CN102370482B - 用于显示淋巴结的方法和相应构造的组合的mr/pet 装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助组合的MR/PET装置(5)显示检查对象(O)的预定体积片段中的淋巴结的方法，以及一种相应构造的组合的MR/PET装置(5)。在此，所述方法包括以下步骤：借助正电子发射探测器(30)采集(S2)预定的体积片段的PET数据，以便借助PET数据对预定的体积内每个PET体素采集代谢活性。借助磁共振设备采集(S3)预定的体积片段的MR数据，以便借助MR数据对预定的体积的每个区域采集对于淋巴结来说特定的对比度。根据对每个PET体素所采集的代谢活性并且根据对每个区域采集的特定于淋巴结的对比度，建立(S6)图像，其中，在该图像中能够与正常的淋巴结区别地显示异常的淋巴结。

Description

用于显示淋巴结的方法和相应构造的组合的MR/PET 装置
技术领域
本发明涉及一种用于借助组合的MR/PET装置显示患者的预定体积片段中的淋巴结、特别是恶性淋巴结的方法以及一种相应构造的组合的MR/PET装置。
背景技术
按照现有技术，在恶性疾病(癌症)情况下对淋巴结的评估在诊断的放射学中是一个重要且仍未解决的问题。目前的方案所基于的是，具有大于10mm大小的淋巴结是恶性的，而具有小于10mm大小的淋巴结是良性的。然而，该粗略的形态学划分并不总是正确的，因为具有小于10mm大小的淋巴结也可能是肿瘤细胞而具有大于10mm大小的淋巴结也可能仅仅是炎症的改变并且因此不是恶性的。此外，还存在纤维化的淋巴结，该纤维化的淋巴结是作为退化的炎症过程的结果在结缔组织中被转变的并且因此同样变大。
为了诊断淋巴结，按照现有技术通常采用正电子发射断层造影(PET)。在给予示踪物、例如氟脱氧葡萄糖(Fluorodeoxyglucose，FDG)之后，PET显示葡萄糖代谢(Glukosestoffwechsel)的局部活性，后者在恶性病变情况下明显提高。然而不利的是，在炎症情况下葡萄糖代谢的活性也提高，从而不能根据葡萄糖代谢的活性提高而得出恶性病变的结论。在PET中对示踪物氟胸苷(Fluorothymidin，FLT)的采用虽然显示了对于恶性病变的较高的特别之处，但在淋巴结情况下同样经常误诊。利用其他PET示踪物、例如基于11C-胆碱的试验迄今为止同样也没有带来好的结果并且因此不能在商业上使用。
此外，由于小的位置分辨率，为诊断淋巴结而采用PET是有问题的。在PET中小的淋巴结由于部分容积效应通常不能很好看见。由于部分容积效应，如果对象的大小位于PET分辨率的范围之中或之下，则在PET图像中以太小的活性浓度显示对象。
组合地采用PET和计算机断层造影(CT)对该问题也没有获得相对于PET来说的任何其他优点，因为CT仅可以断言淋巴结的大小而不能提供关于变大的原因(例如恶性发展)的信息。
同样，借助磁共振断层造影(MRT)按照现有技术只能确定关于淋巴结的大小的断言，因为，例如借助MR光谱学作出淋巴结的恶性的试验迄今为止没有产生任何好的结果。此外，公知了对于MRT的嗜淋巴细胞的(lymphotrope)对比剂，其由炎症细胞吸收并且选择性地在淋巴组织中积聚。对于这样的对比剂的例子是氧化铁，如Sinerem(Guerbet公司的)和全氟化碳(Perfluorocarbone)(实验的对比剂)。然而，这些对比剂同样并不总是产生正确的诊断，因为如果在淋巴结中有炎症细胞(巨噬细胞)时其仅显示，并且不给出直接提示在淋巴结中包含是否恶性细胞。如果淋巴结纤维化并且既不包含巨噬细胞也不包含肿瘤细胞，则通过将淋巴结错误地划分为癌症，采用这样的对比剂会导致错误诊断。
