraum gelangen und leicht aus dem Kapillarbett ausgeschieden werden. Zu beachten ist, dass Kontrastmittel, die aus dem Kapillarbett ausgeschieden oder dort abgebaut werden, für die vorliegende Erfindung bevorzugt sind.
  • Im Handel sind insbesondere Gadoliniumchelate von Bracco (unter der Bezeichnung "ProHance"), Berlex (unter der Bezeichnung "Magnevist") und Nycomed USA (unter der Bezeichnung "OmniScan") erhältlich. Es sei darauf hingewiesen, dass das im Handel erhältliche Gadoliniumchelat von Nycomed eine bessere Kontrastverstärkung zwischen Arterie und umgebenden Venen und Geweben zu begünstigen scheint.
  • Überblick über die Hardware
  • 11 zeigt ein Infusionssystem 10, ein Magnetresonanz-Bildgebungssystem 16 und ein Erfassungssystem 110. Das Infusionssystem 10 beinhaltet kurzgesagt die Infusionsvorrichtung 12 und die dazugehörige Hardware, die die Verabreichung des Magnetresonanz-Kontrastmittels an den Patienten erleichtert. Die Infusionsvorrichtung 12 kann eine Spritze sein oder eine mechanische Infusionseinrichtung, die vom Erfassungssystem 110 oder einer Bedienperson gesteuert wird. Das Infusionssystem 10 wird im folgenden näher beschrieben.
  • Das Magnetresonanz-Bildgebungssystem 16 sammelt Bilddaten, die zur Erzeugung eines Bildes der Zielregion verwendet werden können. Das Bildgebungssystem 16 kann ein handelsübliches Magnetresonanz-Bildgebungssystem (mit Hardware und Software), beispielsweise ein Signa-Magnet von General Electric mit Software der Version 4.7, 5.2, 5.3, 5.4 oder 5.5 sein, das für die bildliche Darstellung eines Teils eines Tierkörpers, beispielsweise eines menschlichen Körpers, geeignet ist. Die für das handelsübliche Magnetresonanz-Bildgebungssystem verwendete Software kann auch geändert werden, um einige der hier beschriebenen Ausführungsformen, einschließlich des Sammelns der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten zu Beginn der Bildgebungssequenz, zu integrieren.
  • Injektion
  • Die Injektion des paramagnetischen Kontrastmittels erfolgt intravenös, um die Komplikationen auszuschalten oder zu verringern, die mit der für eine arterielle Injektion erforderlichen Katheterisierung verbunden sind.
  • Der genaue Injektionsort ist aus verschiedenen Gründen wichtig. Der Injektionsort sollte vom zu untersuchenden Bereich, d. h. von dem abzutastenden Bereich, entfernt sein. Wenn beispielsweise Bilder von der Bauchschlagader gewonnen werden sollen, ist die intravenöse Injektion des paramagnetischen Kontrastmittels in eine Armvene bevorzugt (siehe 13B). Eine Beinvene sollte dazu nicht verwendet werden. Außerdem sollte die Ellenbogenbeuge nicht verwendet werden, weil der Patient während der langen Injektionsdauer (3 bis 5 Minuten) den Ellbogen beugen könnte, was zu einem Austritt des Kontrastmittels in das Unterhautgewebe führen kann. Unter diesen Umständen ist daher eine Unterarmvene oder eine Oberarmvene zu bevorzugen.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Ellenbogenvene wegen ihrer im Vergleich zum Unterarm und zur Hand größeren Nähe zum Herzen bevorzugt werden sollte, wenn die Injektion durch rasche Infusion (d. h. mit weniger als einer Minute Dauer) erfolgt.
  • Wenn eine Armarterie bildlich dargestellt werden soll, kann die Injektionsstelle eine Beinvene oder eine Vene im anderen Arm sein. Die Injektionsstelle ist dann vom "Zielbereich", d. h. der Armarterie, entfernt.
  • Außerdem ist es wichtig, die Datengewinnung im k-Raum mit der im Vergleich zu den benachbarten Venen maximalen, erhöhten oder wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der interessierenden Arterie zu korrelieren. Dadurch wird sichergestellt, dass die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten in einem Zeitraum gewonnen werden, in dem in der interessierenden Arterie im Vergleich zu benachbarten Venen die maximale, eine erhöhte oder eine wesentlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration gegeben ist. Das Erfassungssystem (weiter unten ausführlich beschrieben) überwacht die interessierende Arterie, so dass die Gewinnung der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten mit einer erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der Arterie zusammenfällt.
  • Gemäß 3 und 4 weist das Infusionssystem 10 eine mechanische Infusions- oder Injektionsvorrichtung 12 auf. Die Infusionsvorrichtung 12 ist ein automatisch arbeitender Injektionsapparat mit zuverlässigen, gleichbleibenden und steuerbaren Betriebsbedingungen. Die Infusionsvorrichtung 12 wird dazu verwendet, das Magnetresonanzkontrastmittel im wesentlichen während der gesamten Bilddatengewinnungszeit in die Vene des Patienten zu injizieren, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, im Betrachtungsfeld des Magnetresonanzbildes die Arterie gegenüber den Venen hervorzuheben. Die Infusionsvorrichtung 12 wird mit herkömmlichen Techniken an den Patienten angeschlossen, beispielsweise über einen geeigneten Schlauch 14, der den Fluidstrom von der mechanischen Infusionsvorrichtung 12 zum Patienten ermöglicht. Ein solcher Schlauch kann beispielsweise ein Angiokatheter sein.
  • Eine mechanische Injektionsvorrichtung ist gegenüber der manuellen bzw. Operateurinjektion bevorzugt, weil sie zuverlässiger, gleichbleibender und besser steuerbar ist als eine manuelle Injektion. Außerdem erleichtert eine mechanische Injektionsvorrichtung den Einsatz der erfindungsgemäßen Infusions-, Bildgebungs- und Erfassungssysteme, die vollautomatisch arbeiten. Dabei kann das erfindungsgemäße Erfassungssystem mehrere Infusionsparameter des Infusionssystems steuern.
  • Weil das Magnetfeld die normale Funktion elektronischer Geräte beeinträchtigt, kann eine pneumatisch betätigte, eine federbetätigte oder eine sonstige nichtelektrische Pumpe zweckmäßig sein. Zu beachten ist jedoch, dass eine elektrische Pumpe verwendet werden sollte, wenn sie durch den Betrieb der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung nicht beeinflußt wird, d. h. wenn sie ausreichend abgeschirmt oder ausreichend weit vom Magneten entfernt ist.
  • Die mechanische Infusionsvorrichtung 12 kann mit der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 16 verbunden werden, damit zusätzlich zur Bereitstellung der geeigneten oder gewünschten Kontrastmittelinfusionsraten die richtige oder gewünschte zeitliche Abstimmung zwischen der Injektion des Magnetresonanzkontrastmittels und der Bilddatengewinnung erleichtert wird.
