Z. Orthop. 128 (1990)
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Darstellung des Myelons bei Skoliosen in der MR-Tomographie mit dem 3D-Fourier-Verfahren K. Glas, N. Obletter, H. Kett, A. Breit
Zusammenfassung Mit dem 3D-fouri er-Verfahren kann ein in mehreren Ebenen gekrümmtes Myelon in einer Skoliose in einer Ebene zur Darstellung gebracht werden . Neben diesem Von eil bietet dieses Untersuchungsverfahren gegenüber der zweidimensio nalen Technik den Vorteil, daß die Un tersuchungszeit auf 15 Minut en für den Patienten beschränkt ist. Die Strukturen kö nnen in sehr hoher Deta ilgenauigkeit dar gestellt werden . Du rch
sekundäre Bildverarbeitungen lassen sich ohne weitere Messungen mit dem Patienten alle weiteren Bildebenen und Struktu ren wiede rgegeben .
Demonstration of the Spina l Cord by MR1 Using 3D Fo urier Ana lysis Reeent pro gress in MR-imaging allows to acq uire an entire vo lume using 3D-Fo urier-processing ,
Die Darstellu ng mehrfach gekr ümmter Str ukturen in einer Bildeben e berei tet mit den üblichen bild gebenden Verfahren wie konventionelle Rönt gen-Tomographi e, CT und MR gro ße Schwierigkeiten . Ma n war bisher darau f angewiesen. die Darstellung in viele einzelne Schnittebenen zu zerlegen, ein Verfahren . das tro tz seiner Au fwend igkeit von beschrän ktem diagnost ischen Wert wa r, da die dargestellte Schnittebene die gekrümmte Struktur teils quer, teils tan gential geschnitte n a bbildet. A ufgrund dieser Prob lematik war es besond ers schwierig. ein bei einer Skoliose in mehreren Ebenen gekrü mmtes MyeIon so üb ersichtlich dar zustellen , daß es von diagnostischem Wert war. Mit einem neuen Verfahren in der Kernspinto mog raphie ist man nun in der Lage . diese Strukturen in einer Ebene übersichtli ch da rzustellen.
3D -Fo urie r-Verfa hre n (I)
resulting in an isotrope spatial resolution with a voxelsize of about ODe cubic millimeter. Acquisitio n time for a matrix o f 256 x25 6 x 128 a mo unts to less than 15 rninutes, if gra dient-echo- sequences are applied (F LAS H /FISP ). Th e informatio n co nta ined in such a hu ge number of data is retrieved with the aid of a special rapid data processing system. Us ing 3D- Fou rier analyses, Spinal co rd is irnaged very clearly even in cases of extreme kypho scoli osis. The cord is demon strated by arbitrary, even curved o ne Millimeter slices. In additio n to that the acquisition o f data takes only 15 minutes , which is defini tely more rapid than 2D- Fou rier. Details ca n be figured out in a very high precision . Th is a llows to distinguish details such as vessels, small masses and nerve roo ts. Furthermo re the signal-to- noise-ratio o f 3D -sequ en ces is higher th an in rnulti-slice-technique. A decisive adva ntage is the possibility to co mpute curved plan es in po st processing of the 3D-data-sets.
Bei dieser Technik wird der ab zubildend e Körperteil nicht mehr in relat iv dün nen Schnitteben en von 5 bis 10 mm Dicke angeregt und zur Da rstellu ng gebracht. Man regt eine sehr dicke Schicht mit einer Dicke vo n 50 bis 300 mm selektiv an. Bei der Messu ng wird die Summ e a ller Signale dieses großen Volum ens empfangen. Die Ortskodierung entla ng de r dritten Achse (z) erfolgt du rch zusä tzliche P ha senkodiergradient en in Sch ichtrich tung (Gz), Die An zahl der Kodi erschnitte Nz hängt vo n der gewünschten Ortsauflösung in dieser Richtung a b un d bet rägt typisch 32, 64 oder 128. Die Ort sko dieru ng der einzelnen Volu menelement e (voxe1) entl an g der y-Rich tung erfolgt wie beim 2D- Fourier-Verfahren ebenfa lls durch die P hase . Für ein bestimmt es Voxel ist die Phase eine Funktion seiner Ortspo sition entlang der s- und z-Koor di nate. Die P hasenkodierschnitte werden permut iert. d. h., für eine A uflösung von Ny Teilen in y-Richt ung un d Nz Teilen in z-Richtung sind Ny x Nz-Anregungen des Spinsystem s erfo rderlich . Die O rtsi nformat ion in der x-Richtung wird während des Signa lauslesens durch die Frequenz kodiert. Die gesamte Meßzeit ist also :
T MESS = TR x Nzx N y mit TR = Repet itionszeit , Ny, N, = An zahl der Ph a sen kodi erschn itt e in Richtun g.