使用氧化铁作为对比剂导致另一个缺陷，因为氧化铁导致(对于局部的信号损失的)负对比，从而淋巴结不再可见。因此按照现有技术为了判断，产生第二MR拍摄，该MR拍摄在给予对比剂之前(即至少24小时之前)产生。因为淋巴结在24小时之内(即在这两个MR图像的产生之间)会移动，所以相应的分析是有问题的。其他MR对比剂(例如钆螯合物(Gadoliniumchelate))对淋巴结仅具有非常不特定的对照并且因此在判断恶性肿瘤时不能产生好的结果。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，这样显示淋巴结，使得从显示(从图像)中可以获知异常的淋巴结(特别是具有恶性病变的淋巴结)。
在本发明的范围内，提供了一种利用组合的MR/PET装置用于显示在检查对象、即患者的预定的体积片段中的淋巴结的方法。按照本发明的方法包括以下步骤：
在第一步骤中借助正电子发射探测器采集预定的体积片段的PET数据，其中，借助PET数据对预定的体积内每个PET体素采集代谢活性(例如葡萄糖代谢的活性)。为了采集代谢活性，特别是在采集PET数据之前给予示踪物(例如氟脱氧葡萄糖)。
在第二步骤中，借助磁共振设备采集预定的体积片段的MR数据，其中，借助MR数据对预定的体积的每个区域采集对于淋巴结来说特定的对比度(即淋巴结就对比度方面与预定的体积片段的其余部分区别)。通过在采集MR数据之前给予嗜淋巴细胞的对比剂(例如氧化铁或全氟化碳)，特别实现了特定于淋巴结的对比度。
按照本发明可以在第二步骤之前进行第一步骤、在第一步骤之前进行第二步骤或者第一步骤与第二步骤同时进行。
在第三步骤中根据对每个PET体素所采集的代谢活性并且根据对每个区域采集的特定于淋巴结的对比度，建立图像。在此，在该图像中与正常的淋巴结区别地显示异常的淋巴结。
在此，当淋巴结至少具有一个以下特征时，特别地呈现异常的淋巴结：
·炎症改变，
·良性肿块(Geschwulst)，
·纤维化改变，
·恶性肿块。
通过将对每个PET体素所采集的代谢活性和对每个区域所采集的特定于淋巴结的对比度进行组合，可以有利地将异常的淋巴结与正常的淋巴结进行区分，其中，也可以互相区分具有炎症改变的淋巴结、具有良性(非急性)肿块的淋巴结、具有纤维化改变的淋巴结和具有恶性肿块的淋巴结。
为了产生图像，可以将从MR数据中所确定的MR图像的信号强度和从PET数据中所确定的PET图像的信号强度任意组合，以便产生组合的MR/PET图像，在该图像中能够将异常的淋巴结与正常的淋巴结区分，并且特别是将恶性的淋巴结与其他淋巴结区分。例如，还可以将PET图像的信号强度与MR图像的信号强度相加或从MR图像中减去。
按照优选的本发明实施方式，将按照本发明建立的图像的至少一个以下区域与图像的其余部分相区别地显示：
第一区域，在该第一区域中特定于淋巴结的对比度高于第一MR阈值并且在该第一区域中代谢活性高于第一PET阈值。
第二区域，在该第二区域中特定于淋巴结的对比度高于第一MR阈值并且在该第二区域中代谢活性低于第二PET阈值。
第三区域，在该第三区域中特定于淋巴结的对比度低于第二MR阈值并且在该第三区域中代谢活性低于第二PET阈值。
第四区域，在该第四区域中特定于淋巴结的对比度低于第二MR阈值并且在该第四区域中代谢活性高于第一PET阈值。
按照该实施方式，第一MR阈值大于或等于第二MR阈值，并且第一PET阈值大于或等于第二PET阈值。
按照该实施方式，在所建立的图像中可以互相区别地显示所有四个区域(第一至第四区域)。按照本发明同样可以，例如仅将一个区域(即，仅第一、仅第二、仅第三或仅第四区域)与图像的其余部分相区别地显示。
表根据MR对比度含量和PET-(FDG)-活性的诊断
  MR对比度含量   PET-(FDG)-活性   诊断
  高   高   炎症改变
  高   低   良性肿块、非急性
  低   低   纤维化改变(转化)
  低   高   恶性肿块
