CN101352351A - 检测大脑区域神经退变的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算机实现的检测患者大脑(11)中神经退变的和血管改变的大脑区域(10，13)的方法，以及一种适于此的成像设备，该方法具有步骤：借助PET断层造影拍摄大脑的第一数据组(14)，借助MRT断层造影拍摄大脑的第二数据组(16)；由第一数据组再现PET图像，由第二数据组再现MRT图像；在该MRT图像中标识血管改变的大脑区域(13)的标志；将该MRT图像分割为灰质和白质；在该PET图像中标识神经退变的大脑区域；将该PET图像和分割后的MRT图像重叠，以确定神经退变的大脑区域是位于灰质中还是白质中，第一数据组和第二数据组的拍摄是在不移动患者的情况下紧接着相继进行的，甚至是同时进行的。
Description
技术领域
本发明涉及一种用计算机实现的、用于检测患者大脑中大脑区域神经退变以及大脑区域血管变化的方法，涉及一种相应的计算机程序、一种其上存储计算机程序的数据载体，以及一种实施该方法的成像设备。
背景技术
如尤其是退行性改变或血管改变的神经病理改变以不同的原因在特定大脑区域中引起可能的痴呆症。对痴呆症全面的和尽可能准确的检查不仅要求临床神经心理学和实验室化学测试，而且还要求使用成像方法。为此大多使用磁共振断层造影(简称MRT)以及核医学成像(简称NM)。这些方法的可靠性依据痴呆症的类型和形式而不同。例如初期的老年痴呆症可以在早期利用正电子发射断层造影(简称PET)的核医学方法来证实。在此借助18氟脱氧葡糖(简称FDG，即放射性标记的葡糖)的拍摄来可视化大脑的糖代谢。血管变化的大脑区域由于血流障碍而常常在MRT中表现为所谓的脑白质，但利用基于FDG的PET则不能很好地显示。根据疾病和疾病状况的不同或者MRT更好或者PET更好，而在此两种疾病的症状则可能非常相似。通常在实施完上述两种成像方法中的一种之后，当确定了对痴呆症的指示之后，检查就结束了。对同时存在的第二种疾病没有识别，其首先原因在于高耗时和有关患者合作的局限性。很清楚，对这样的大脑区域的检测只能在计算机的辅助之下借助电子图像拍摄和分析方法以及电子图像拍摄和分析设备来实现。
由于患者常常存在混合形的痴呆或要排除混合形的痴呆，因此为了准确地检查常常须既实施PET也实施MRT。这两种方法是耗时的并且要求患者的合作，在此需要患者两次约30分钟静卧。而这对于患有以上所述疾病的患者群来说常常是不可能的或仅在给入镇静剂后才是可能的。而后者又会影响PET。该检查流程对于患者以及医务人员都部分地造成极大的负担。
迄今为止在临床日常实践中都仅实施该两种检查中的一种，而这又带来可能未彻底检查的风险。或者以根据患者的不同而不同的高物流开销来实施两种检查，必要时还要借助镇静剂。由于所需要的时间开销两个顺序执行的检查带来更大的运动伪影以及由此带来的图像质量不足的风险。在DE 102005023907A1中描述了一种相应的改进图像质量的方法。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题在于，提出一种计算机实现的检测大脑中神经退变的大脑区域以及血管改变的大脑区域的方法，以及一种实施该方法的成像设备，该方法和设备在耗时方面有所改进并由此首先是在患者不配合的情况下可以为彻底的检查提供可靠的数据基础。
本发明的技术问题通过一种计算机实现的检测患者大脑中神经退变的大脑区域以及血管改变的大脑区域的方法以及一种相应的成像设备和数据载体以及计算机程序产品来解决，本发明的方法具有以下步骤：
借助正电子发射断层造影拍摄大脑的第一数据组，借助磁共振断层造影拍摄大脑的第二数据组；
由该第一数据组再现PET图像以及由该第二数据组再现MRT图像；
在该MRT图像中标识血管改变的大脑区域的标志；
将该MRT图像分割为灰质和白质；
在该PET图像中标识神经退变的大脑区域；以及
将该PET图像和分割后的MRT图像重叠，以确定神经退变的大脑区域是位于灰质中还是白质中，在此第一数据组和第二数据组的拍摄是在不移动患者的情况下紧接着相继进行的，或者甚至是同时进行的。
