CN103932789A - 用于执行正电子发射断层成像的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于执行对检查对象（102）的正电子发射断层成像的方法（1），其中在将PET示踪剂引入检查对象（102）以后所述方法（1）包括以下方法步骤：S1）执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个可预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度；S2）执行正电子发射断层成像；S3）根据至少一个可预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度来适配正电子发射断层成像的结果。本发明另外还描述了一种用于执行检查对象（102）的正电子发射断层成像的装置（100）。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于执行正电子发射断层成像的方法。除此以外本发明还涉及一种用于执行正电子发射断层成像的相应的装置。
背景技术
在神经学和精神病学的疾病的检查和诊断中，两种成像方法磁共振断层成像（MRT）和正电子发射断层成像（PET）以理想的类型和方式互补。在正电子发射断层成像中有大量的示踪剂或PET示踪剂（也就是大多数可以引入对活体的新陈代谢中的、放射性标记的、身体自身的或体外来的物质）可供使用，所述示踪剂允许被非常特异性地结合到受体（Rezeptor）、例如用于神经传递素的受体上并且可以以极高的灵敏度被探测。所述磁共振断层成像提供高的时间和空间分辨率以及显示活体的解剖结构的可能性。公知的是例如借助PET进行受体结合研究（Rezeptorbindungsstudien）:为此将显示出与神经传递素类似的结合特性的PET示踪剂施用于患者。当没有与天然配体（Ligand）相结合时，该示踪剂与受体结合。由此这些示踪剂能够实现关于受体密度和占领的断言。当然缺点是缓慢的动力学。PET信号随时间或在“孵化时间（Inkubationsdauer）”（一般来说是20-30分钟）中高效率地显示了积聚的积分。因此通常向患者注射示踪剂或放射性示踪剂，接下来，在拍第一幅图像之前等待该时期的过去。然而在很多PET示踪剂的情况下积聚与患者在积聚阶段期间处于何种状态有关。从而已经对于传统的葡萄糖（FOG）PET根据患者在注射示踪剂之后是睁开还是闭上眼睛而得出不同的分布。类似适用于身体活动：由于在活跃的脑区（如同视觉中枢和运动中枢）内的加强的新陈代谢而产生加强的积聚。这些会导致在检查和诊断精神病学和一些神经学的疾病时的出现问题。例如在沮丧的时候显示出神经网络的激活的改变，所述改变与自省（也即是说自我发现）相关联，例如在嘴外侧前额叶皮层（rostrolateralenCortex）中。但是如果患者在示踪剂的积聚期间处于特殊的状态，例如在深度放松、睡眠或计算数学题，则会得出歪曲的结果。与之相反，患者的状态很难被影响，因为甚至患者自身也只可以受限地有意施加影响。功能性磁共振断层成像（fMRT）与之相比有更好的时间上的分辨率和能够以数秒，例如为十秒的范围之内的分辨率显示激活的变化。然而在功能性磁共振断层成像的情况下仅测量血液中的氧利用率，即所谓的BOLD-效应或BOLD-对比度（BOLD，blood oxygen level dependent血氧水平依赖），其非常不特异。
发明内容
本发明要解决的技术问题现在于，提供一种实现了更优地执行正电子发射断层成像的方法。另外本发明要解决的技术问题是，描述一种相应的设备，借助其可以执行这种方法。
本发明借助带有本发明技术特征的用于执行正电子发射断层成像的方法和带有本发明技术特征的用于执行正电子发射断层成像的设备来解决上述技术问题。
本发明的基本思路是一种用于执行检查对象的正电子发射断层成像的的方法，其中，在将PET示踪剂引入检查对象以后，所述方法包括以下方法步骤：
S1）执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度；
S2）执行正电子发射断层成像；
S3）根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度来适配正电子发射断层成像的结果。
该根据本发明的用于执行正电子发射断层成像的方法的基本思路因此基于：将PET示踪剂引入检查对象（例如人类患者或者动物患者），例如通过注射或吸入。PET示踪剂或放射性药物通常理解为小剂量的放射性标识的物质，其被引入活体内并且在有生命的身体内参与新陈代谢，因为它们无法被该有机体同其非放射性附属物区分开来。随着时间的推移，PET示踪剂根据载体物质和该有机体而在特征性区域中积聚并且可以借助正电子发射断层成像设备通过放射性衰变来探测。PET示踪剂在临床和科学实践中以用于不同应用领域的不同实施形式而公知。
在第一方法步骤中，执行至少一次功能性磁共振断层成像，以便确定相应的至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度。由此可能的是，在施用示踪剂之后确定检查对象的状态和尤其区分借助不同的神经传递素起作用的不同神经网络。
在第二方法步骤中执行正电子发射断层成像。在此可以有利地应用正电子发射断层成像的特性，尤其是特异地结合到受体上的示踪剂的高探测灵敏度。正电子发射断层成像的结果是重建的剖视图，其将放射性药物在有机体内的分布可视化，也即是说使生化的和生理学的功能可见。