在前述表中，示出了对于前面定义的四个区域的诊断。如果MR对比度含量以及PET代谢活性高(第一区域)，则呈现相应的淋巴结的炎症改变。如果虽然MR对比剂含量高时，但是PET代谢活性低(第二区域)，则呈现非急性的良性肿块。如果MR对比度含量以及PET代谢活性都是低(第三区域)，则呈现纤维化改变或者说相应的淋巴结的转化。最后，如果MR对比度含量低，但是PET代谢活性高(第四区域)，则呈现相应的淋巴结的恶性肿块。
因此，按照本发明，在按照本发明所建立的图像中这样区别地显示淋巴结，使得在图像中能够区别在上述表中的四个提到的对于相应的淋巴结的诊断。
按照另一种本发明实施方式，通过从采集的MR数据出发或者从MR图像出发产生对于PET数据或者说对于PET图像(即，从PET数据出发建立的图像)的掩模，来建立图像。在此，根据相应于该区域的预定的体积片段的区域中的借助MR数据采集的信号强度或根据借助MR数据采集的MR对比度含量，调整在该掩模的特定区域中的掩模的阻光度(不透明性)。在此，通过利用该掩模来遮盖PET图像，来建立按照本发明的图像。
如果在预定的体积片段的相应区域中的MR数据的信号强度为低/高，则例如在图像的或掩模的区域中的阻光度为高/低。然而，按照本发明还可以的是，当在预定的体积片段的相应区域中的MR数据的信号强度为高/低时，图像的或掩模的区域中的阻光度为高/低。
在采用氧化铁作为嗜淋巴细胞的对比剂的情况下产生负对比度。因此，按照另一种实施方式，在该情况下从在给予氧化铁之后建立的MR图像中，产生掩模，其阻光度从MR图像的信号强度的倒数值中得到(即高的信号强度产生低的阻光度)。当该掩模被布置在PET图像上时，遮盖MR信号强度为低的那些淋巴结，因为其具有高的对比度含量。于是，在另一种本发明实施方式的图像中具有炎症改变或良性发展的淋巴结不可见，因为其被掩模遮盖。因为PET图像中的信号强度由于低的PET代谢活性而在具有纤维化改变的淋巴结中是小的并且在具有恶性发展的淋巴结中由于高的PET代谢活性而是高的，总体上具有恶性发展的淋巴结在另一种实施方式的图像中具有最高的信号强度。换言之，在另一种实施方式的图像中具有恶性发展的淋巴结明显显现，并且与其他淋巴结(也与具有纤维化改变的那些)清楚区分。
如果给予在淋巴结中产生信号放大的MR对比剂(例如钆螯合物)，则该另一种实施方式的效果还可以加强。
在采用在相应的淋巴结中导致提高的信号强度的嗜淋巴细胞的MR对比剂时，按照本发明这样构造掩模，使得MR图像中高的信号强度相应于掩模的相应区域的高的阻光度。
此外还可以，借助MR数据或根据(借助MR数据建立的)MR图像分割在预定的体积片段中的淋巴结。然后，可以不透明地建立掩模的不相应于所分割的淋巴结的那些区域，而透明地建立掩模的相应于所分割的淋巴结的那些区域。
此外，按照本发明还可以，借助MR数据或借助MR图像确定或分割嵌入到脂肪中(例如膜切除的(mesorektale)脂肪组织中)的那些淋巴结。因为脂肪组织不具有PET代谢活性，所以在PET体素中出现的PET代谢活性完全对应位于相应的PET体素中的那些淋巴结。据此，这样校正PET图像和因此还有组合的MR/PET图像，使得在淋巴结的大小小于PET体素的大小的情况下，尽管如此还是将PET体素中活性(精确来说是代谢活性)完整对应于相应的淋巴结。
在本发明的范围中，还提供一种组合的MR/PET装置，用于建立检查对象中预定的体积片段中的淋巴结的图像。在此，MR/PET装置包括：用于控制正电子发射探测器和用于控制磁共振装置的控制单元和用于接收由正电子发射探测器采集的预定的体积片段的PET数据，用于接收由磁共振装置拍摄的预定的体积片段的MR数据，和用于从PET数据和MR数据中建立图像的图像计算单元。MR/PET装置借助PET数据采集预定的体积片段的每个PET体素的代谢活性并且借助MR数据采集预定的体积片段的每个区域或片段的特定于淋巴结的对比度。MR/PET装置根据对每个PET体素采集的代谢活性并且根据对每个区域采集的特定于淋巴结的对比度，建立图像，在该图像中与正常的淋巴结可区分地显示异常的淋巴结。