Z. Or tbop . 128 (1990) 21- 26 © 1990 F. Enke Verlag Stungan
s-, z-
Allerdings hat ma n beim 3D-Ver fahren nicht nur N 2 Unbekannte wie in einer Ebene mit einer Maxima lgröße von N x N Pixels, sondern N' Unbeka nnte,
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Städt . Krankenhaus Passa u. Lehrkrankenhaus der Techn. Universität München
K. Glas und Mitarb.
Z. Orth op. 128 (1990) wenn man eine Matrixgröße vo n N x N X N Vo xels betrachte t. Dadu rch steige n die An forderungen a n Speicherplatz für die Rohdaten und die Rechenleistung für die drei dim ensionale Fourier-Transformation (3).
Die Bildd a rstellun gen dieser Schnittebene kö nnen nicht nur in beliebigen Richtungen erfo lgen, sondern auch in der gewün schten Krümmung entsprec hend einer darzustellenden Struktur.
Au s Gründen der Meß zeit sind für das 30 Verfahren die schnellen Gradienten-Echo-Sequenzen, z. B. 3D-Flash (2) und 3D-Fisp (4) mit T R-Zeiten von 25 bis 30 msee besser geeignet. Dabei liefern die Flash-Sequen zen Bilder mit einem T l betonten Verhalten . Die Fisp-Sequenzen dabei zeigen T 2 Charakteristik mit heller Dar stellung vo n Flüssigkeiten (5) .
Neben diesen universellen Möglichkeiten der Diagnose besteht nun für einen Operateur zusätzlich die Hilfe, jeden beliebigen Situs einer Operation am Bildschirm vor einem Eingriff darzustellen .
Die Anwendu ng bei der Darstellun g des Myelo ns
Um alle diagno stischen Informationen, die
in der riesigen Datenmenge eines isotropen" 3D-Datensatzes enthalten sind, schnell und sicher zu extrahieren, ver-
wenden wir erstmals im Routinebetrieb das Bildvera rbeitungssystem M IP MR, das über ein spezielles Interface mit dem Rechner des M R-Tomograp hen verbunden ist. Der 3D-Daten satz wird zu diesem Bildvera rbeitungssystem übertrage n und steht dan n für die interaktive Au swertun g zur Verfügu ng. Neben den Standardfunktionen eines Bildverarbeitungssystems, wie schnelles ..Blättern" in einer Fo lge von vielen Schic hte n, Dar stellu ng dyn am ische r Vorgänge und Bildnachverarbeitung mit digitalen Filtern, ist der wesentliche Vo rzug für die Au swertung der 3D-Da tensätze die Berechnung anderer Schichto rientierungen ohne neue Messungen. Au sgehend vo n einer bestimmten Schichtorientierung des isotro pen Original 3D-Datensatzes kann durch Markierung einer Schnittlinie in einem ausgewä hlten Bild jede gewünschte andere Schichtor ientierung dargestellt un d dann in I-mm-Schritt en du rchgebl ät tert werden. Die dazu nö tige Rechenzeit beträgt nur etwa einige Zehntel Sekunden pro Bild . Mit dieser Möglich keit können na ch abgeschlossener Messu ng die für die jeweilige Fragestellung beste Schnittfü hru ng a usgewä hlt und bestimmte freie Strukturen verfolgt werden .
Vorteile der 3D-fourier-Tec hnik Der Vo rteil dieses Verfahrens besteht nun im wesentlichen darin, mehr fach gekrümmte Strukturen in eine r Ebene darzustellen . Dab ei ist der weitere Vorteil gegenüber dem 2D -Verfahren , daß für den Patienten nur eine Unt ersuchun gszeit von 15 Minuten erfo rderlich ist. Das Signalrauschverh ältnis (SN R) ist I I x besser als beim 2D Verfahren . Für einen Operateur besteht nun der wesentli che Vorteil, daß die Bilder nicht während des Unte rsuchungsvorgangs in Anwesenheit des Patienten entstehen , so ndern erst sekundä r aus dem aufgenommenen Daten satz berechnet werden .
So bietet sich die Möglichkeit für den behandelnden Arzt , bzw, Ope rateur, nicht aus vorgew ählten Bildebenen zu Info rmation en zu gelange n. sondern aus Bildebenen , die vom interdisziplinären Ärzte-Team aus dem Datensatz heraus gerec hnet werden kö nnen.