所谓的混合模态将两种不同的成像方法相互结合在一个设备中。一个例子是组合的MR/PET设备，它们同时进行或至少是紧接着相继进行，并且可以同心地采集磁共振数据组和正电子发射数据组。
本发明的方法使得可以在拍摄第一正电子发射数据组和第二磁共振数据组之后对这些数据组共同进行分析。为此在检查过程(也常称为会话期)中在不移动患者的情况下优选同时拍摄该两个数据组。在此由正电子发射数据组再现的PET图像主要提供对可能的老年痴呆症的证明，而由磁共振数据再现出的MRT图像首先是给出血管改变的大脑区域的可能线索。由此尤其可以在早期很好地区分这两种痴呆形式。只有到了混合的痴呆症的晚期借助磁共振数据组和正电子发射数据组的区分才更加顺利。
两个数据组的分割使得可以检验是否存在相应改变的大脑区域。该检验只有当例如在改变的大脑区域中存在要借助正电子发射数据组确定的放射性标注的标记的聚集和耗散时才能成功。因此由正电子发射数据组和磁共振数据组只能检验那些由痴呆症造成的大脑区域。
此外，按照本发明，采用第二数据组来改善对PET测量以及在PET图像中标识的神经退变的大脑区域的诊断价值。为此将MRT图像分割为灰质和白质，例如分为皮质和非皮质，并通过融合将分割的结果转换到PET图像上。换言之，即将两个图像彼此叠加并由此确定神经退变的大脑区域是处于灰质中还是白质中，并由此指示老年痴呆症。
值得注意的是，以上所述的数据记录和图像处理以及图像分析步骤不必以所给出的顺序执行。因此例如识别不同的改变区域或分割MRT图像可以按其它顺序进行或至少可以部分地并行执行。
为此根据本发明方法的另一实施方式，注入特殊的放射性药剂，如氟-18-脱氧葡糖和/或2-(1-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(甲基)氨基]-2-萘基}-乙缩醛)丙二腈，简称为F-18-FDDNP。所提到的后一种特殊放射性药剂尤其容易聚集在所谓的淀粉状斑块内。由此表示出大约为球形的、在神经细胞外结块的淀粉状蛋白质的沉积。这样的斑块与老年痴呆症相关。
另一方面，由磁共振数据组只能检验那些由于血管引起的痴呆病变的分割的大脑区域。尤其是借助灌注MRT可以显示明显减小了的大脑血流。为此可以向血液中给入造影剂。
还可以在拍摄功能磁共振数据组时对功能大脑区域(对应于特定大脑功能的区域)进行刺激。在由功能磁共振数据组分割的大脑区域与例如血管改变的大脑区域之间存在因果关系。
在本发明方法的一种优选扩展中，使用磁共振数据组来校正正电子发射信息的运动伪影。尤其是对于痴呆症患者群来说，运动校正尤其重要，因为他们的运动能力以及静卧的能力受到影响。还可以校正包含功能大脑区域的功能磁共振数据组。在此作为可能的参考点可以引入磁共振数据组的解剖结构。
两个基于磁共振和正电子发射的数据组都在一个会话期(Sitzung)内并由此利用一个参照系拍摄。因此使这些数据组实际上被共同配准(koregistrieren)。在此在分割三维大脑区域时可能会造成正电子发射数据组的不准确性。为了改进对大脑区域的分割，即为了事实上改进PET图像的空间分辨率，本发明方法扩展为，基于磁共振数据组对正电子发射数据组进行部分立体校正。在部分立体效应下，信号源(即损伤)与PET图像的体素不一致，即例如仅占体素的一部分，由此造成错误的信号。
根据本发明的方法，可以借助成像方法产生分割的大脑区域的映像。该映像使得可以概貌的方式可视化痴呆症造成的大脑区域。为了更好地定向可将功能大脑区域和大脑的解剖结构集成到该映像中。解剖结构由磁共振数据组进行再现。
以优选的方式，可以用不同的颜色分别将由正电子发射数据组分割的和由磁共振数据组分割的大脑区域转换到映像中。由此该映像尤其包含对混合的痴呆症的指示。还可以由缺失的颜色信息推断出仅存在血管的或仅存在淀粉状的沉积或者存在非血管造成的痴呆。还可以基于目前已大大缩短的检查时间来跟踪对不同药物对不同神经病理改变的大脑区域的作用的精确检验。这还使得制药工业可以更加成本合算地开发新的药物。
按照本发明的用于检测患者大脑中神经退变的大脑区域以及血管改变的大脑区域的成像设备包括：
正电子发射断层造影成像装置，用于拍摄大脑的第一数据组；
磁共振断层造影成像装置，用于拍摄大脑的第二数据组，并显示由此再现出的MRT图像；
