CN101352348B - 考虑运动过程的患者测量数据拍摄方法及有关医疗设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑运动过程的患者测量数据拍摄方法，所采用的医学设备被构造为既用于以成像方法和/或借助至少一个传感器元件拍摄与运动有关的测量数据、尤其是具有高时间分辨率的测量数据和/或关于运动过程可插值的测量数据，又用于拍摄核医学测量数据、尤其是具有较低时间分辨率的测量数据，该方法具有如下步骤：利用医学设备拍摄核医学测量数据；利用医学设备同时拍摄与运动有关的测量数据；通过借助医学设备的计算机装置对所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据进行分析而确定至少一个涉及患者和/或患者体内运动过程的运动信息；以及根据至少一个所确定的运动信息来匹配计算机装置提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息。
Description
技术领域
本发明涉及一种考虑运动过程的患者测量数据拍摄方法，以及一种相应的医学成像设备。该方法所采用的医学设备是被构造为既用于以成像方法和/或借助至少一个传感器元件来拍摄与运动有关的测量数据、尤其是具有高时间分辨率的测量数据和/或对于运动过程可插值的测量数据，又用于拍摄核医学测量数据、尤其是具有低时间分辨率的测量数据。
背景技术
在核医学成像、例如在正电子发射断层造影(PET)中，在图像重建时采用不同的所谓衰减校正。在PET成像中，由于正电子与电子湮灭而沿相反方向发射的光子在理想情况下由一对探测器记录。这通过在所定义的碰撞间隔内测量到两个事件而发生。在此，这两个光子的路线不受影响并继续直线传播的概率取决于它们传播路径上的物质的吸收特性等。强吸收材料(例如骨、塑料和金属)导致探测率的下降。
这也意味着，在没有校正机制的情况下，位于吸收范围之“后”的发射区在图像中以过小的强度(也即误量化，德语：falscher Quantifizierung)或者甚至失真地(如果存在不对称的吸收几何分布)显示。对其要进行所谓衰减校正(AC，英语：attenuation correction，德语：Schwaechungskorrektur)。
在衰减校正的范围内，根据模型或者事先进行的测量来确定吸收特性的空间分布。这种模型可以按最简化的情形呈球状，例如在头部拍摄中。可以利用不同的模态或者说是核医学探测器本身来进行测量，例如利用具有附加的旋转X射线源的PET探测器。关键是，借助测量能够估计吸收材料在检查范围内是如何空间分布的。
在既可以用来完成磁共振断层造影拍摄又能完成核医学拍摄的若干模态的组合情况下(尤其是混合模态)，通常借助磁共振断层造影数据来产生衰减校正或者说相应的衰减校正图。
然而对图像重建所必需的衰减校正来说，问题在于，患者以及必要时在图像范围内与患者对应的或者说在患者身体上或身体内布置的其它的组成部分，在患者的运动过程中可能会改变其位置。在这种运动过程中，例如呼吸或心脏运动的周期性过程或者肢体等的运动过程中，原始建立的衰减校正图不再反映当前衰减，由此在以迄今为止常见的类型和方式重建核医学图像时，借助初始衰减校正图可能会产生错误。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种与此有关的改进方法。
为解决这一技术问题，提供了一种考虑运动过程的患者测量数据拍摄方法，该方法所采用的医学设备是被构造为既用于以成像方法和/或借助至少一个传感器元件来拍摄与运动有关的测量数据、尤其是具有高时间分辨率的测量数据和/或对于运动过程可插值的测量数据，又用于拍摄核医学测量数据、尤其是具有低时间分辨率的测量数据，该方法具有如下步骤：
利用医学设备拍摄核医学测量数据；
利用医学设备同时拍摄与运动有关的测量数据；
通过借助医学设备的计算机装置对所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据进行分析，从而确定至少一个涉及患者的和/或患者体内的至少一个运动过程的运动信息；以及