  • Die richtige oder gewünschte zeitliche Abstimmung und die Kontrastmittelinfusionsgeschwindigkeiten können von einer Steuerung in der mechanischen Infusionsvorrichtung 12 gesteuert werden. Dabei ist der Mechanismus, der die Infusion zeitlich und mengenmäßig steuert, Teil der mechanischen Infusionsvorrichtung 12. In diesem Fall ist die mechanische Infusionsvorrichtung 12 eine "selbständige" Einheit. Die Infusionsgeschwindigkeit kann beispielsweise mit einem einstellbaren Durchflußwiderstand gesteuert werden.
  • Wie bereits erwähnt, injiziert die Infusionsvorrichtung 12 das Magnetresonanzkontrastmittel in gesteuerter Weise. Das Kontrastmittel kann in einem Gefäß enthalten sein. Wie in 3 und 4 gezeigt, ist die mechanische Infusionsvorrichtung 12 an ein Gefäß 18 angeschlossen, welches das Magnetresonanzkontrastmittel enthält. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann das Gefäß 18 eine Kontrastmittelmenge enthalten, die für eine Anwendung der Erfindung oder eine von mehreren Magnetresonanzangiographiesequenzen ausreicht, d. h. es kann ein Gefäß für den einmaligen Gebrauch sein. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Gefäß 18 eine Menge enthalten, die für mehrmalige Anwendungen der Erfindung ausreicht, d. h. es kann ein Vorratsgefäß sein. Wie in 3 gezeigt, kann die mechanische Infusionseinrichtung 12 dazu eingerichtet sein, das Gefäß 18 in etwa so aufzunehmen wie ein Füller eine Tintenpatrone. Bei einer anderen Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist, kann die Infusionsvorrichtung 12 mit herkömmlichen Techniken mit dem Gefäß 18 verbunden sein.
  • 5A und 5B zeigen eine ausführlichere Darstellung der mechanischen Infusionsvorrichtung 12. Die mechanische Infusionsvorrichtung 12 von 5A und 5B enthält mehrere der Bauteile, die in den US-Patenten 4,202,333; 4,298,000; 4,430,079 und 4,597,754 beschrieben und abgebildet sind.
  • Wenn die mechanische Infusionsvorrichtung 12 innerhalb eines Magnetfelds eingesetzt wird, sollte sie mit einem magnetresonanzkompatiblen Material ausgestattet oder aus einem solchen hergestellt sein. Beispielsweise sollten die im Handel erhältlichen Infusionsvorrichtungen der 3 M Corp. mit einer magnetresonanzkompatiblen Feder ausgestattet sein. Dazu muß die Feder aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Kunststoff oder bestimmten Metallegierungen wie Eljaloy oder Inconel hergestellt werden.
  • Um eine konstante oder eine veränderliche Infusionsgeschwindigkeit für das Magnetresonanz-Kontrastmittel zu erreichen, kann die Vorrichtung 12 nach 5A und 5B eine Feder von konstanter Breite und Dicke aufweisen, die eine konstante Kraft ausübt. Alternativ dazu kann die Feder eine variable Breite und/oder eine variable Dicke aufweisen, damit eine variable Federkraft zur Verfügung steht. Unter diesen Umständen kann die Infusionsgeschwindigkeit durch die Gestaltung der Feder so gesteuert werden, dass sie entweder konstant oder variabel ist, d. h. sie kann durch entsprechende Wahl der Gestaltungsparameter der Feder vorprogrammiert werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Infusionsvorrichtung 12 so gestaltet sein, dass sie eine 50-ccm-Spritze mit einem Fassungsvermögen von 60 ccm, die eine Kontrastmitteleinzeldosis enthält, aufnimmt. Die Infusionsvorrichtung 12 kann auch so gestaltet sein, dass die Infusionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels durch eine von außen auf die Feder wirkende Kraft verändert oder dem jeweiligen Bedarf angepaßt werden kann. Diese von außen wirkende Kraft ist unabhängig von der Kraft der Feder der Infusionsvorrichtung 12.
  • Die Infusionsvorrichtung 12 kann ferner einen Durchflußanzeiger 50 (5B) aufweisen, damit angezeigt werden kann, mit welcher Geschwindigkeit das Kontrastmittel in den Patienten gelangt. In diesem Fall kann die Bedienperson auf recht einfache Weise optisch oder akustisch die Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels beobachten. Dadurch kann die Bedienperson die von außen wirkende Kraft exakter ausüben (sowohl hinsichtlich der Stärke der Kraft als auch hinsichtlich des zeitlichen Einsatzes), wodurch die Änderung der vorgegebenen Injektionsgeschwindigkeit erleichtert wird. Bei einer automatisierten Injektionsvorrichtung ermöglicht der Durchflußanzeiger 50 der Bedienperson außerdem die optische oder akustische Überwachung der "vorprogrammierten" Infusionsgeschwindigkeit oder -sequenz.
  • Gemäß 5A enthält die mechanische Infusionsvorrichtung 12 außerdem die Spritze 24, eine Einspannvorrichtung 26 für die Spritze, einen Spritzenstopper 28, ein Anschlag- und Federgehäuse 30a, Kugellager 30b, ein Rückschlagventil 32 und einen Katheter 34 mit Verbindungsschlauch 34a und einer Nadel 34b (geflügelt). Die Spritze 24 enthält das dem Patienten während der Magnetresonanzbildgebung zu verabreichende Kontrastmittel. Der Kolben 24a der Spritze 24 wird von der Feder 40 eingeführt, die im Anschlag- und Federgehäuse 30a untergebracht ist. Im Einsatz schiebt die Feder 40 den Kolben 24a vorwärts, um die Spritze 24 unter Druck zu setzen. Die Spritze verbleibt durch die Einspannvorrichtung 26 und den Spritzenstopper 28 in der mechanischen Infusionsvorrichtung 12, insbesondere in der Gehäusebasis 12a, in stabiler Position.
  • Die mechanische Infusionsvorrichtung 12 kann mit einem Tropfapparat 42 für Kochsalzlösung (Tropfapparat 42a, Verbindungsschlauch 42b und Rollklemme 42c) verbunden werden. Der Tropfapparat 42 für Kochsalzlösung wird mit einem Eingang eines Y-Verbinders 44 verbunden. Die Spritze 24 wird mit dem anderen Eingang des Y-Verbinders 44 verbunden. Durch diese konventionelle Lösung wird die Nachspülung mit Kochsalzlösung nach Verabreichung des Kontrastmittels in der Spritze 24 erleichtert.
  • In den Fällen, in denen der Schlauch vom Tropfapparat 42 für Kochsalzlösung zum Y-Verbinder 44 mit einem Einwegeventil versehen ist, um den Rückfluß von Kontrastmittel zu verhindern, kann der Kochsalztropf während der Infusion "EIN" bleiben. In diesem Fall setzt die Tropfinfusion zum "Nachspülen" des Gadoliniums im Venenschlauch und Abgeben des im Schlauch verbliebenen Kontrastmittels an den Patienten automatisch wieder ein, sobald die Infusion des Kontrastmittels abgeschlossen ist.