按照本发明的组合的MR/PET装置的优点在此基本上相应于按照本发明的方法的前面已经详细解释的优点，从而在此不再重复。
此外，本发明还描述了一种计算机程序产品，特别是计算机程序或软件，该软件可以被加载到组合的MR/PET装置的可编程的控制器或计算单元的存储器中。当该计算机程序产品在组合的MR/PET装置的控制器或控制装置中运行时，利用该计算机程序产品可以执行按照本发明的方法的前面描述的所有的或者不同的实施方式。在此，计算机程序产品可能需要程序装置，例如程序库和辅助函数，以实现该方法的相应实施方式。换言之，针对计算机程序产品的权利要求特别地保护一种软件，利用该软件能够执行按照本发明的方法的上面描述的实施方式之一。在此，该软件可以是源代码(例如以C++)，该源代码还必须被编译和连接或者仅必须被翻译，或者是一种可执行的软件代码，为了执行只需将该软件代码加载到相应的计算单元。
最后，本发明还公开了一种电子可读的数据载体，例如，DVD，磁带或者USB棒，在其上存储了电子可读的控制信息，特别是软件(参见上面所述)。当这些控制信息(软件)由数据载体读取并且存储到组合的MR/PET装置的控制装置以及计算单元时，能够执行前面描述的方法的所有按照本发明的实施方式。
本发明特别适合于拍摄和建立如下的MR图像：在该图像上可以将具有恶性发展的淋巴结与其他淋巴结或与图像的其余部分可区分地显示。当然，本发明不限于该优选的应用领域，因为按照本发明例如还可以建立这样的图像，在该图像上可以互相可区分地显示纤维化改变的淋巴结或具有炎症改变的淋巴结。此外，按照本发明的原理还可以用于诊断其他器官(非淋巴结)。
附图说明
以下借助附图结合按照本发明的优选实施方式详细解释本发明。其中，
图1示意性示出了按照本发明的组合的MR/PET装置。
图2示出了按照本发明的用于建立组合的MR/PET图像的方法的流程图。
具体实施方式
图1示意性示出了组合的MR/PET装置5，其包括正电子发射探测器30和磁共振装置24。在此，磁共振装置24的基本磁体1产生时间上恒定的强磁场用于极化或对其对象O的检查区域中的核自旋，例如人体的待检查的部位的核自旋，对象位于检查台23上为了建立图像而被推入到磁共振装置24中。在球形测量空间M中定义用于核自旋共振测量所需的基本磁场的高均匀性，人体的待检查的部位布置在该测量空间，以产生MR图像。为了支持均匀性要求并且特别是为了消除时间上不可变的影响，在合适的位置安装由铁磁材料构成的所谓的匀场片(Shim-Blech)。通过匀场线圈2来消除时间上可变的影响。
在基本场磁体1中采用由三个子线圈组成的圆柱形的梯度线圈系统3。由放大器给每个子线圈提供用于在笛卡尔坐标系的各个方向上产生线性(而且时间上可变的)梯度场的电流。在此，梯度场系统3的第一子线圈产生x方向上的梯度Gx，第二子线圈产生y方向上的梯度Gy，并且第三子线圈产生z方向上的梯度Gz。放大器包括数模转换器，该数模转换器由用于时间正确地产生梯度脉冲的序列控制装置18控制。
高频天线4位于梯度线圈系统3内，该高频天线将高频功率放大器给出的高频脉冲转换为用于待检查的对象O或者对象O的待检查区域的核的激励以及核自旋的对齐的交变磁场。高频天线4由一个或多个HF发送线圈和以组件线圈的环形、优选线性或矩阵形的布置形式的多个HF接收线圈组成。高频天线4的HF接收线圈也将由进动的核自旋所发出的交变场(即通常由一个或多个高频脉冲和一个或多个梯度脉冲组成的脉冲序列引起的核自旋回波信号)转换为电压(测量信号)，该电压经过放大器7被传输到高频系统22的高频接收通道8。高频系统22还包括发送通道9，在该发送通道9中产生用于激励核磁共振的高频脉冲。在此，将各个高频脉冲根据由设备计算机20预先给出的脉冲序列在序列控制装置18中数字地表示为复数的序列。该数列作为实部和虚部分别经过输入端12被传输到高频系统22中的数模转换器并且从该数模转换器被传输到发送通道9。在发送通道9中将脉冲序列加调制到高频载波信号上，后者的基频对应于测量空间中核自旋的共振频率。