根据至少一个所确定的运动信息，匹配计算机装置提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息。
因此，出发点是医学设备、尤其是医学成像设备、利用该医学设备一方面可以拍摄核医学测量数据、尤其是PET测量数据，另一方面可以拍摄与运动有关的测量数据、例如相对于核医学方法范围内的测量数据具有更高时间分辨率的测量数据。为确定运动，可替换地或可补充地，也可以在两个运动探测之间插值与运动有关的测量数据。在此，时间分辨率高的数据不必一定是图像数据，而是也可以是例如由一个或多个传感器(例如光学传感器)所确定的。这些传感器的信息不必一定作为图像显示。
医学成像设备例如可以是混合设备，该混合设备同样被构造用于拍摄核医学测量数据例如用于拍摄磁共振数据或计算机断层造影数据。作为补充或替代，可以替代拍摄磁共振数据、计算机断层造影数据或超声波数据等的可能性，在根据本发明的医学设备中利用一个或多个传感器元件进行测量数据拍摄。例如，可以采用光学或电气传感器，以便以高时间分辨率或在利用插值方法的情况下探测运动过程。
在核医学测量、例如在PET测量的过程中，同时地、也就是在必要时连续地或以固定的或变化的间隔实现同核医学数据拍摄相比例如具有更高时间分辨率的、与运动有关的测量数据的拍摄。这种与运动有关的测量数据、例如以具有更高时间分辨率的测量数据的形式，是图像数据和其它数据，并且用于采集检查对象的运动，或者用于采集与患者一起运动的或由于患者的运动而运动的成像设备的设备组成部分的运动，必要时也有其它用途。因此，这种测量数据(必要时作为获得其它信息的补充)目的在于，至少获得一种运动信息，该运动信息在任何条件下都与患者的运动有关，或者与和患者有关的设备部件的运动有关、也就是与例如患者的呼吸或他的心脏运动、或是身体运动、或身体上或是身体附近的物体(如运动的局部线圈等)的运动有关。
从具有高时间分辨率的、与运动有关的测量数据所获得的运动信息，或是通过在运动探测之间插值获得的运动信息，最终用于匹配或是校正例如按照衰减校正图的形式的一个或是多个衰减校正信息，以便从“校正的”(当前的)衰减校正图出发实现对核医学数据的重建。
因此根据本发明，对核医学数据重建所基于的衰减校正信息进行运动校正，使得衰减校正信息与患者的当前运动状态、或者与和患者运动相联系或相关联的医学设备部件的当前运动状态相匹配。
待匹配的衰减校正信息存储在计算机装置内，例如作为由数据拍摄开始时进行的衰减校正测量所得出的初始信息。
因此，由于衰减校正信息的精确性对核医学图像质量和可量化性具有直接影响而可以明显地改进核医学成像。
根据本发明，特别的优点在于，匹配至少一个用于构成测量数据拍摄范围的衰减校正图的组成部分的衰减校正信息。在此情形下，通过运动校正规则，根据例如具有高时间分辨率的测量数据拍摄方法、或是获得可插值数据的测量数据拍摄方法，作为对用于核医学数据重建的衰减校正系数的跟踪，来适当地匹配患者体内相应的检查范围或是拍摄范围或是(成像)医学设备的拍摄范围的衰减校正图。因此，对衰减校正图进行运动校正，该衰减校正图对全部拍摄范围显示在拍摄范围内的组织或是其它材料的吸收特性的空间分布。
可以为稍后的匹配而根据已拍摄的与运动有关的测量数据来确定至少一个初始衰减校正信息、尤其是初始衰减校正图。因此，如果在测量数据拍摄开始时有允许外围地或是稍后地重建医学测量数据的衰减校正数据，则可以确定初始衰减校正信息、通常是多个这种信息、它们优选呈初始衰减校正图的形式，为此采用已经事先拍摄的与运动有关的测量数据或相应的图像拍摄，例如借助磁共振断层造影数据产生的衰减校正图。稍后，在本发明方法的范围内在考虑对患者运动所确定的运动信息的情况下校正这种初始衰减校正图或初始衰减校正信息。
为了对核医学测量数据进行运动校正，可以在使用至少一个由至少一个运动信息所确定的映射规则时，对至少一个衰减校正信息进行匹配。由此可以采用必要时总是对一般运动校正所确定的映射规则。