显示装置，用于显示具有神经退变的大脑区域的由该第一数据组再现的PET图像和/或具有血管改变的大脑区域的由该第二数据组再现的MRT图像，和/或显示通过将该具有神经退变的大脑区域的PET图像与被分割为灰质和白质的MRT图像相叠加所形成的图像；以及
控制和分析系统，用于控制该成像设备。
利用这样的成像设备可以有效而简单地实施本发明的方法。
附图说明
以下结合附图详细描述本发明的优选实施方式。其中示出：
图1示意性示出本发明方法的第一实施例；
图2示出本发明第二实施例的部分示图；
图3示出按照本发明的、借助第三实施例校正大脑数据组的方法的一部分；
图4a、4b示出按照本发明方法另一实施例的两个分割的大脑区域的映像；以及
图5示出按照本发明的成像设备的非按比例的截面图。
具体实施方式
以下结合附图描述本发明的实施例。
图1示出用于检测神经退变的大脑区域10和血管改变的大脑区域13的方法100的各个步骤。在第一步骤102，为受检人员、即患者注入放射性标记的物质12。在此该物质12要特别地从神经退变的痴呆大脑区域10拍摄。该特殊性可以在改变的大脑区域10中在平均浓度之下以及在平均浓度之上相对于未改变的组织示出。作为正电子发射的同位素采用氟18。在该实施例中作为物质12采用相应标记的2-(1-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(甲基)氨基]-2-萘基}-乙缩醛)丙二腈。该物质12在提高的浓度下被所谓的淀粉状斑块吸收，并在另一方法步骤104中借助正电子发射断层造影来检测。在此除了由大脑11拍摄第一、即正电子发射数据组14外，还拍摄第二、即磁共振数据组16。为了缩短为此所需要的测量时间，按照本发明，两个数据组14和16的拍摄104同时进行。除了大大节省了时间，还达到将正电子发射功能和磁共振功能集成在一起的设备、如所谓的脑PET的更高的满载。在此可以利用参照系自动进行数据组14和16的拍摄104，这还可以替代地在一个会话期内在不改变患者的放置的情况下时间错开地进行。在此数据组14和16被校正。这尤其省去了继续处理的其它开销。
在方法步骤106中的继续处理为对再现的PET图像进行分割以找到正电子发射数据组14的改变的大脑区域10。在此分割给出了对于特定大脑区域10的基于生物化学的痴呆症的重要指示。如果不存在这样的改变的大脑区域10，则不从正电子发射数据组14提取数据资料和用于映像20。
由磁共振数据组16再现MRT图像，并优选通过分割来识别由于血管造成痴呆改变的大脑区域13，如果存在的话。这样的改变的大脑区域13可以在T2加权的或所谓的FLAIR-MRT的脑白质(或灰质)中识别为血管损伤。改变的大脑区域13的较小的血流可以补充地通过灌注MRT来显示。该磁共振数据组16使得可以识别或确定首先是使改变的大脑区域13的静态灌注变小的狭窄。在再现磁共振数据组16时用其它灰度级来显示该由于血管变窄而使血流较小的大脑区域13。
此外，按照本发明，使用第二数据组16来改善PET测量或PET图像中识别出的神经退变的大脑区域10的诊断价值。为此将MRT图像分割为灰质和白质，在本实施例中为皮质和非皮质，并通过融合将对PET图像的分割结果与PET图像一起传输。这样，该两个图像相重叠，并由此确定神经退变的大脑区域10是否位于灰质中以及是否由此意味着老年痴呆症。
除了节省时间外，还可以实现对大脑11的完全拍摄。通过本发明的方法实现可靠的数据基础，以在复杂的生理判断中跟踪痴呆的类型和范围。这给出了检验和区分神经退变的痴呆和血管造成的痴呆的辅助手段。
如图2所示，在本发明的方法100的第二实施例中，在拍摄功能磁共振数据组18期间对功能大脑区域10进行刺激。该刺激110例如为在拍摄104期间要求具有怀疑是由于痴呆引起的语言障碍的患者说话而实施的。由此可以分割出所拍摄的磁共振数据组16的语言中心。现在，如果显示出分割出的正电子发射数据组14和/或磁共振数据组16的大脑区域10与语言中心重叠，则这可能是一个重要的指示。该重叠可以很容易地确定，因为两个数据组14和16是借助同心设置的检测器拍摄的。