通过发送-接收转接器6进行发送运行和接收运行的切换。高频天线4将用于激励核自旋的高频脉冲入射到测量空间M，并且通过HF接收线圈探测所形成的回波信号。相应获得的核共振信号在高频系统22的接收通道8′(第一解调器)中被相位敏感地解调到中间频率，并且在模数转换器(ADC)中被数字化。该信号还被解调到频率0。到频率0的解调和到实部和虚部的分解按照在数字范围中的数字化在第二解调器8中进行。通过图像计算机17从这样获得的测量数据重建MR图像和PET图像(见以下)。通过设备计算机20进行测量数据、图像数据和控制程序的管理。序列控制装置18根据利用控制程序的预定值控制各个期望的脉冲序列的产生和k空间的相应扫描。在此，序列控制装置18特别地控制梯度的时间正确的切换、具有定义的相位和振幅的高频脉冲的发送以及核共振信号的接收。由合成器19提供用于高频系统22和序列控制装置18的时间基准。
如前面已经解释的，MR/PET装置5包括正电子发射探测器30，其通常构造为环形。在PET中采用的示踪物利用正电子辐射来标记。在该正电子辐射在患者O的组织中衰变时在相应的正电子发射的位置附近通过湮灭产生两个γ光子，它们在相反的方向上飞出。如果这两个γ光子由正电子发射探测器30的两个相对的探测器元件在预定的相合时间间隔内测量到，则可以确定在这两个探测器元件之间的连接线上的位置上的湮灭的位置。
利用正电子发射探测器30可以采集PET数据，从这些PET数据中然后可以在图像计算机17中产生PET图像。在图像计算机17中按照本发明将PET图像与MR图像组合，以便建立组合的MR/PET图像。
例如存储在DVD 21上的、用于产生MR图像、PET图像和组合的MR/PET图像的相应的控制程序的选择，以及产生的图像的显示，通过包括键盘15、鼠标16和显示屏14的终端13来进行。
图2示出了按照本发明的方法的流程图。
在第一步骤S1中，对患者O这样给予显示代谢活性的PET示踪物和嗜淋巴细胞的对比剂，使得PET示踪物和嗜淋巴细胞的对比剂在患者O的预定的体积片段中起作用。
然后在第二步骤S2中，利用正电子发射探测器30采集预定的体积片段的PET数据并且在第三步骤S3中利用磁共振装置24采集预定的体积片段的MR数据。
在此，两个步骤S2和S3可以以任意顺序或者也可以同时进行。
在接下来的步骤S4中，根据MR图像产生图像掩模。在图像或掩模的各个区域中该掩模的阻光度在此取决于借助MR数据采集的、MR图像的相应区域的信号强度。换言之，从MR数据出发产生MR图像，然后从该MR图像中建立掩模。在此，掩模的特定区域的阻光度取决于MR图像的相应区域的信号强度。在此，掩模的特定区域的阻光度可以与信号强度成正比或与MR图像的相应区域的信号强度成反比。
在下一步骤S5中，从PET数据建立PET图像。在此，PET图像的与具有高的代谢活性的预定的体积片段的区域对应的区域通常具有高的信号强度，而PET图像的与区域具有低的代谢活性的预定的体积片段的区域对应的区域通常具有低的信号强度。
在最后的步骤S6中，利用在步骤S4中建立的掩模来遮盖PET图像，因此建立组合的MR/PET图像。
附图标记列表
1  基本磁体
2  匀场线圈
3  梯度场系统
4  HF天线
5  组合的MR/PET装置
6  发送接收转换器
7  放大器
8，8′ 接收信道
9  发送信道
10 控制装置
11 输出端
12 输入端
13 终端
14 监视器
15 键盘
16 鼠标
17 图像计算机
18 序列控制器
19 合成器
20 设备计算机
21  DVD
22  检查台
23  卧榻板
24  磁共振装置
30  正电子发射探测器
O   检查对象或患者
S1-S6  方法步骤

Claims (8)