• isotrop es Voxel = Volumenelement mit drei gleichen Kantenlängen = "Würfel"
Zunäch st werden aus dem au fgenommenen Datensat z de r Wirbe lsäule die axia len Schi cht en dargestellt und in einer Schichtdicke von I mm durchgebl ättert. Dabe i wird das Zentrum des angesc hnittenen Myelons mit Definitio nspunkten markiert. Diese Defi nition spunk te werden nun rechnerisch zu einer De finitio nslin ie in eine Ebene gerechnet. Parallel zu dieser Defi nition slinie werden darauf die darzustellenden Schnittebenen berechnet. Um sicher zu sein, daß die Definitio nslinie auch wirklich den gek rümmten Verlau f des Myelo ns beschreibt. werden auffällige Regionen in Schichten vo n 1 mm Breite abgefahren und die Definition slinie , falls erfor derlich , korrigie rt. Auß erdem können diese Region en in den urspr ünglichen Situs ohne rechn erisch e Str eckun g der Ebenen zurückgerechnet und zur Da rstellung gebracht werden.
Beisp iele
Patient I (Abb . I) I7jähriger Patient mit Klippel-Feil-Syndrom mit ausgeprägter Wirbelsäulenver kr ümmung. Eine wesent liche Dysplasie oder Fol gesch ädi gu ng des Myelons ist nich t erkennba r. Das voll ständ ig da rgestellte Myelon weist lediglich in Höhe D 8/ 9 eine Dur ch schnittsverminderun g ohne pathologisch es Signal a uf, was nicht die Kriterien der Myelonmalazie erfüllt.
Patient 2 (Abb . 2) 44jähriger Pat ient mit Morbus Recklinghausen , beginnende Spastik der unteren Extrem ität. Es so llten intraspina le Tumore ausgeschlossen werden . Bei der Untersuchung zeige n sich multi ple intramedulläre Rau m forderungen von C 2/3 bis T I2/ L I, wobei die let ztge nannte Raumforderung entsprechend dem klinisc hen Befund für die beginnende Spast ik verantwortlich ist .
Bewertung und Ausblick Die interaktive Auswertung vo n 3D -Gradientenechoseque nzen mit einem schnell rechnende n Bildvera rbeitungssystem stellt fü r die Darste llung des Myelons in sko liotisch gekrümmten Wirbelsäulen die Method e der
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Darstellung des Myelons bei Sk oliosen in der MR -Tom ographie
Z. Orthop. 128 (1990)
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c l aus dem 3 0 Flash-70-Date nsatz erstelltes gekrümmtes Bild. Die Definitionslinie im Verlauf der Wi rbelsäule auf den coronaren Schn itt ist bereits in 1 Ebene
gerec hne t
In den Bildern, in denen das Mvelon in eine Ebene gerechnet ist, zeigt sich eine deutliche Einengung des Mvelc ns in Höhe 0 8 /9. ohne eindeutig patho logisc hes Signal. Die Kriterien einer Mvelomalazie sind nicht erfüllt.
al Röntgenbi ld im seitlichen Stra hlengan g
b l RÖ.-Bild im Strahlenga ng a.p ,
Wahl dar . Bei den bisher du rchgeführten Untersuchungen ist es gelungen, knöchern e Einengungen, Tumo ren und Syringomyelien detailgerrau zu erkennen. Wir konnten bisher 110 derartige Untersuchungen dur chführ en . Bei zwei Pat ienten gelang die Darstellung des Myelons nicht, weil die Bewegungsart efakte auf den 3D-Dat ensätzen so ausgeprägt waren, daß eine Ausarbeitung sinnlos erschien . Bei weiteren 9 Patient en sah man zwar Bewegungsart efakte und Art efakt e, die du rch die Peristaltik der abdo mina len Organ e hervorgerufen wurden. Denn och ware n die Rekonstruktionen des Myelons und der Wirbelkörper au sreichend . Ihre Aussagekraft war den 2D·Spinecho-Sequen zen überlegen . Das Bild wird au fgebaut aus einzelnen Bildpunkten (Voxel), die einer Größe von einem Kubikm illimeter entsprechen. Dies ergibt bei der primä ren Bildbetrac htung für den ungewohnten Betracht er zunächst den Eindruck einer gewissen Unschärfe, sobald man mit der Methode aber vert raut ist, lassen sich aus diesen Bildern die Strukturen besser erkennen als bei üblichen 2D-Verfahren mit elektro nisch geschönten Bildern . d) entlang der Definitionslinie (auf c.t gerechnete gekrüm m te sagittale 1 rnrn -Schic ht .
e! gekrümmte corona re 1 mm -Schicht entlang des Verlaufes des M yelons
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A bb . 1 17jähriger Patient mit rechts-konvexer Miß bildu ngskoliose bei Klippel-Feil-Svndrorn
Z. Orlhop. 128 (/ 990)
K. Glas und Mitarb. cl Schic htbild aus einer konve ntio nellen Kernspinto mo graphie . Auf grund der extremen Krüm mung der Wi rbelsäule w ird das Mvelon teils quer, teils tangential getrof fen . Eine genau ere diagn ost ische Au ssage ist nicht mö glich .
a) Thorax im Strahlenga ng a.p.