有利的是，将计算机装置提供的至少一个或多个衰减校正信息分类为静态或动态的衰减校正信息，其中，尤其是相应地将用于测量数据拍摄范围的衰减校正图的所有衰减校正信息进行分类。因此，根据涉及的是静态还是动态测量数据拍摄范围，将一个或是多个衰减校正信息分类为静态的或动态的。相应地，衰减校正图被分成静态部分和动态部分。如果计算机装置提供的衰减校正信息来自于根据至少一个运动信息的匹配，则在对运动引起的改变进行了匹配的情况下，该运动信息涉及动态部分。
另一方面，静态部分例如归因于患者卧榻(通常在测量时静止不动)或是医学设备的防护部件的吸收。动态部分或是衰减校正信息涉及患者、和在相应的、尤其是医学成像设备中可能存在的具有不确定位置的运动的(柔性的)局部线圈、以及患者固定装置等。
优选地首先在初始进行这种分类，并且然后根据在进行按照本发明的测量数据拍摄时所获得的运动信息进行匹配。对固定的(特定于设备的)静态部分的一次性的确定使得可以将衰减校正图的匹配限定于特定范围。
因此，尤其是在至少已经进行了一次分类为静态和动态衰减校正信息的情况下，可以这样执行随后的至少一个衰减校正信息的匹配，使得仅仅考虑这种已经被分类为动态的衰减校正信息。不过必要时也可以考虑确定的、在衰减图中相邻的范围。根据本发明，在此可以利用同时拍摄的运动信息来校正衰减校正图(英语：Attenuation-Correction-Card)的动态部分，从而以这种方式实现了核医学图像质量的改进、尤其是在强烈运动时的核医学图像质量改进。如果仅仅考虑被分类为动态校正信息的衰减校正信息，那么就简化了计算开销，因为对于静态部分不需要校正，因此，与此相应地不会由于仅仅采用动态衰减校正信息而对图像质量造成任何不利影响。
例如，可以将至少一个涉及通过医疗设备的患者卧榻和/或至少一个防护部件和/或固定的(磁共振拍摄用)局部线圈的吸收的衰减校正信息分类为静态衰减校正信息，和/或将至少一个涉及患者卧榻和/或用于磁共振数据拍摄的柔性局部线圈和/或患者固定装置的衰减校正信息分类为动态衰减校正信息。因此，静态衰减校正信息涉及例如在测量数据拍摄过程中静止不动的患者卧榻(在患者卧榻运动的情况下需要被分类为动态衰减校正信息)或是医学成像设备的防护部件或其它静止不动的部件。这种直接涉及运动的设备组成部分以及患者的信息可以被分类为动态衰减校正信息，并随后例如在衰减校正图的匹配时被考虑。举例而言是指，患者本身或是患者的特定身体部位、可能存在的用于磁共振拍摄的柔性局部线圈或是患者固定装置等。
根据所拍摄的与运动有关的(例如具有高时间分辨率的)测量数据可以确定至少一个涉及患者相对于医疗设备的静态部件的相对运动的运动信息，并将所述运动信息用于匹配至少一个衰减校正信息。在此要考虑到，患者相对于静态部件在模态的视野中是如何运动的。通过这样一种对相对运动的定义，例如可以将患者卧榻的或其它设备组成部分、如(固定的)局部线圈的静止位置用所定义的位置按照适当的方式与运动部分或是患者的身体部分一起综合到衰减校正图中。
与此无关的是，可以一次性地定义医学(成像)设备(例如扫描仪等)的各种型号的静止元件或设备组成部分，并随后存储在系统内的计算机装置中。
根据本发明，作为与运动有关的测量数据，可以拍摄磁共振数据和/或计算机断层造影数据和/或超声波数据和/或传感器数据、尤其是至少一种光学和/或电传感器元件；和/或作为低时间分辨率的核医学测量数据拍摄，可以拍摄正电子发射断层造影数据和/或单光子发射计算机断层造影数据。因此，与运动有关的例如高时间分辨率的测量数据例如可以是一种快速成像方法如磁共振断层造影方法或计算机断层造影方法的数据或者超声波数据。必要时，也可以根据利用不同成像方法所获得的测量数据的组合来确定运动信息，例如根据由计算机断层造影方法和超声波方法得出的融合图像。此外或者作为替代的是，可以采用传感器元件，它输出传感器数据作为测量数据。在此，传感器数据可以是光学或电数据等，根据这些数据可以得出运动信息，例如照相机数据等。
除了PET方法，核医学方法还可以是使用了衰减校正信息的其它的核医学方法。必要时也可以在利用医学(成像)设备进行的测量数据拍摄的范围内相互组合地使用多个核医学方法。