1.一种用于建立检查对象(O)的预定体积片段中的淋巴结的图像的组合的MR/PET装置，其中，所述MR/PET装置(5)包括：用于控制所述MR/PET装置(5)的正电子发射探测器(30)和用于控制所述MR/PET装置(5)的磁共振装置系统(24)的控制单元(10)，以及用于接收由正电子发射探测器(30)所采集的预定的体积片段的PET数据、用于接收由磁共振系统(24)拍摄的预定的体积片段的MR数据和用于从PET数据和MR数据中建立图像的图像计算单元(17)，
其中，这样构造所述MR/PET装置(5)，使得所述MR/PET装置(5)借助PET数据采集预定的体积片段的每个PET体素的代谢活性并且借助MR数据采集预定的体积片段的每个区域的特定于淋巴结的对比度，并且所述MR/PET装置(5)根据对每个PET体素采集的代谢活性并且根据对每个区域采集的特定于淋巴结的对比度，建立图像，其中，所述MR/PET装置(5)在该图像中能够与正常的淋巴结区分地显示异常的淋巴结，
其特征在于，将图像的至少一个以下区域与图像的其余部分相区别地显示：
·在其中特定于淋巴结的对比度高于第一MR阈值并且在其中代谢活性高于第一PET阈值的区域，
·在其中特定于淋巴结的对比度高于第一MR阈值并且在其中代谢活性低于第二PET阈值的区域，
·在其中特定于淋巴结的对比度低于第二MR阈值并且在其中代谢活性高于第一PET阈值的区域，
·在其中特定于淋巴结的对比度低于第二MR阈值并且在其中代谢活性低于第二PET阈值的区域，
其中，第一MR阈值大于或等于第二MR阈值，并且其中，第一PET阈值大于或等于第二PET阈值，
其中，所述MR/PET装置(5)构造为用于：
通过借助所采集的MR数据建立对于PET数据的掩模，来建立图像，
根据相应于该区域的预定的体积片段的区域中的借助MR数据所采集的信号强度，来调整在图像的区域中的掩模的阻光度，
从PET数据中建立PET图像，并且
通过利用该掩模来遮盖PET图像，来建立图像。
2.根据权利要求1所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
如果在预定的体积片段的与一个区域相应的区域中的MR数据的信号强度是高的，则在图像的该区域中的阻光度是高的，或者，
如果在预定的体积片段的与一个区域相应的区域中的MR数据的信号强度是高的，则图像的该区域中的阻光度是低的。
3.根据权利要求1所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
借助MR数据分割在预定的体积片段中的淋巴结，并且
不透明地建立掩模的不相应于所分割的淋巴结的那些区域。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
借助MR数据分割嵌入到脂肪中的淋巴结，
确定所分割的淋巴结的大小，并且
如果分割的淋巴结的大小小于PET体素的大小，则将在PET体素内借助PET数据所采集的活性完整地与在PET体素内所采集的分割的淋巴结的体积对应。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
通过在采集PET数据之前向检查对象(O)给予相应的示踪物，借助PET数据采集预定的体积片段内的代谢活性。
6.根据权利要求5所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
所述示踪物是氟脱氧葡萄糖。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
通过在采集MR数据之前向检查对象(O)给予嗜淋巴细胞的对比剂，借助MR数据采集特定于淋巴结的对比度。
8.根据权利要求7所述的组合的MR/PET装置，其特征在于，
所述嗜淋巴细胞的对比剂是氧化铁或全氟化碳。
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