bl Tho rax im seit lic hen Strahlengang
Natü rlich ist dieses Ver fahre n auch für andere Körperregion en geeignet , in denen es gilt, beson dere Schnitte benen sekundär, d, bedeut et, nach der Untersuchungsprozedur mit dem Pati enten im Kernspintom ographen , darzustellen . Daraus ergeben sich besondere Möglichke iten für den Operat eur, sich jeden gewünschten Operati on ssitu s praeo pera tiv auf dem Bildschirm darzustellen. Aufgrund der Auswertung des eigenen Materi als besteht zur Zeit die Gren ze der Meth ode
d) Darstellung der
Definitionslinie im M yelon in eine Ebene gerec hnet (coro nare Schic ht)
Abb. 2 44jähriger Patient m it Morbus Recklinghausen, beginne nde Spastik der unte ren Extrem ität. Extrem e Thorak alSkoliose . Bei der Untersuchu ng sollten intraspinale Tum oren ausgeschlosse n w erden.
- bei Pati enten, die nicht in der Lage sind, eine vierte lstündige Untersuchung ohne Bewegung dur chzustehen (ein Ausweg wäre die Unter suchung in Narkose) - bei Patienten, die sehr starke Flow-Artefakte a ufweisen und Art efakt e, die her vorgeru fen werden du rch peristaltische Bewegun gen . - bei Pati ent en mit größeren Metallimplant aten im Bereich der Wirbelsäu le. Diese Metallim plant at e führe n zu Art efak ten, die die Dar stellun g des Myelon s unm ögiich machen .
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Darstellung des Myelons bei Sk oliosen in der MR-Tomographie
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g) Darstellun g des Myelons in einer Ebene im coronaren Schnitt.
Dabei zeigen sich nach Gabe von Gedotmiu m-D'I pa intram edu lläre Raumf orderungen von C 2 /3 bis Th 12/L 1. Die letztgenann te Raumforderung dürft e für die beginnende Spastik der unteren Extr emität verantwortl ich sein . Außerhalb dieser Tum oren au sgedehnte Kamme rbildungen im M yelon im Sinne einer tum orb edingten Syrin x.
f} Darstellung der
Definition slin ie auf sagittale
Schicht im Verlauf des Spinalkana ls
Grundsätzlich ist zu vermerken, daß die Akqui sitionszeit von 3D-Datensätzen durch die Halbierung de r Part ition s not falls halbi ert werden kann und daß die bereits bei uns in Betrieb geno mmene Anlage mit 1,5 Tesla die Erstellung von 3D-Dat ensät zen in ca . 6 Minuten erla ubt (durch die Senkung der TR = Repetitionszeit), wobei die Schichtdicke im Extremfall bis auf 0,5 mm gesenkt werde n kan n. Die Überlegenheit gegenüber den bisherigen Aufnahmeverfahren ist in erster Linie zu sehen in der - schnelleren Untersuchungszeit f ür den Patienten, - detail-genaueren Darstellung der Strukturen und - beliebi gen Nachvera rbeitungsmöglichkeit der einzelnen Bildebenen ohne Anwesenheit des Pat ienten .
\Vir gewinnen nu n weitere Er fahrun gen mit dieser Methode. bei detailgenauen Darstellungen vo n Gelenkstrukt uren und deren Erkrankungen , wie z. B. bei Menisci, Osteochon drosis disseca ns und besonders bei Tumoren . Es gelingt mit dieser Meth ode, ohne Probleme einen Tumor in einem stärker kurvierten Röhrenknochen in einer Ebene zur Da rstellun g zu bringen. Ohne besonderen Lagerun gsaufwand kön nen Kreuzbänder und Kreu zbandtransplan tate exakt im Verlauf dargestellt werde n.