根据本发明，与测量数据拍摄并行地，根据至少一个所确定的运动信息实时地通过计算机装置对至少一部分核医学测量数据进行运动校正。因此，运动信息不仅用于对衰减校正系数的校正或是对它们的匹配，而且同样用于对核医学测量数据的运动校正、尤其是实时地伴随于进一步进行的测量数据拍摄进行运动校正。可以在考虑对于患者运动的映射规则的情况下进行这种运动校正，所述映射规则例如根据高时间分辨率的方法的与运动有关的测量数据获得。显然，同样可以将衰减校正信息的匹配与运动校正相组合，所述运动校正不是实时的，而是随后例如应用于所存储的核医学方法的原始数据上。然后，在各种情况下，运动信息不仅用于与衰减校正图等的匹配，而且同样用于(一般)运动校正，以改进核医学拍摄的图像质量。
此外，本发明涉及一种医学设备，例如医学成像设备，该设备被构造为用于考虑运动过程同时拍摄患者的与运动有关的测量数据、尤其是具有高时间分辨率的测量数据和/或针对运动过程可插值的测量数据，和拍摄核医学测量数据、尤其是具有低时间分辨率的测量数据，并且另外具有计算机装置，该计算机装置用于通过分析所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据来确定至少一个涉及患者和/或患者体内的至少一个运动过程的运动信息，并用于根据至少一个所确定的运动信息来匹配计算机装置提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息。在此，(例如成像)医学设备尤其被构造用于执行如上所述的方法。
因此，医学设备具有核医学拍摄设备、如正电子发射断层造影仪。此外，该设备例如作为混合模态也被构造用于拍摄磁共振数据和/或计算机断层造影数据或是超声波数据。作为成像方法的替代或补充，可以为具有高时间分辨率的测量数据的拍摄提供诸如光学或电传感器的传感器元件。因此，这些传感器元件用于获取补充或替代于磁共振数据等确定的运动信息。
此外医学设备还具有计算机装置，该计算机装置从高分辨率数据中推导出至少一个运动信息，使用该运动信息以便使衰减校正信息与系统或是患者的当前运动状态相匹配。为此，在计算机装置上执行相应的测量数据处理算法。计算机装置尤其可以产生基于当前新确定的运动信息相匹配的衰减校正图。因此，在测量过程中伴随着进一步的数据拍摄进行衰减校正图的匹配，使得可以避免尤其是在强烈运动时可能产生的误差，从而保持高的图像质量。
附图说明
本发明的优点、特征及细节将结合以下附图并根据实施例得到阐释。在附图中：
图1是用于执行根据本发明的方法的原理框图；
图2是根据本发明的医学成像设备；以及
图3是根据本发明的对衰减校正图的匹配的原理框图。
具体实施方式
图1示出了用于执行根据本发明的方法的原理框图。在此，框a是利用医学成像设备实现核医学测量数据的拍摄，而框b同样利用医学设备同时拍摄高时间分辨率的或是针对运动过程可插值的与运动有关的测量数据作为图像数据或是光学传感器和/或电传感器(例如以一维采集呼吸运动的位置传感器)的数据。在此核医学测量数据例如是PET测量数据，而与运动有关的测量数据可以是来自磁共振断层造影仪、计算机断层造影仪的数据、超声波数据或是光学传感器或电传感器或其它传感器元件的数据，其中必要时也可以使用拍摄例如高时间分辨率的与运动有关的测量数据的不同方法的组合。
如框c所示，在测量数据拍摄过程中按照序列，例如按照特定的时间间隔，在医学成像设备的计算机装置方面通过分析所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据(考虑到其高时间分辨率或是通过插值)确定至少一个涉及患者和/或患者体内的至少一个运动过程的运动信息。如果运动探测的时间分辨率不够高，那么可以在两次运动探测之间进行插值。
然后，如框d所示，该一个或多个运动信息用于根据至少一个所确定的运动信息来匹配计算机装置提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息。
然后或同时可以继续进行测量数据拍摄，如从框d指向框a和框b的箭头所示的那样。