  • Die Injektionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels aus der Spritze 24 wird zum großen Teil durch die Größe oder Feinheit der Nadel 34b vorgegeben oder gesteuert, die als Durchflußbegrenzer nach dem Poiseuilleschen Gesetz wirkt. Die Injektionsgeschwindigkeit wird außerdem durch die Stärke der Kraft, welche die Feder 40 (die Rückstellkraft der Feder 40) auf den Kolben 24a der Spritze 24 ausübt, durch den Spritzenquerschnitt und durch die Viskosität des Gadoliniums gemäß folgender Gleichung gesteuert:
    Figure 00320001
    wobei r = Radius des Lumens der durchflußbegrenzenden Nadel
    F = Federkraft
    L = Länge der durchflußbegrenzenden Nadel
    μ = Viskosität des Fluids und
    A = Querschnittsfläche der Spritze
  • Bei Prüfung der vorstehenden Gleichung für die Injektionsgeschwindigkeit zeigt sich, dass sich eine Änderung von Spritzengröße (A), Nadellänge (L) und/oder Fluidviskosität (μ) auf die Infusionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels auswirkt. Die Fluidviskosität kann jedoch von der Temperatur des Kontrastmittels (Gadoliniumchelat) abhängig sein. Wenn also die Temperatur des Kontrastmittels dessen Viskosität ändert, ist die Infusionsgeschwindigkeit auch von dieser "Variablen" abhängig.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Einfluß der Viskosität auf die Durchflußgeschwindigkeit durch Verwendung eines Durchflußbegrenzers, der die Auswirkung der Viskosität auf die Durchflußgeschwindigkeit minimiert, wesentlich verringert werden kann.
  • Die Injektionsgeschwindigkeit kann jedoch durch Verwendung eines manuellen, federbetätigten oder pneumatischen/elektrischen Mechanismus zur Einstellung der Injektionsgeschwindigkeit erhöht oder verringert werden, wobei dieser Mechanismus mit verschiedenen Bauteilen der Vorrichtung 12 verbunden werden kann, beispielsweise der Feder 40, dem Anschlag und Federgehäuse 30a, den Kugellagern 30b, dem Kolben 24a, dem Verbindungsschlauch 34a und/oder dem Durchflußbegrenzer 34b. Ein pneumatischer oder elektrischer Injektionsgeschwindigkeitseinstellmechanismus kann mit dem Erfassungsmechanismus 110 gekoppelt werden, was eine Änderung der Injektionsgeschwindigkeit ermöglicht. Diese Ausführungsform wird nachstehend ausführlich beschrieben.
  • 5B zeigt einen manuellen Injektionsgeschwindigkeitseinstellmechanismus 50, der es der Bedienperson ermöglicht, unmittelbar die Injektionsgeschwindigkeit und dadurch die Injektionsgeschwindigkeit des Kontrastmittels zu ändern, um die gewünschte zeitliche Abstimmung einer erhöhten oder der maximalen Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels zu berücksichtigen oder vorzunehmen.
  • Die Federkraft sollte groß genug sein, damit der Durchflußbegrenzer, der die gewünschte Durchflußgeschwindigkeit ermöglichen muß, einen Durchflußwiderstand aufweist, der viel größer ist als jeder Durchflußwiderstand im Veneninjektionskanal. Die Federkraft sollte nicht so groß sein, dass eine Person mit normalen Körperkräften sie nicht herabsetzen oder erhöhen könnte, wenn als Mittel zur Einstellung der Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels (d. h. als Mittel zur Einstellung der auf die Feder ausgeübten äußeren Kraft) ein manueller Federeinstellmechanismus 50 vorgesehen ist. Grundsätzlich ist eine Feder mit einer Federkraft von etwa 5 bis 10 Pounds für Infusionen von 2 bis 3 Minuten Dauer geeignet, während bei schnelleren Infusionen eine höhere Federkraft erforderlich sein kann. Bei Infusionen, die nur 30 Sekunden dauern, kann eine Federkraft von 20 bis 30 Pounds erforderlich sein.
  • Der Durchflußbegrenzer kann aus einer Nadel bestehen und/oder eine Nadel, ein kurzes Schlauchstück mit kleinem Durchmesser (z. B. kann einen Venenangiokatheter mit Skala 20 oder darüber ausreichend sein), einen Düsenstein (beispielsweise aus Rubin oder Saphir), eine Kompressionseinrichtung (focal compression) für den Venenschlauch oder einen anderen Mechanismus, der den Fluiddurchfluß einschränkt, beinhalten.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass ein Präzisionsdüsenstein als Durchflußbegrenzer mehrere Vorteile hat. Wenn beispielsweise ein nicht komprimierbares Fluid wie Gadopentetatdimeglumin, Gadoteridol oder Gadodiamid verabreicht werden soll, unterliegt der Durchfluß durch den Düsenstein dem Bernoulli-Effekt. Dabei ist die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids durch den Düsenstein proportional zur Quadratwurzel des Druckabfalls:
    Figure 00340001
    wobei K = eine durch die Geometrie des Düsensteins bestimmte Konstante
    F = die Federkraft und
    A = Querschnittsfläche der Spritze
  • Weiter sei darauf hingewiesen, dass der Druckabfall am Düsenstein von der Trägheit des Fluids abhängig ist, während die Viskosität des Fluids wenig oder keinen Einfluß darauf hat. Folglich minimiert ein Düsenstein den Einfluß der Viskosität des Fluids auf die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids. Bei Verwendung eines Düsensteins als Durchflußbegrenzer ist durch den Bernoulli-Effekt somit unabhängig von der Temperatur des Fluids und unabhängig davon, welche Gadoliniumverbindung verwendet wird, dieselbe Durchflußgeschwindigkeit zu erwarten. Auch wenn es grundsätzlich unmöglich ist, den Einfluß der Viskosität des Fluids vollständig auszuschalten, wird dieser Einfluß deutlich reduziert.
  • Tabelle 1 weist die Infusionsgeschwindigkeit für drei Magnetresonanzkontrastmittel, für einige Nadeln und Durchflußbegrenzungsdüsensteine aus bei Verwendung in einer Infusionsvorrichtung 12, die im wesentlichen der Abbildung von 5A entspricht, bei der die Feder 40 eine Kraft von 6 Pound hat und die Spritze 24 einen Durchmesser von 1 Inch und ein Fassungsvermögen von 50 ccm hat.
  • Wenn die Durchflußgeschwindigkeit des Fluids von der Umgebungstemperatur oder von der Temperatur des Kontrastmittels abhängt, ist für die gleichbleibende Funktion der Infusionsvorrichtung 12 gegebenenfalls entweder eine temperaturgesteuerte Betriebsumgebung oder die Verwendung eines Durchflußbegrenzers, dessen Betriebseigenschaften von der Viskosität des Fluids weitgehend unbeeinflußt bleiben (z. B. ein Präszisionsdüsenstein), erforderlich.