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el gekrümmte sagittale 1 mrn Schic ht gere ch net entlang der Defin ition slinie auf d l
z. Orthop . 128 (1990)
Z. Orthop . 128 (/990)
K. Glas u. Mi tarb.: Darstellung des Myelons bei Skolio sen in der MR-Tomographie
Literatur Frahm, J., A . Hause, D. Matthaei: Rapid Ihree-d ime nsio nal M R imaging using the FLASH techn iq ue. J . Com pu t. A ssist . To mogr. 10 (1986) 363 - 368 1 Hause, A .• J. Frahm , D. Mat thaei, W. H antcke, K. D. M erboldt: FLASH ima ging. Rap id N M R ima ging using low flip-an gle pul ses. J . Ma gn. Reso n . 67 (1986) 258- 266 J Keu, H. , N . Ob/eu er, A. Breit: Weiterent wicklung der d iag nos tische n Möglichkeiten in der M R-To mo grap hie: Ko mbination von 3 D·Se que nzen mi t schnellem Bildverarbeitungssystem Fortseh . Rö ntgenstr. 147. 5 (1987) 557- 562 I
4
5
Pri v.-Doz. Dr. med. K . Glas O rthop ädische Ab teilu ng des Städ tischen Kra nkenhauses Pa ssa u
Dr, med. N . Ob/euer Ra diologische Abt eilu ng des Städtischen Kra nkenhauses Pa ssau
Oppeu, A .• R . Graumann . H. Barf uß , H . Fischer, W. Hartl, W. Schajor: FI SP : eine neue schnelle P ulsseq uenz für d ie Kernspinto mogra phie . electromedia 54 (1986) 909-91 4 Weiss. Th.• E. Mitsch, M . Lania do, B. Sandner, W. Kommesser. M . Deimting, R. Felix: Sch nelle Kern spin to mo grap hie - Er ste Unt ersu chungsresul rate mit de r neue n G ra die ntenecho sequenz. Fortschr . R öntgenstr. 146 (1987) 214-222
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Darstellung des Myelons bei Skoliosen in der MR-Tomographie mit dem 3D-Fourier-Verfahren K. Glas, N. Obletter, H. Kett, A. Breit
Zusammenfassung Mit dem 3D-fouri er-Verfahren kann ein in mehreren Ebenen gekrümmtes Myelon in einer Skoliose in einer Ebene zur Darstellung gebracht werden . Neben diesem Von eil bietet dieses Untersuchungsverfahren gegenüber der zweidimensio nalen Technik den Vorteil, daß die Un tersuchungszeit auf 15 Minut en für den Patienten beschränkt ist. Die Strukturen kö nnen in sehr hoher Deta ilgenauigkeit dar gestellt werden . Du rch
sekundäre Bildverarbeitungen lassen sich ohne weitere Messungen mit dem Patienten alle weiteren Bildebenen und Struktu ren wiede rgegeben .
Demonstration of the Spina l Cord by MR1 Using 3D Fo urier Ana lysis Reeent pro gress in MR-imaging allows to acq uire an entire vo lume using 3D-Fo urier-processing ,
Die Darstellu ng mehrfach gekr ümmter Str ukturen in einer Bildeben e berei tet mit den üblichen bild gebenden Verfahren wie konventionelle Rönt gen-Tomographi e, CT und MR gro ße Schwierigkeiten . Ma n war bisher darau f angewiesen. die Darstellung in viele einzelne Schnittebenen zu zerlegen, ein Verfahren . das tro tz seiner Au fwend igkeit von beschrän ktem diagnost ischen Wert wa r, da die dargestellte Schnittebene die gekrümmte Struktur teils quer, teils tan gential geschnitte n a bbildet. A ufgrund dieser Prob lematik war es besond ers schwierig. ein bei einer Skoliose in mehreren Ebenen gekrü mmtes MyeIon so üb ersichtlich dar zustellen , daß es von diagnostischem Wert war. Mit einem neuen Verfahren in der Kernspinto mog raphie ist man nun in der Lage . diese Strukturen in einer Ebene übersichtli ch da rzustellen.
3D -Fo urie r-Verfa hre n (I)
resulting in an isotrope spatial resolution with a voxelsize of about ODe cubic millimeter. Acquisitio n time for a matrix o f 256 x25 6 x 128 a mo unts to less than 15 rninutes, if gra dient-echo- sequences are applied (F LAS H /FISP ). Th e informatio n co nta ined in such a hu ge number of data is retrieved with the aid of a special rapid data processing system. Us ing 3D- Fou rier analyses, Spinal co rd is irnaged very clearly even in cases of extreme kypho scoli osis. The cord is demon strated by arbitrary, even curved o ne Millimeter slices. In additio n to that the acquisition o f data takes only 15 minutes , which is defini tely more rapid than 2D- Fou rier. Details ca n be figured out in a very high precision . Th is a llows to distinguish details such as vessels, small masses and nerve roo ts. Furthermo re the signal-to- noise-ratio o f 3D -sequ en ces is higher th an in rnulti-slice-technique. A decisive adva ntage is the possibility to co mpute curved plan es in po st processing of the 3D-data-sets.
Bei dieser Technik wird der ab zubildend e Körperteil nicht mehr in relat iv dün nen Schnitteben en von 5 bis 10 mm Dicke angeregt und zur Da rstellu ng gebracht. Man regt eine sehr dicke Schicht mit einer Dicke vo n 50 bis 300 mm selektiv an. Bei der Messu ng wird die Summ e a ller Signale dieses großen Volum ens empfangen. Die Ortskodierung entla ng de r dritten Achse (z) erfolgt du rch zusä tzliche P ha senkodiergradient en in Sch ichtrich tung (Gz), Die An zahl der Kodi erschnitte Nz hängt vo n der gewünschten Ortsauflösung in dieser Richtung a b un d bet rägt typisch 32, 64 oder 128. Die Ort sko dieru ng der einzelnen Volu menelement e (voxe1) entl an g der y-Rich tung erfolgt wie beim 2D- Fourier-Verfahren ebenfa lls durch die P hase . Für ein bestimmt es Voxel ist die Phase eine Funktion seiner Ortspo sition entlang der s- und z-Koor di nate. Die P hasenkodierschnitte werden permut iert. d. h., für eine A uflösung von Ny Teilen in y-Richt ung un d Nz Teilen in z-Richtung sind Ny x Nz-Anregungen des Spinsystem s erfo rderlich . Die O rtsi nformat ion in der x-Richtung wird während des Signa lauslesens durch die Frequenz kodiert. Die gesamte Meßzeit ist also :
T MESS = TR x Nzx N y mit TR = Repet itionszeit , Ny, N, = An zahl der Ph a sen kodi erschn itt e in Richtun g.