因此，如框c所示，利用根据本发明的方法将根据与运动有关的数据所确定的运动信息应用于衰减校正数据，以便匹配相应的衰减校正图的至少动态部分或是通常受到运动影响的衰减校正信息，必要时根据所拍摄的患者运动过程、也即例如四肢、身体的运动或体内的运动过程，如呼吸等或是与患者运动相联系的设备部件的运动过程来校正该衰减校正图的至少动态部分或通常受到运动影响的衰减校正信息。在衰减校正图上进行匹配时，对衰减校正图的动态部分进行适当校正，其中那些标识为静态的部分保持不变。借助运动信息可以从拍摄中一次性地来确定这种分类，其结果是对将来进行的匹配不再考虑静态部分。而且，可以在最初就为(成像)医学设备定义特定的静态元或是静止元件，例如对于拍摄操作而言总是带到相同位置的患者卧榻、防护部件等。
图2示出了一种根据本发明的医学成像设备1，具有在所示情形下用于拍摄磁共振数据以及PET测量数据的断层造影仪2。在其它实施例中，可以采用其它图像拍摄方法、例如计算机断层造影或超声波方法。同样，可以提供其它核医学拍摄方法。而且，可以以传感器元件、如光学或电传感器跟踪运动过程。
在此于实施例中提供的断层造影仪2具有患者卧榻3，要进行测量数据拍摄的患者4位于其上。
而且，医学成像设备1具有计算机装置5，该计算机装置具有相应的显示器6和键盘形式的输入装置。利用断层造影仪2同时拍摄高时间分辨率的磁共振数据以及核医学PET测量数据。通过数据链接与断层造影仪2相连的计算机装置5从高时间分辨率的磁共振数据中确定运动信息，这些运动信息最终被用于适当地匹配PET数据的衰减校正图。在此，在该实施例中这样进行这种匹配，将医学成像设备1的静态部分和动态部分在初始得出的衰减校正图中相互分开。在此静态部分涉及这样的部分，即，归因于固定(不动的)设备元件的吸收。这在示出的例子中是已为拍摄而设在适当位置的患者卧榻3以及固定的、在此仅示意性地表示的局部线圈8。与此相反，动态部分根据拍摄范围的不同例如归因于与患者4一起运动的患者固定装置7。
此时可以用与核医学数据同时拍摄的运动信息对衰减校正图的运动部分进行校正，从而改进核医学图像数据的图像质量，尤其是在发生强烈运动过程的情况下。这种对衰减校正图的运动校正可以在测量过程中在出现新的运动信息时多次执行。
最后，图3示出根据本发明对衰减校正图9进行匹配的原理框图。如在此以不同阴影线10a-10f表示的那样，仅粗略表示的衰减校正图示出了在测量拍摄范围内吸收特性的空间分布。
在实施本发明的方法时，在相应地分开的衰减校正图13中将衰减校正图9划分成静态部分11及动态部分12。为清楚起见，静态部分11与动态部分12由线14分开地显示。对于动态部分12，随后从具有高时间分辨率的方法得出运动信息，以得到所匹配的衰减校正图15，所述衰减校正图关于运动部分与当前运动状态相匹配，即在此示出了与动态部分的原始阴影10a、10c、10e和10f相比、用阴影16a-16d表示的不同的校正信息。在此为清楚起见不再示出不变的静态部分。
因此，通过应用符合当前状态的衰减校正图、即必要时在数据拍摄时多次匹配的衰减校正图15，可以改进核医学图像质量，尤其是在出现强烈运动的情况下。
Claims (14)
1.一种考虑运动过程的患者(4)测量数据的拍摄方法，该方法所采用的医学设备(1)被构造为既用于以成像方法和/或借助至少一个传感器元件拍摄与运动有关的测量数据又用于拍摄核医学测量数据，该方法具有如下步骤：
利用所述医学设备(1)拍摄核医学测量数据(a)；
利用所述医学设备(1)同时拍摄与运动有关的测量数据(b)；
通过借助所述医学设备(1)的计算机装置(5)对所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据进行分析而确定至少一个涉及患者(4)和/或患者(4)体内的至少一个运动过程的运动信息(c)；
根据至少一个所确定的运动信息来匹配计算机装置(5)提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息(d)；以及