  • Gemäß 5B ist der Durchflußeinstellmechanismus 50 bei einer bestimmten Ausführungsform ein manuell betätigbarer Mechanismus mit einem Hebel 50a, mit dessen Hilfe die Bedienperson die auf den Kolben 24a wirkende Kraft erhö hen oder herabsetzen kann. Der Hebel 50a greift am Kolben 24a und an der Feder 40 an, so dass die auf den Kolben 24a wirkende Kraft im wesentlichen durch die Summe aus der auf den Kolben 24a ausgeübten Kraft (d. h. durch den Hebel 50a) und der Federkraft F bestimmt wird.
  • Zu beachten ist, dass der zentrale Teil des k-Raums als 10 bis 75% der gesamten k-Raum-Daten gekennzeichnet werden kann, die den Daten für die geringste räumliche Frequenz entsprechen.
  • Zu beachten ist ferner, dass mit "wesentlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration" im arteriellen Blut eine Konzentration von mehr als 2,9/Sekunden-Relaxivity (des Kontrastmittels) gemeint ist.
  • Die Infusionsvorrichtung 12 nach 5B weist ferner einen Durchflußanzeiger 52 auf, an dem die Bedienperson die Durchflußgeschwindigkeit (Injektionsgeschwindigkeit) des an den Patienten verabreichten Kontrastmittels ablesen kann. Die Bedienperson kann optisch oder akustisch die Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels verfolgen, so dass sie die Injektionsgeschwindigkeit, mit der das Kontrastmittel an den Patienten abgegeben wird, exakt steuern kann. Die Bedienperson kann die Kontrastmittel-Injektionsgeschwindigkeit dem Einzelfall anpassen oder ändern.
  • Als Durchflußanzeiger kann ein optischer Sensor verwendet werden, der die Linearbewegung beispielsweise des Kolbens 24a, der Feder 40 und/oder des Anschlag- und Federgehäuses 30a oder die Drehbewegung der Kugellager 30b erfaßt. Ein solcher Mechanismus ermöglicht eine exakte Messung bei sehr geringer oder gar keiner Auswirkung auf die Funktion der Injektionsvorrichtung 12, einschließlich der Bewegung des Kolbens 24a und der Feder 40. Ein optischer Durchflußanzeiger hat somit den Vorteil, dass er keinen physischen Kontakt mit dem Kontrastmittel in der Spritze 24 oder mit der Feder 40 haben muß.
  • Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch ein Durchfluß- oder Bewegungssensor im Durchflußanzeiger 50 verwendet werden kann. Eine solche Vorrichtung liefert eine exakte Anzeige der Durchflußgeschwindigkeit des Kontrastmittels in der Spritze 24 oder im Schlauch 34a.
  • Wie bereits erwähnt, müssen die zur Herstellung der Vorrichtung 12 verwendeten Materialien nichtmagnetisch sein, wenn die mechanische Infusionsvorrichtung 12 in einer Magnetfeldumgebung eingesetzt werden soll. Magnetische Materialien sollten also vermieden werden, wenn die Vorrichtung 12 im Magnetfeld oder in der Nähe des Magnetfelds der Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung eingesetzt wird. In diesem Fall sollte die Feder 40 ( 5A und 5B) aus einem nichtmagnetischen Material wie Eljaloy oder Inconel hergestellt sein.
  • Gemäß 6AC kann die mechanische Infusionsvorrichtung 12 als Kombination aus einem Beutel und einer Kassette ausgeführt sein. Der Beutel 46 enthält ein Kontrastmittel. Analog zur Spritzenkonfiguration von 5A und 5B kann der Beutel 46 in eine Kassette 48 gegeben werden, die einen gleichmäßigen Druck über die Kontaktoberfläche des Beutels 46 ausübt. Ähnlich wie bei der Spritze 24 fließt das Kontrastmittel im Betrieb dann aus dem Beutel durch den Katheter 34 in den Patienten. Wie bei der Spritzenkonfiguration erfolgt die Durchflußsteuerung mittels eines Durchflußbegrenzers (d. h. der Nadel 34b), der in Kombination mit einer Kassette 48 verwendet wird, die die Kraft liefert.
  • Zu beachten ist, dass zusammen mit der Kombination Beutel/Kassette nach 6A bis C ein Kochsalzlösungs-Tropfapparat 42 sowie ein Durchflußeinstellmechanismus 50 verwendet werden kann. Wie bei der Spritzenkonfiguration kann die Injektionsgeschwindigkeit mittels eines manuellen, federbetätigten, elektrischen oder pneumatischen Geschwindigkeitseinstellmechanismus erhöht oder verringert werden.
  • In manchen Magnetresonanzkammern besteht eine Öffnung in der Wand, die den Magneten der Bildgebungsvorrichtung und die Steuerung (d. h. Computer und sonstige elektronische Geräte) trennt. In diesem Fall können Standardinfusionspumpen (die Metall, magnetisierte Materialien und elektronische Schaltungen enthalten) von außerhalb der Magnetresonanzkammer zur Durchführung der hier beschriebenen Verfahren verwendet werden.
  • Es kann die von Abbott hergestellte Pumpe "Life Care 5000" eingesetzt werden. Die Life Care 5000 zieht Arzneimittel (z. B. ein Kontrastmittel) direkt aus ei ner Flasche und speist sie in ein langes Schlauchstück ein. Die Betriebsparameter der Life Care 5000 können zur Ausführung zahlreicher Infusionsgeschwindigkeiten vorprogrammiert werden.
  • Die Betriebsparameter der Pumpe können ebenfalls vom Erfassungssystem 110 gesteuert werden (wie nachstehend beschrieben). Der zeitliche Verlauf der maximalen, einer erhöhten oder einer wesentlich erhöhten Injektionsgeschwindigkeit kann vom Erfassungssystem 110 gesteuert werden, um das Sammeln von für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten exakter mit der maximalen, einer erhöhten oder wesentlich erhöhten Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie exakter zu synchronisieren. Diese Ausführungsform wird nachstehend näher beschrieben.
  • Diese Konfiguration bietet mehrere Vorteile, darunter
    • 1. Das Kontrastmittel (Gadolinium) muss nicht aus dem Versandbehälter in einen Zwischenbehälter, z. B. eine Spritze, umgefüllt werden.
    • 2. Durch die Programmierbarkeit der Pumpe sind verschiedene Injektionsgeschwindigkeiten möglich, wobei die maximale Geschwindigkeit für den Peak vorgesehen ist, wenn der zentrale Teil des k-Raums erfaßt wird (was der entscheidendste Abschnitt bei der Bildgewinnung sein kann).