正电子发射数据组14的拍摄104利用记录伽马射线的伽马检测器进行，伽马射线是在正电子和电子结合时的所谓湮没过程中产生的。为了能够例如从正电子发射数据组14中分割出淀粉质斑块区域，需要大约30分钟的拍摄时间。图3左侧示出正电子发射数据组14的再现。大脑11的虚线周线作为辅助定向由右侧上方示出的磁共振数据组16的再现来确定。由两个数据组14和16确定出神经生理改变的大脑区域10或13(未示出)。由于拍摄时间相对较长，左侧示出的大脑区域10具有由运动伪影造成的过大的空间延展。该运动伪影借助时间分辨率提高很多后拍摄的磁共振数据组16来校正。为此确定在拍摄时间中正电子发射数据组14与磁共振数据组16的位移并对所确定的数据组14的点进行匹配。该校正的结果112在图3左下侧示出。因此可以不用给患者服用镇静剂。
在拍摄磁共振数据组16时对功能大脑区域10进行刺激，在此获得功能磁共振数据组18。这里同样出现运动伪影，如图3右上侧所示，该运动伪影利用磁共振数据组16借助校正112来克服。
借助磁共振数据组16来进行关于正电子发射数据组14的校正114。这涉及到对改变的大脑区域10的三维分割。磁共振数据组16被作为三维数据组来拍摄，其在所有三个空间维度上对大脑区域10都具有改善的分辨率。在此，正电子发射数据组14的作为部分立体效应而公知的特殊性得到校正。如图3左下侧示出的，由正电子发射数据组14分割出大脑区域10的三维延展。
如以上所述，由两个数据组14和16通过分割仅确定神经生理改变的大脑区域10。按照本发明的方法100的另一实施例，由这样分割的大脑区域10或13产生映像20。图4a示出了图3所示两个数据组14和16再现情况下的映像20。
与图4b示出的映像20不同，由两个数据组14和16分割出改变的大脑区域10。这是对所谓的混合痴呆的重要指示。右侧的映像20除了周线外仅示出由正电子发射数据组14分割出的大脑区域10。借助该非常概貌的显示可以推断在数据组14和16的拍摄中仅有公知为老年痴呆症的痴呆症。
在图4a中分别示出具有不同形状的分割出的大脑区域10或13。由正电子发射数据组14分割出的大脑区域10显示为六角形。由磁共振数据组16分割出的大脑区域13显示为五角形。右下方示出的大脑区域10具有通过分割的数据组14和16的其它类型的显示而容易辨认的重叠，该重叠指示出混合的痴呆症。
通过本发明的方法可以利用一次检查获得对检测混合的血管的痴呆症和/或基于老年痴呆症的痴呆症的重要指示。同样，这些同时采集的数据可以用于对其它形式的痴呆症的诊断和区分诊断。还可以可靠地区分脑解剖结构、即改变正电子发射数据组的所谓的“标准方案(Normvariant)”与事实上的痴呆症的偏差。因此所公开的方法明显快于两个顺序执行的检查。借助所谓的MR-PET混合系统既可以实施磁共振断层造影也可以实施正电子发射检查。由此可以将两种方法的优点有意义地组合起来并使得可以进行全面而准确的诊断。这使得既可以进行更好的治疗计划也可以进行更有分量的预测估计。该更快且更可靠的方法对于引入和测试新的药物有着很大的潜力。
可以同时借助磁共振数据组显示解剖变化和功能变化。与正电子发射数据组的组合使得可以检验大脑的生物化学变化。所得到的缩短了的检查时间还提高了患者的舒适度并减少了要注入的镇静剂的剂量以及医务人员的负担。对于使用者来说，组合应用有着极大的竞争优势，因为尤其是能够更好地充分利用昂贵的MR-PET混合系统。
图5示意性示出本发明的成像设备30。成像设备30包括本身公知的、用于拍摄患者大脑11的MRT数据组16的MRT管22。在该MRT管22内共轴地设置了多个围绕纵向成对相对置的、用于拍摄大脑11的PET数据组14的PET检测单元23。PET检测单元23优选由具有连接在前的晶体阵列24和电子放大电路(PMT)26的光电二极管阵列25构成。但本发明并不限于具有光电二极管阵列25和连接在前的晶体阵列24的PET检测单元23，而是还可以采用其它类型的光电二极管、晶体和装置进行检测。
MRT管22沿其纵向定义一个圆柱形的第一测量场。多个PET检测单元23沿该纵向定义一个圆柱形的第二测量场。优选该PET检测单元23的第二测量场与MRT管22的第一测量场基本一致。这例如通过相应匹配PET检测单元23沿纵向的设置厚度来实现。
图像采集和图像处理在计算机27的控制下进行，计算机27基于程序29(符号化地表示为所写的页面)运行，程序29例如存储在作为数据载体28的CD上。由成像设备30产生的图像可以显示在显示器21上。