在应用至少一个根据所述至少一个运动信息所确定的映射规则的情况下，对所述至少一个衰减校正信息进行匹配，以对核医学测量数据进行运动校正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，匹配至少一个构成了用于测量数据拍摄范围的衰减校正图(9，13，15)的组成部分的衰减校正信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为稍后的匹配而根据已经拍摄的与运动有关的测量数据确定至少一个初始衰减校正信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将计算机装置(5)提供的至少一个或多个衰减校正信息分类为静态或动态衰减校正信息，将用于测量数据拍摄范围的衰减校正图(9，13，15)的所有衰减校正信息都相应地分类。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在仅考虑被分类为动态的衰减校正信息的情况下进行随后的匹配。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将至少一个涉及所述医学设备(1)的患者卧榻和/或至少一个防护部件和/或固定的局部线圈(8)的吸收的衰减校正信息分类为静态衰减校正信息，和/或将至少一个涉及患者卧榻和/或用于磁共振数据拍摄的柔性局部线圈和/或患者固定装置(7)的衰减校正信息分类为动态衰减校正信息。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，根据所拍摄的测量数据确定涉及患者(4)相对于所述医学设备(1)的静态部件的相对运动 的至少一个运动信息，并将该运动信息用于匹配至少一个衰减校正信息。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，作为与运动有关的测量数据，拍摄磁共振数据和/或计算机断层造影数据和/或超声波数据和或传感器数据；和/或作为低时间分辨率的核医学测量数据，拍摄正电子发射断层造影数据和/或单光子发射计算机断层造影数据。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，与测量数据拍摄并行地根据至少一个所确定的运动信息实时地通过所述计算机装置(5)对至少一部分核医学测量数据进行运动校正。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与运动有关的测量数据是具有高时间分辨率的测量数据和/或对于运动过程可插值的测量数据，并且所述核医学测量数据具有较低时间分辨率的测量数据。
11.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述初始衰减校正信息是初始衰减校正图(9，13，15)。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述传感器数据是至少一个光学和/或电传感器元件的数据。
13.一种用于实施根据权利要求1-12所述的方法的医学设备(1)，该医学设备(1)被构造为用于以成像方法和/或借助至少一个传感器元件、考虑运动过程、同时拍摄患者(4)的与运动有关的测量数据，和拍摄核医学测量数据，该设备具有计算机装置(5)，该计算机装置用于通过分析所拍摄的与运动有关的至少一部分测量数据来确定至少一个涉及患者(4)的和/或患者(4)体内的至少一个运动过程的运动信息，并用于根据至少一个所确定的运动信息与计算机装置(5)提供的至少一个用于重建核医学测量数据的衰减校正信息相匹配。
14.根据权利要求13所述的医学设备，其特征在于，所述与运动有关的测量数据是具有高时间分辨率的测量数据和/或对于运动过程可插值的测量数据，并且所述核医学测量数据具有较低时间分辨率的测量数据。
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