    • 3. Steuerung der Betriebsparameter durch die Bedienperson. Außerdem kann die Life Care 5000 mit dem Erfassungssystem 110 verbunden werden, um die Erfassung des k-Raums durch das Bildgebungssystem 16 in der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung im Zielbereich zu erleichtern.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Pumpe Life Care 5000 nicht unbedingt für die Anwendung aller hier beschriebenen Techniken ideal ist. Nachteile gibt es beispielsweise bei den Injektionsgeschwindigkeiten der Pumpe, beim Grad der Programmierbarkeit der Fördereigenschaften der Pumpe und bei der Verabreichung von Kontrastmittel aus mehreren Behältern, wofür mehrere 20-ccm-Glasfläschchen verwendet werden können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Magnetresonanz-Kontrastmittel von der Infusionsvorrichtung 12 im Bolus injiziert, während in der vom Bildgebungssystem 16 ausgeführten Bildgewinnungssequenz zu Beginn der Sequenz die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Daten gesammelt werden. Dabei überwacht oder mißt das Erfassungssystem 110 das Resonanzsignal aus dem Zielbereich, um die Ankunft des Kontrastmittels in diesem Bereich zu erfassen, damit die Korrelation zwischen der maximalen, einer erhöhten oder wesentlich erhöhten arteriellen Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie und der Gewinnung der dem zentralen Teil des k-Raums entsprechenden Bilddaten auf wiederholbare Weise hergestellt werden kann. Bei Erfassung der Ankunft des Kontrastmittels im Zielbereich beginnt das Bildgebungssystem 16 mit dem Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten. Der zentrale Teil des k-Raums entspricht den Daten geringer räumlicher Frequenz, die den Bildkontrast bestimmen.
  • Gemäß 7 kann die Infusion des Magnetresonanz-Kontrastmittels manuell erfolgen. Bei dieser Ausführungsform ist eine Spritze 20 mit einer Nadel 22 mit einem Gefäß 18 verbunden, welches das Magnetresonanz-Kontrastmittel enthält. Das Gefäß 18 wird mit einer herkömmlichen Technik, beispielsweise einer geeigneten Schlauchverbindung 14, die den Fluidfluß vom Gefäß 18 zum Patienten ermöglicht, beispielsweise einem Angiokatheter, mit dem Patienten verbunden.
  • Bei Injektion des Kontrastmittels mit einer manuellen Injektionsvorrichtung, d. h. bei Injektion des Magnetresonanz-Kontrastmittels von Hand während der Magnetresonanzangiographiesequenzen weist der "Infusionsweg" bei einer bevorzugten Ausführungsform einen Durchflußbegrenzer auf, der dem Durchfluß von Gadolinium während seiner Verabreichung in den Körper Widerstand entgegensetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass der Durchflußbegrenzer beispielsweise eine Standardinjektionsnadel oder ein kleinkalibriger Angiokatheter sein kann. Nach 7 kann der Durchflußbegrenzer die Nadel 22 der Spritze 20 und/oder der Angiokatheter 14 sein. Bei Verwendung kleiner Nadeln, kurzer Schlauchstücke mit kleinem Durchmesser, eines Düsensteins und/oder kleinkalibriger Angiokatheter kommt es weniger häufig zu einer zu schnellen Injektion des Kontrastmittels, die zu einem zu frühen Kontrastverlust bei der Abtastung führt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Nadel in Abhängigkeit von der Viskosität des Kontrastmittels zu einer Infusion von 2 bis 4 Minuten Dauer die Größe 22 Gauge oder einen kleineren Durchmesser haben (größer oder gleich 22 Gauge). Für Infusionen von etwa 30 Sekunden eignen sich Angiokatheter von 20 Gauge.
  • Es kann zweckmäßig sein, die gesamte Kontrastmitteldosis vorab in ein Gefäß oder ein Schlauchstück mit Luer-Verschluß oder anderen geeigneten Verbindungsstücken auf beiden Schlauchseiten zu füllen. In diesem Fall ist es möglich, eine einzige, mit Kochsalzlösung gefüllte Spritze zu verwenden, um das Kontrastmittel mit Nachinjektion der Kochsalzlösung zu injizieren, ohne dass die Spritze oder die Pumpe gewechselt werden muß. Kochsalzlösung ist zum Nachspülen bevorzugt, weil sie zum Blut isoton gemacht werden kann und mit den meisten intravenösen Flüssigkeiten und Pharmazeutika, die gegebenenfalls bereits durch die Venen eines Patienten fließen, kompatibel ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Magnetresonanz-Kontrastmittel schnell im Bolus injiziert, wobei die vom Bildgebungssystem 16 durchgeführte Bildgewinnungssequenz zu Beginn der Sequenz die für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten sammelt. Wenn die Ankunft des Kontrastmittels im Zielbereich (von der Bedienperson oder vom Erfassungssystem 110) festgestellt worden ist, startet das Bildgebungssystem 16 die Bildgewinnungssequenz und das Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten.
  • Eine andere Ausführungsform eines manuellen Infusionsmittels ist in 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Spritze 20 mit einem Magnetresonanz-Kontrastmittel gefüllt. Ein 3-Wege-Absperrhahn 44 ermöglicht die rasche Injektion des Kontrastmittels (z. B. Gadolinium), ohne dass die Gefahr des Rückflusses besteht. Ein weiterer Seiteneinlaß des Absperrhahns 44, der weiter vom Patienten entfernt ist, nimmt eine zusätzliche Spritze 20' auf, die zum raschen Nachspülen mit Kochsalzlösung unmittelbar nach der Kontrastmittelinjektion verwendet werden kann.
  • Eine Tropfkammer 42d erlaubt der Bedienperson festzustellen, ob der Verbindungsschlauch 14 im Gefäß sitzt und ordnungsgemäß funktioniert. Hier ist ein Beutel 42a mit gewöhnlicher Kochsalzlösung oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit über die Tropfkammer 42d an das proximale Ende des Verbindungsschlauchs 14 angeschlossen. Die Bedienperson kann durch einen Blick auf die Tropfkammer 42d erkennen, ob der Venenzugang ordnungsgemäß funktioniert. Eine Rollenklemme 42c kann dazu verwendet werden zu verhindern, dass die Kochsalzlösung zu schnell in den Patienten fließt.
  • Zu beachten ist, dass ein zu großer Kochsalzlösungsbeutel 42a für den Patienten schädlich sein kann, falls die gesamte Kochsalzlösung an den Patienten verabreicht wird. Bei Verwendung eines kleinen Beutels mit Kochsalzlösung ist die versehentliche Verabreichung der gesamten Menge nicht schädlich. Typischerweise enthält ein 250-ccm-Beutel ausreichend viel Flüssigkeit für die gesamte Dauer der Untersuchung und verhindert eine Schädigung des Patienten, wenn innerhalb kurzer Zeit (z. B. in weniger als 15 Minuten) versehentlich der gesamte Beutelinhalt an den Patienten verabreicht wird.
  • Die dynamische Kontrastmittelinfusion kann durch Verwendung eines Schlauchs 14 erleichtert werden, der in den Magneten hineinreicht und der das Kontrastmittel infundierenden Bedienperson den bequemen Stand außerhalb der Magnetumgebung erlaubt, wo sie Zugang zu Bedientafeln des Bildgebungssystems 16 hat, um die Abtastung zu starten. Wenn der Schlauch ausreichend lang ist, kann die Bedienperson bequem beide Hände für die Infusion verwenden. Im allgemeinen wird mit einer Hand der Kolben der Spritze und mit der anderen Hand die Spritzenkammer gehalten.