Z. Or tbop . 128 (1990) 21- 26 © 1990 F. Enke Verlag Stungan
s-, z-
Allerdings hat ma n beim 3D-Ver fahren nicht nur N 2 Unbekannte wie in einer Ebene mit einer Maxima lgröße von N x N Pixels, sondern N' Unbeka nnte,
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Städt . Krankenhaus Passa u. Lehrkrankenhaus der Techn. Universität München
K. Glas und Mitarb.
Z. Orth op. 128 (1990) wenn man eine Matrixgröße vo n N x N X N Vo xels betrachte t. Dadu rch steige n die An forderungen a n Speicherplatz für die Rohdaten und die Rechenleistung für die drei dim ensionale Fourier-Transformation (3).
Die Bildd a rstellun gen dieser Schnittebene kö nnen nicht nur in beliebigen Richtungen erfo lgen, sondern auch in der gewün schten Krümmung entsprec hend einer darzustellenden Struktur.
Au s Gründen der Meß zeit sind für das 30 Verfahren die schnellen Gradienten-Echo-Sequenzen, z. B. 3D-Flash (2) und 3D-Fisp (4) mit T R-Zeiten von 25 bis 30 msee besser geeignet. Dabei liefern die Flash-Sequen zen Bilder mit einem T l betonten Verhalten . Die Fisp-Sequenzen dabei zeigen T 2 Charakteristik mit heller Dar stellung vo n Flüssigkeiten (5) .
Neben diesen universellen Möglichkeiten der Diagnose besteht nun für einen Operateur zusätzlich die Hilfe, jeden beliebigen Situs einer Operation am Bildschirm vor einem Eingriff darzustellen .
Die Anwendu ng bei der Darstellun g des Myelo ns
Um alle diagno stischen Informationen, die
in der riesigen Datenmenge eines isotropen" 3D-Datensatzes enthalten sind, schnell und sicher zu extrahieren, ver-
wenden wir erstmals im Routinebetrieb das Bildvera rbeitungssystem M IP MR, das über ein spezielles Interface mit dem Rechner des M R-Tomograp hen verbunden ist. Der 3D-Daten satz wird zu diesem Bildvera rbeitungssystem übertrage n und steht dan n für die interaktive Au swertun g zur Verfügu ng. Neben den Standardfunktionen eines Bildverarbeitungssystems, wie schnelles ..Blättern" in einer Fo lge von vielen Schic hte n, Dar stellu ng dyn am ische r Vorgänge und Bildnachverarbeitung mit digitalen Filtern, ist der wesentliche Vo rzug für die Au swertung der 3D-Da tensätze die Berechnung anderer Schichto rientierungen ohne neue Messungen. Au sgehend vo n einer bestimmten Schichtorientierung des isotro pen Original 3D-Datensatzes kann durch Markierung einer Schnittlinie in einem ausgewä hlten Bild jede gewünschte andere Schichtor ientierung dargestellt un d dann in I-mm-Schritt en du rchgebl ät tert werden. Die dazu nö tige Rechenzeit beträgt nur etwa einige Zehntel Sekunden pro Bild . Mit dieser Möglich keit können na ch abgeschlossener Messu ng die für die jeweilige Fragestellung beste Schnittfü hru ng a usgewä hlt und bestimmte freie Strukturen verfolgt werden .
Vorteile der 3D-fourier-Tec hnik Der Vo rteil dieses Verfahrens besteht nun im wesentlichen darin, mehr fach gekrümmte Strukturen in eine r Ebene darzustellen . Dab ei ist der weitere Vorteil gegenüber dem 2D -Verfahren , daß für den Patienten nur eine Unt ersuchun gszeit von 15 Minuten erfo rderlich ist. Das Signalrauschverh ältnis (SN R) ist I I x besser als beim 2D Verfahren . Für einen Operateur besteht nun der wesentli che Vorteil, daß die Bilder nicht während des Unte rsuchungsvorgangs in Anwesenheit des Patienten entstehen , so ndern erst sekundä r aus dem aufgenommenen Daten satz berechnet werden .