利用按照本发明的成像设备30以及本发明的方法可以可靠地自动地、即计算机支持地采集患者大脑11中神经退变的大脑区域10以及血管改变的大脑区域13，而不必担心在存在这样的两种不同类型的改变的大脑区域10、13的情况下只能采集其中的一种而忽略另一种。
Claims (11)
1.一种利用计算机实现的检测患者大脑(11)中神经退变的大脑区域(10)以及血管改变的大脑区域(13)的方法(100)，具有以下步骤：
借助正电子发射断层造影拍摄大脑(11)的第一数据组(14)，借助磁共振断层造影拍摄大脑(11)的第二数据组(16)(104)；
由该第一数据组(14)再现PET图像以及由该第二数据组(16)再现MRT图像；
在该MRT图像中标识血管改变的大脑区域(13)的标志；
将该MRT图像分割为灰质和白质(106)；
在该PET图像中标识神经退变的大脑区域(10)；以及
将该PET图像和分割后的MRT图像重叠，以确定神经退变的大脑区域(10)是位于灰质中还是白质中，在此第一数据组(14)和第二数据组(16)的拍摄(104)是在不移动患者的情况下紧接着相继进行的，或者甚至是同时进行的。
2.根据权利要求1所述的方法(100)，其特征在于，在拍摄(104)功能磁共振数据组(18)时对功能大脑区域(10，13)进行刺激。
3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其特征在于，借助所述磁共振数据组(16)校正(112)正电子发射数据组(14)的运动伪影，和/或借助磁共振数据组(16)校正(112)所述功能磁共振数据组(18)的运动伪影。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(100)，其特征在于，基于所述磁共振数据组(16)对正电子发射数据组(14)进行部分立体校正(114)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(100)，其特征在于，产生神经退变的大脑区域(10)和血管改变的大脑区域(13)的映像(20)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(100)，其特征在于，用不同的颜色将神经退变的大脑区域(10)和血管改变的大脑区域(13)转换到映像(20)中。
7.根据权利要求6所述的方法(100)，其特征在于，包括注入要特别从神经退变的大脑区域(10)拍摄的放射性标记的物质(12)的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法(100)，其特征在于，采用氟-18-脱氧葡糖或2-(1-{6-[(2-[氟-18]乙烷基)(甲基)氨基]-2-萘基}-乙缩醛)丙二腈作为所述物质(12)。
9.一种用于成像设备(30)的控制和分析系统(27)的计算机程序产品(29)，用于实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种其上存储有根据权利要求9所述的计算机程序产品(29)的数据载体(28)。
11.一种用于检测患者大脑(11)中神经退变的大脑区域(10)以及血管改变的大脑区域(13)的成像设备(30)，包括：
正电子发射断层造影成像装置(23)，用于拍摄(104)大脑(11)的第一数据组(14)；
磁共振断层造影成像装置(22)，用于拍摄(104)大脑(11)的第二数据组(16)；
显示装置(21)，用于显示具有神经退变的大脑区域(10)的由该第一数据组(14)再现的PET图像和/或具有血管改变的大脑区域(13)的由该第二数据组(16)再现的MRT图像，和/或显示通过将该具有神经退变的大脑区域(10)的PET图像与被分割为灰质和白质的MRT图像相叠加所形成的图像；以及
控制和分析系统(27)，用于按照根据权利要求1至8中任一项所述的方法来控制该成像设备(30)。
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