  • Bei den Ausführungsformen, bei denen die Bedienperson außerhalb der Magnetumgebung steht, kann ein Schlauch von mindestens 4 bis 6 Fuß Länge erforderlich sein, damit der Schlauch nach außerhalb der Magnetumgebung reicht. Der seitliche Einlaß für die Gadoliniuminfusion sollte etwa 4 bis 7 Fuß vom auf Venenpunktionsseite liegenden Ende des Schlauchs entfernt angeordnet sein. Ein zweiter, ein paar Inch weiter entfernter seitlicher Einlaß ist zweckmäßig, damit genügend Platz gegeben ist, um sowohl die mit Gadolinium gefüllte Spritze als auch die mit Kochsalz gefüllte Spritze gleichzeitig anzu schließen. Auf die Gadoliniuminfusion kann dann unmittelbar und ohne Zeitverlust durch Spritzenwechsel eine Nachspülung mit Kochsalzlösung erfolgen. Dadurch, dass oberhalb der seitlichen Einlässe jeweils ein Einwegeventil in den Schlauch eingesetzt wird, können die Flüssigkeiten (Kontrastmittel und Nachspülung) nur in die richtige Richtung fließen, und es besteht nicht das Risiko eines Rückflusses im Schlauch. Eines der beiden Einwegeventile sollte zwischen den beiden seitlichen Einlässen liegen, damit kein Kontrastmittel in die für die Nachspülung verwendete Spritze gelangen kann. Das ist vor allem dann wichtig, wenn das Gadolinium so rasch injiziert wird, dass ein hoher Infusionsdruck erforderlich ist. Das dem Patienten am nächsten liegende Einwegeventil sollte durch eine Klemme oder ein anderes Durchflußverhinderungsmittel ersetzt werden.
  • Ein zusätzlicher (dritter) Einlaß beim distalen Ende des Schlauchs an der Verbindungsstelle mit dem Patienten kann ebenfalls zweckmäßig sein. Dieser Einlaß kann zur Behandlung etwaiger Reaktionen des Patienten auf das infundierte Kontrastmittel verwendet werden. Wenn dieser dritte Einlaß dicht beim Patienten liegt, wird die Distanz minimiert, die Arzneimittel bis zum Eintritt in den Blutkreislauf des Patienten zurücklegen müssen. Es ist anzunehmen, dass der Patient im Fall einer Kontrastmittelreaktion sofort aus dem Magneten herausgenommen werden würde, so dass der dritte Einlaß dann gleich zugänglich wäre.
  • Sowohl das proximate als auch das distale Ende des Schlauchs sollte mit medizinischen Standardverschlußklemmen (luer lock) versehen sein. Am distalen Ende sollte eine Steckverbindung sein. Zweckmäßig ist es, das distale Ende mit einer Verriegelung zu versehen um zu verhindern, dass sich der Schlauch unter dem erhöhten Druck bei schnellen Infusionen vom Venenkatheter trennt. Ein Durchflußmesser, der der Bedienperson die Kontrastmittelinfusionsgeschwindigkeit anzeigt, kann zweckmäßig sein.
  • Der Innendurchmesser des Schlauchs 14 kann wichtig sein. Der Innendurchmesser des Schlauchs sollte so gewählt werden, dass ein Mittelweg gefunden wird zwischen einem Durchmesser, der so groß ist, dass der Durchflußwiderstand minimiert wird, aber nicht so groß, dass sich ein großer Totraum er gibt. "Totraum" ist der Schlauchraum zwischen der Venenpunktionsstelle im Arm des Patienten und dem Punkt, an dem die Spritze 20 mit dem Schlauch 14 verbunden ist.
  • Ein Schlauchinnendurchmesser von etwa 0,08 Inch ergibt ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Notwendigkeit, den Widerstand zu minimieren, und der Notwendigkeit, den Totraum bei Schläuchen zu minimieren, die etwa 6 Fuß lang sind, wenn Gadopentetatdimeglumin oder Gadodiamid als Kontrastmittel verabreicht wird. Der Schlauch 14 kann aus Kunststoff, Kautschuk oder einem anderen geeigneten (nichtmagnetischen) Material sein. Der Schlauch 14 sollte biegsam sein, damit er sich leicht an den Weg von der Veneneintrittsstelle im Arm des Patienten nach außerhalb der Magnetumgebung anpaßt. Gelegentlich ist eine spiralig gewickelte Konfiguration des Schlauchs zweckmäßig, damit er aufgewickelt bleibt. Dadurch lassen sich Verwicklungen des Schlauchs mit anderen Schläuchen oder Drähten in der Umgebung des Magneten und des Bildgebungssystems 16 besser vermeiden.
  • Erfassungssystem
  • Das Erfassungssystem 110 erfaßt die Kontrastmittelkonzentration im Zielbereich und insbesondere die "Ankunft" des Kontrastmittels im Zielbereich sowie die dortige Kontrastmittelkonzentration. Zusätzlich hat das Erfassungssystem 110 die Aufgabe, die Erfassung des zentralen Teils des k-Raums durch das Bildgebungssystem 16 mit der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung im Zielbereich (Arterie und Gewebe im Zielbereich) exakt zu synchronisieren.
  • Das Erfassungssystem 110 überwacht und erfaßt in Zusammenwirkung mit dem Bildgebungssystem 16 die relative Konzentration des Kontrastmittels im Zielbereich durch Vergleichen des Resonanzsignals aus dem Zielbereich vor Verabreichung des Magnetresonanzkontrastmittels an den Patienten mit dem Resonanzsignal aus dem Zielbereich während und/oder nach Verabreichung des Kontrastmittels. Wenn das Erfassungssystem 110 eine charakteristische Änderung des Resonanzsignals auf den Magnetresonanzpuls mißt, startet das Bildgebungssystem 16 das Sammeln der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten.
  • Wenn das Erfassungssystem 110 eingeschaltet ist, mißt es vor Verabreichung des Kontrastmittels an den Patienten und vor Beginn der Bildgebungssequenz zunächst das Resonanzsignal aus dem Zielbereich auf eine Reihe von Pulsen des Bildgebungssystems 16. Dabei nimmt das Erfassungssystem 110 das Resonanzsignal aus dem Zielbereich vor Verabreichung des Kontrastmittels auf. Dieses Resonanzsignal kann als Grund- oder Vorkontrast-Resonanzsignal bezeichnet werden.
  • Nach Messung des Grund- oder Vorkontrast-Resonanzsignals kann das Kontrastmittel an den Patienten verabreicht werden. Das Erfassungssystem 110 mißt das Resonanzsignal aus dem Zielbereich auf eine Reihe von Magnetresonanzpulsen des Bildgebungssystems 16. Das Erfassungssystem 110 oder die Bedienperson können das Resonanzsignal aus dem Zielbereich bewerten; um eine charakteristische Änderung des Resonanzsignals aus dem Zielbereich festzustellen. Dieses charakteristische Resonanzsignal zeigt an, dass das Kontrastmittel im Zielbereich angekommen ist bzw. die arterielle Phase der Kontrastverstärkung beginnt.