So bietet sich die Möglichkeit für den behandelnden Arzt , bzw, Ope rateur, nicht aus vorgew ählten Bildebenen zu Info rmation en zu gelange n. sondern aus Bildebenen , die vom interdisziplinären Ärzte-Team aus dem Datensatz heraus gerec hnet werden kö nnen.
• isotrop es Voxel = Volumenelement mit drei gleichen Kantenlängen = "Würfel"
Zunäch st werden aus dem au fgenommenen Datensat z de r Wirbe lsäule die axia len Schi cht en dargestellt und in einer Schichtdicke von I mm durchgebl ättert. Dabe i wird das Zentrum des angesc hnittenen Myelons mit Definitio nspunkten markiert. Diese Defi nition spunk te werden nun rechnerisch zu einer De finitio nslin ie in eine Ebene gerechnet. Parallel zu dieser Defi nition slinie werden darauf die darzustellenden Schnittebenen berechnet. Um sicher zu sein, daß die Definitio nslinie auch wirklich den gek rümmten Verlau f des Myelo ns beschreibt. werden auffällige Regionen in Schichten vo n 1 mm Breite abgefahren und die Definition slinie , falls erfor derlich , korrigie rt. Auß erdem können diese Region en in den urspr ünglichen Situs ohne rechn erisch e Str eckun g der Ebenen zurückgerechnet und zur Da rstellung gebracht werden.
Beisp iele
Patient I (Abb . I) I7jähriger Patient mit Klippel-Feil-Syndrom mit ausgeprägter Wirbelsäulenver kr ümmung. Eine wesent liche Dysplasie oder Fol gesch ädi gu ng des Myelons ist nich t erkennba r. Das voll ständ ig da rgestellte Myelon weist lediglich in Höhe D 8/ 9 eine Dur ch schnittsverminderun g ohne pathologisch es Signal a uf, was nicht die Kriterien der Myelonmalazie erfüllt.
Patient 2 (Abb . 2) 44jähriger Pat ient mit Morbus Recklinghausen , beginnende Spastik der unteren Extrem ität. Es so llten intraspina le Tumore ausgeschlossen werden . Bei der Untersuchung zeige n sich multi ple intramedulläre Rau m forderungen von C 2/3 bis T I2/ L I, wobei die let ztge nannte Raumforderung entsprechend dem klinisc hen Befund für die beginnende Spast ik verantwortlich ist .
Bewertung und Ausblick Die interaktive Auswertung vo n 3D -Gradientenechoseque nzen mit einem schnell rechnende n Bildvera rbeitungssystem stellt fü r die Darste llung des Myelons in sko liotisch gekrümmten Wirbelsäulen die Method e der
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Darstellung des Myelons bei Sk oliosen in der MR -Tom ographie
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c l aus dem 3 0 Flash-70-Date nsatz erstelltes gekrümmtes Bild. Die Definitionslinie im Verlauf der Wi rbelsäule auf den coronaren Schn itt ist bereits in 1 Ebene
gerec hne t
In den Bildern, in denen das Mvelon in eine Ebene gerechnet ist, zeigt sich eine deutliche Einengung des Mvelc ns in Höhe 0 8 /9. ohne eindeutig patho logisc hes Signal. Die Kriterien einer Mvelomalazie sind nicht erfüllt.
al Röntgenbi ld im seitlichen Stra hlengan g
b l RÖ.-Bild im Strahlenga ng a.p ,
Wahl dar . Bei den bisher du rchgeführten Untersuchungen ist es gelungen, knöchern e Einengungen, Tumo ren und Syringomyelien detailgerrau zu erkennen. Wir konnten bisher 110 derartige Untersuchungen dur chführ en . Bei zwei Pat ienten gelang die Darstellung des Myelons nicht, weil die Bewegungsart efakte auf den 3D-Dat ensätzen so ausgeprägt waren, daß eine Ausarbeitung sinnlos erschien . Bei weiteren 9 Patient en sah man zwar Bewegungsart efakte und Art efakt e, die du rch die Peristaltik der abdo mina len Organ e hervorgerufen wurden. Denn och ware n die Rekonstruktionen des Myelons und der Wirbelkörper au sreichend . Ihre Aussagekraft war den 2D·Spinecho-Sequen zen überlegen . Das Bild wird au fgebaut aus einzelnen Bildpunkten (Voxel), die einer Größe von einem Kubikm illimeter entsprechen. Dies ergibt bei der primä ren Bildbetrac htung für den ungewohnten Betracht er zunächst den Eindruck einer gewissen Unschärfe, sobald man mit der Methode aber vert raut ist, lassen sich aus diesen Bildern die Strukturen besser erkennen als bei üblichen 2D-Verfahren mit elektro nisch geschönten Bildern . d) entlang der Definitionslinie (auf c.t gerechnete gekrüm m te sagittale 1 rnrn -Schic ht .