  • Der nachfolgende Betriebsablauf des Erfassungssystems 110 hängt ein wenig von den Parametern der Injektionsgeschwindigkeit des Injektionssystems 12 und von der Datengewinnungstechnik und der Konfiguration des Bildgebungssystems 16 ab. In den Fällen, in denen die Injektion des Kontrastmittels im Bolus (d. h. mit hoher Injektionsgeschwindigkeit) erfolgt, kann die charakteristische Änderung des Resonanzsignals auf die Magnetresonanzpulse besagen, dass der Zielbereich sich in der arteriellen Phase der Magnetresonanzkontrastverstärkung befindet oder gerade in diese "eintritt". In diesem Fall gibt das Erfassungssystem 110 an das Bildgebungssystem 16 den Befehl, mit der Bildgebungssequenz zu beginnen. Das Bildgebungssystem 16 beginnt sofort mit der Akquisition der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten.
  • Die Magnetresonanzbildgebungs-Pulssequenz sollte so erfolgen, dass die Daten für den zentralen Teil des k-Raums zu Beginn der Sequenz gesammelt werden. Die Daten für die Peripherie des k-Raums werden anschließend gesammelt. Dabei sorgt das Erfassungssystem 110 für die exakte Synchronisati on der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung mit der Akquisition der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten.
  • Wie bereits erwähnt, kann das Erfassungssystem 110 die Konzentration des Kontrastmittels im Zielbereich auf verschiedene Art und Weise erfassen, beispielsweise durch eine Änderung der Amplitude des RF-Resonanzsignals.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform werden die Überwachungs- und Bewertungsfunktionen des Erfassungssystems 110 und des Bildgebungssystems 16 erst zu dem Zeitpunkt ausgelöst, zu dem das Kontrastmittel im Zielbereich erwartet wird. Dabei können die zum Erfassen/Überwachen der "Ankunft" des Kontrastmittels im Zielbereich ausgesandten Erfassungspulse ab Infusion des Kontrastmittels in einem Grad verzögert werden, der in Bezug steht zu der durch das Infusionssystem 10 bedingten Zeitverzögerung und zu der Zeitverzögerung, die durch die Zeit bedingt ist, die das Kontrastmittel benötigt, um von der Injektionsstelle durch den Körper in die Zielarterie zu gelangen. Dadurch wird der Einsatz des Magnetresonanzbildgebungssystems 16 und des Erfassungssystems 110 auf den Zeitraum beschränkt, für den die maximale, eine erhöhte oder eine wesentlich erhöhte Kontrastmittelkonzentration angenommen wird.
  • 12 zeigt das erfindungsgemäße Erfassungssystem 110. Bei dieser Ausführungsform weist das Erfassungssystem 110 eine Mikroprozessorsteuerung 112 und einen Signalanalysator 114 (z. B. ein Oszilloskop) auf. Die Mikroprozessorsteuerung 112 (die eine ausreichende Speicherkapazität aufweist) ist so programmiert, dass sie das Grund- oder Vorkontrast-Resonanzsignal aus dem Zielbereich vor Verabreichung des Kontrastmittels sowie die Kontrastmittelkonzentration im Zielbereich nach Verabreichung des Kontrastmittels berechnet. Die Mikroprozessorsteuerung 112 erhält eine elektrische Wiedergabe des Resonanzsignals vom Signalanalysator 114. In Reaktion darauf berechnet die Mikroprozessorsteuerung 112 das Grundresonanzsignal und die Kontrastmittelkonzentration im Zielbereich.
  • Bei einer bestimmten Ausführungsform steuert das Erfassungssystem 110 das Bildgebungssystem 16. Dabei gibt das Erfassungssystem 110 an das Bildge bungssystem 16 den Befehl, die vorgegebene Bildgebungssequenz, wie bereits erwähnt, zur richtigen Zeit in Abhängigkeit von der Erfassung einer charakteristischen Änderung des Resonanzsignals aus dem Zielbereich zu starten. Die Mikroprozessorsteuerung 112 ist über elektrische oder optische Kopplungsmittel 112a an das Bildgebungssystem 16 angeschlossen.
  • Bei einer anderen Ausführungsform weist die Mikroprozessorsteuerung 112 eine Bedienerschnittstelle auf, die es der Bedienperson ermöglicht, das vom Signalanalysator 114 gemessene Resonanzsignal aufzunehmen. Bei dieser Ausführungsform erleichtert die Mikroprozessorsteuerung 112 der Bedienperson die Erkennung und die Analyse der Resonanzsignale sowie die Abschätzung der Kontrastmittelkonzentration im Zielbereich. Die Mikroprozessorsteuerung 112 kann eine optische und/oder eine akustische Anzeigeeinrichtung aufweisen, die den Beginn der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung oder die Kontrastmittelkonzentration in der Zielarterie anzeigen. Eine solche Konfiguration erleichtert die Synchronisation der Akquisition der für den zentralen Teil des k-Raums repräsentativen Bilddaten mit der arteriellen Phase der Kontrastverstärkung.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Bedienperson das vom Signalanalysator 114 gemessene Signal zusätzlich zur oder anstelle der Bedienerschnittstelle der Mikroprozessorsteuerung 112 aufnehmen kann. In diesem Fall ist die Mikroprozessorsteuerung 112 nicht unbedingt erforderlich.
  • Armauflagen
  • Ein wichtiges Detail ist die Plazierung der Arme während der Abtastung. Durch Anordnung von Armauflagen 120a und 120b zu beiden Seiten des Rumpfs des Patienten (siehe 13A und 13B) werden die Arme hochgelagert oder in die Luft gehoben. Das hat mehrere wichtige Wirkungen. Durch Anheben der Arme wird zum einen die Kontrastmittelinjektionsstelle angehoben, wodurch für das Kontrastmittel ein abwärtsführender Pfad entsteht, was den venösen Rückfluß unterstützt. Unter dieser Bedingung gelangt das Kontrastmittel rascher in die zentralen Venen, so dass eine schnellere und besser vorhersagbare Zirkulationszeit erreicht wird. Die Zirkulationszeit ist die Zeit, die das Kontrastmittel (z. B. Gadolinium) braucht, um von der Infusionsstelle durch den Körper in die Zielarterie(n) zu gelangen.
  • Ein weiterer Vorteil der Armauflagen 120a und 120b liegt darin, dass sie verhindern, dass die Arme oder etwas anderes in den Flankenbereich des Patienten gelangen, wo sie bei der bildlichen Darstellung des Rumpfs bei koronar geführtem Volumen Aliasingeffekte (Hüllartefakte) hervorrufen könnten.