e! gekrümmte corona re 1 mm -Schicht entlang des Verlaufes des M yelons
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A bb . 1 17jähriger Patient mit rechts-konvexer Miß bildu ngskoliose bei Klippel-Feil-Svndrorn
Z. Orlhop. 128 (/ 990)
K. Glas und Mitarb. cl Schic htbild aus einer konve ntio nellen Kernspinto mo graphie . Auf grund der extremen Krüm mung der Wi rbelsäule w ird das Mvelon teils quer, teils tangential getrof fen . Eine genau ere diagn ost ische Au ssage ist nicht mö glich .
a) Thorax im Strahlenga ng a.p.
bl Tho rax im seit lic hen Strahlengang
Natü rlich ist dieses Ver fahre n auch für andere Körperregion en geeignet , in denen es gilt, beson dere Schnitte benen sekundär, d, bedeut et, nach der Untersuchungsprozedur mit dem Pati enten im Kernspintom ographen , darzustellen . Daraus ergeben sich besondere Möglichke iten für den Operat eur, sich jeden gewünschten Operati on ssitu s praeo pera tiv auf dem Bildschirm darzustellen. Aufgrund der Auswertung des eigenen Materi als besteht zur Zeit die Gren ze der Meth ode
d) Darstellung der
Definitionslinie im M yelon in eine Ebene gerec hnet (coro nare Schic ht)
Abb. 2 44jähriger Patient m it Morbus Recklinghausen, beginne nde Spastik der unte ren Extrem ität. Extrem e Thorak alSkoliose . Bei der Untersuchu ng sollten intraspinale Tum oren ausgeschlosse n w erden.
- bei Pati enten, die nicht in der Lage sind, eine vierte lstündige Untersuchung ohne Bewegung dur chzustehen (ein Ausweg wäre die Unter suchung in Narkose) - bei Patienten, die sehr starke Flow-Artefakte a ufweisen und Art efakt e, die her vorgeru fen werden du rch peristaltische Bewegun gen . - bei Pati ent en mit größeren Metallimplant aten im Bereich der Wirbelsäu le. Diese Metallim plant at e führe n zu Art efak ten, die die Dar stellun g des Myelon s unm ögiich machen .
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Darstellung des Myelons bei Sk oliosen in der MR-Tomographie
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g) Darstellun g des Myelons in einer Ebene im coronaren Schnitt.
Dabei zeigen sich nach Gabe von Gedotmiu m-D'I pa intram edu lläre Raumf orderungen von C 2 /3 bis Th 12/L 1. Die letztgenann te Raumforderung dürft e für die beginnende Spastik der unteren Extr emität verantwortl ich sein . Außerhalb dieser Tum oren au sgedehnte Kamme rbildungen im M yelon im Sinne einer tum orb edingten Syrin x.
f} Darstellung der
Definition slin ie auf sagittale
Schicht im Verlauf des Spinalkana ls
Grundsätzlich ist zu vermerken, daß die Akqui sitionszeit von 3D-Datensätzen durch die Halbierung de r Part ition s not falls halbi ert werden kann und daß die bereits bei uns in Betrieb geno mmene Anlage mit 1,5 Tesla die Erstellung von 3D-Dat ensät zen in ca . 6 Minuten erla ubt (durch die Senkung der TR = Repetitionszeit), wobei die Schichtdicke im Extremfall bis auf 0,5 mm gesenkt werde n kan n. Die Überlegenheit gegenüber den bisherigen Aufnahmeverfahren ist in erster Linie zu sehen in der - schnelleren Untersuchungszeit f ür den Patienten, - detail-genaueren Darstellung der Strukturen und - beliebi gen Nachvera rbeitungsmöglichkeit der einzelnen Bildebenen ohne Anwesenheit des Pat ienten .
\Vir gewinnen nu n weitere Er fahrun gen mit dieser Methode. bei detailgenauen Darstellungen vo n Gelenkstrukt uren und deren Erkrankungen , wie z. B. bei Menisci, Osteochon drosis disseca ns und besonders bei Tumoren . Es gelingt mit dieser Meth ode, ohne Probleme einen Tumor in einem stärker kurvierten Röhrenknochen in einer Ebene zur Da rstellun g zu bringen. Ohne besonderen Lagerun gsaufwand kön nen Kreuzbänder und Kreu zbandtransplan tate exakt im Verlauf dargestellt werde n.
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el gekrümmte sagittale 1 mrn Schic ht gere ch net entlang der Defin ition slinie auf d l
z. Orthop . 128 (1990)
Z. Orthop . 128 (/990)
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Pri v.-Doz. Dr. med. K . Glas O rthop ädische Ab teilu ng des Städ tischen Kra nkenhauses Pa ssa u
Dr, med. N . Ob/euer Ra diologische Abt eilu ng des Städtischen Kra nkenhauses Pa ssau
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