  • In einer bestimmten Ausführungsform können die Auflagen 120a und 120b aus Schaumstoff oder einem anderen Material mit einer geringen Dichte an Wasserstoffkernen gefertigt sein. Damit soll sichergestellt werden, dass die Auflagen 120a und 120b bei der Bildgebung nicht viele Signale und wenig Rauschen erzeugen. Die Auflagen 120a und 120b sollten so lang sein, dass die Arme auf der ganzen Länge des Rumpfs angehoben werden. Bei Patienten mit breiten Hüften und schmalem Rumpf kann es zweckmäßig sein, die Auflagen im Hüftbereich dünner zu machen. Andererseits sollten die Auflagen so kurz sein, dass sie bis zur Hüfte, aber nicht darüber hinaus reichen.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Armauflagen 120a und 120b aus 8 cm dickem nichtmagnetischem Material geringer Dichte. Die Armauflagen 120a und 120b können Rechteckform haben und vor der Bildgebung mit nichtmagnetischen Bändern, beispielsweise einem Velcroband oder einem ähnlichen Material/Mittel am Patienten oder am Bildgebungsgerät befestigt werden. Die Oberflächen 122a und 122b der Armauflagen 120a und 120b können an die Körperform des Patienten angepaßt sein. Eine solche Form sorgt für eine stabilere Lagerung, so dass es zu wenig oder gar keiner Bewegung der Auflagen 120a und 120b relativ zum Patienten kommt.
  • Außerdem können die Oberseiten 122a und 122b der Armauflagen 120a und 120b in Richtung auf den Patienten abwärtsgeneigt verlaufen. Eine solche Form ermöglicht es den Armen, in entspanntem Zustand am Rumpf angewinkelt auf der Oberseite der Auflagen 120a und 120b zu ruhen, wodurch Armbewegungen des Patienten während der Bildgebung minimiert werden.
  • Nachbearbeitung
  • Die Abtastdaten können nachbearbeitet werden. Projektionsbilder maximaler Intensität (MIP) sind für die rasche Untersuchung der gesamten arteriellen Zirkulation im interessierenden Bereich zweckmäßig. Es kann zweckmäßig sein, die Daten der speziell interessierenden Arterien umzuformatieren und selektiv zusammenzufassen bzw. zusammenzulegen (collapse). Zusätzlicher Kontrast kann erreicht werden durch digitales Subtrahieren der vor Gadoliniumverabreichung gewonnenen Daten von den dynamisch während der Gadoliniumverabreichung gewonnenen Daten. Volumenwiedergabe (volume rendering) und Oberflächenwiedergabe (surface rendering) können ebenfalls zweckmäßig sein und sind mit den kontrastreichen Volumendatensätzen möglich.
  • Zusätzliche Sequenzen
  • Nach Durchführung einer dynamischen kontrastverstärkten Abtastung können zusätzliche MR-Angiogrammbilder erstellt werden, in denen sowohl die Arterien als auch die Venen sowie die Leber, die Milz, die Niere und andere Organe hervorgehoben sind. Auch die Phasenkontrast-Magnetresonanzangiographie läßt sich nach Verabreichung eines Magnetresonanz-Kontrastmittels besser durchführen. Es ist dann möglich, dynamisch verstärkte Szintigramme zur Sichtbarmachung hauptsächlich der Arterien mit einem oder mehreren nach Gadoliniumverabreichung (Kontrastmittel) erstellten Szintigrammen zu kombinieren, um anatomische oder physiologische Fragestellungen zu lösen, die für den Zustand des Patienten wichtig sein können.

Claims (4)

  1. Bildgebendes Kernspinresonanztomographiesystem zum Abbilden einer Arterie in einem interessierenden Bereich in einem Patienten unter Verwendung einer einzigen Injektion eines Magnetresonanz-Kontrastmittels, das System enthaltend: Mittel, eingerichtet zum periodischen oder kontinuierlichen Überwachen des interessierenden Bereiches durch Anwenden einer Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen auf den interessierenden Bereich und Messen der Reaktion hierauf; Mitteleingerichtet zum visuellen oder auditiven Anzeigen der Reaktion des interessierenden Bereichs auf die Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen, bevor das Kontrastmittel in den Patienten injiziert wird und während oder nachdem das Kontrastmittel in den Patienten injiziert wurde, und folglich zu ermöglichen, dass ein Bediener die Ankunft des Kontrastmittels in dem interessierenden Bereich erkennen kann, indem eine Änderung in der Reaktion des interessierenden Bereichs auf die Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen detektiert wird; Eingabemittel; Mittel zum Sammeln von Magnetresonanz-Bilddaten einer Magnetresonanz-Abbildungssequenz, wobei die Mittel zum Sammeln auf die Eingabemittel ansprechen und eingerichtet sind, nach dem Empfangen der Bedienereingabe durch die Eingabemittel, auf das Detektieren der Ankunft des Kontrastmittels in dem interessierenden Bereich hin, die Magnetresonanz-Bilddaten, die repräsentativ für den zentralen Abschnitt des k-Raums sind, zu Beginn der Abbildungssequenz zu sammeln und anschließend die Daten, die repräsentativ für die Umgebung des k-Raums sind, zu sammeln; und Mittel (16) zum Aufbauen eines Bildes unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten, worin die Arterie von den benachbarten Venen und dem Hintergrundgewebe verschieden erscheint.
  2. Kernspinresonanztomographiesystem zum Abbilden einer Arterie in einem interessierenden Bereich in einem Patienten unter Verwendung einer einzigen Injektion eines Magnetresonanz-Kontrastmittels, das System enthaltend: Mittel, eingerichtet zum periodischen oder kontinuierlichen Überwachen des interessierenden Bereichs durch Anwenden einer Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen auf den interessierenden Bereich und Messen der Reaktion hierauf; Mittel, eingerichtet zum Detektieren der Ankunft des Kontrastmittels in dem interessierenden Bereich durch Vergleichen der Reaktion des interessierenden Bereichs auf die Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen vor der Injektion des Kontrastmittels in den Patienten mit der Reaktion des interessierenden Bereichs auf die Serie von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen während oder nach der Injektion des Kontrastmittels; Mittel, eingerichtet zum Sammeln von Magnetresonanz-Bilddaten einer Magnetresonanz-Abbildungssequenz als Reaktion auf die Detektion der Ankunft des Kontrastmittels in dem interessierenden Bereich, worin die Magnetresonanz-Bilddaten, die repräsentativ für den zentralen Abschnitt des k-Raums sind, zu Beginn der Abbildungssequenz gesammelt werden und anschließend die Daten, die repräsentativ für die Umgebung des k-Raums sind, gesammelt werden; und Mittel (16) zum Aufbauen eines Bildes unter Verwendung der Magnetresonanz-Bilddaten, worin die Arterie von den benachbarten Venen und dem Hintergrundgewebe verschieden erscheint.
  3. Das System nach Anspruch 1 oder 2, ferner Mittel (10, 12, 20) einschließend zum bolus-artigen Injizieren des Magnetresonanz-Kontrastmittels.
  4. System nach Anspruch 1 oder 2, ferner eine Pumpe einschließend zum Injizieren des Magnetresonanz-Kontrastmittels.
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