在该根据本发明的方法的基本思路的第三且最后一个方法步骤中，将根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度来适配正电子发射断层成像的结果。当在第一方法步骤中可预先给定的脑区的激活程度超过预先给定的阈值时，结果的适配可以例如通过结果值的减小来进行。所述适配的方式和大小、脑区的选择和阈值可以例如事先通过测量系列或初步研究来确定。
有利地，通过功能性磁共振断层成像重复执行对脑区的至少一个激活程度的确定，其中重复率可以预先给定。或重复执行方法步骤S1至S3，其中重复率可以预先给定。
在重复确定至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度的情况下，获得关于时间的激活值序列。也即是说患者在示踪剂的积聚期间的可能的状态变化都被识别，并且所述状态变化可以有利地在根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度适配正电子发射断层成像的结果的情况下被考虑。还可能是，一直重复第一方法步骤，直至特定的激活程度达到可预先给定的阈值，并且那时才分支到第二方法步骤。
在本发明的一个优选的实施例中至少贯穿PET示踪剂积聚的时间段地通过功能性磁共振断层成像重复进行脑区的至少一个激活程度的确定。
由此，在该实施形式中，脑区激活的测量，以及必要时正电子发射断层成像的重复执行和结果适配至少延展贯穿PET示踪剂的积聚阶段。
在一个有利的改进方案中，可预先给定的脑区是通过默认模式网络和/或任务正激活网络的脑区来确定的。默认模式网络（DMN）、任务负激活网络（TNN）、“有意识神经网络”和“静息神经网络”一般在神经科学中理解为一组脑区，其在“什么都不干”的情况下是活动的而在集中注意力的思想工作的情况下是不活动的。这些脑区的静息活动使得其可以例如借助功能性磁共振断层成像、脑电图和脑磁图来探测。通过这些脑区的活动的关联可以将该组同步活动的脑区理解成网络。从属于所参加的脑区的有内侧前额叶皮层、楔前叶（praecuneus）、部分脑回沟（Gyrus cinguli），但是也包括海马状突起（Hippocampus）以及顶叶（Scheitellappen）的顶上叶（lobulus parietalissuperior）。由此假设，当人例如白日做梦时默认模式网络也是活动的。在不同的神经学和精神病学的疾病的情况下，例如在阿兹海默症的情况下，默认模式网络会变化。任务负激活网络例如在解决问题时是不活动的，而任务正激活网络（TPN）是活动的。也有观点，即TNN和TPN是网络的组成部分，其负相关地工作。因此默认模式网络的脑区和/或任务正激活网络的脑区是优选的用于监控检查对象状态的脑区。
在本发明的另外的有利构造中，可预先给定的脑区通过默认模式网络的脑区和任务正激活网络的脑区来确定，并且正电子发射断层成像的结果的适配是根据默认模式网络和任务正激活网络的活动分布程度的比例来确定的。
由此，在该实施形式中，确定具有占优势的默认模式网络活动和任务正激活网络活动的时间，并且得出其比例。然后根据该比例来适配正电子发射断层成像的结果。如果例如任务正激活网络活动占优势，则不采纳正电子发射断层成像的结果，也即是说例如乘以零。
在本发明的一个替选实施形式中，当至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度在可预先给定的公差范围之外时，给出警告。
在该实施形式中可以例如由用户预先给出公差范围，例如对于任务正激活网络的公差范围。在确定例如可预先给定的脑区、例如描述任务正激活网络活动的脑区的至少一个激活程度之后，检查该程度是否在预先给出的公差范围之外。如果是肯定的情况，则给出警告以便提示用户：检查对象不处在对于正电子发射断层成像的正确结果所需的状态中。
另外的有利的构造设置，在正电子发射断层成像的结果的适配中考虑这样的时间，在该时间上至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度超过可预先给定的阈值。
不希望的脑区的仅短时间的激活可能可以忽略，与之相反，在较长时段上确定检查对象的所不希望状态的正电子发射断层成像会使得结果无用。
有利地证明的是，在确定脑区的至少一个激活程度之后将该至少一个程度与激活阈值相比较时，如果脑区的该至少一个激活程度大于激活阈值，则执行可预先给定的行动，尤其是声学的和/或光学的和/或触觉的信号的输出。
如果通过监控（例如描述了默认模式网络活动的）脑区的激活而确认患者已经入睡，则可以用一组声学、光学或触觉的信号中的一个信号将患者恢复到清醒状态。声学信号可以是闹钟音调的共鸣，光学信号可以是灯的闪烁，触觉信号可以是泡沫塑料锤对于患者腿的碰撞。
合适地，在正电子发射断层成像的结果的适配中考虑PET示踪剂在检查对象体内随时间的积聚。
因为随时间的积聚不是均匀进行的，所以在各个阶段期间的数值可以相应地被加权。为此可以假设一种动力学，例如通过在初期通过实验测量确定的检定曲线。
可能的是，PET示踪剂在检查对象体内的积聚可以借助可预先给定的饱和函数来近似或通过借助MR-PET设备的测量来确定。
PET示踪剂在检查对象体内的积聚可以遵循饱和动力学，其例如可以通过数学模型，例如通过对数函数来描述。替选地可能的是，借助组合的PET-MRT设备测量该积聚，其方法是在PET中确定随时间的积聚。
优选在至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度的确定中考虑脑的分割，所述分割借助以PET-MRT设备的PET部分测量PET示踪剂的积聚来确定并且被转用于PET-MRT设备的MRT部分获得的MRT图像。
为了对网络进行监控、尤其自动化地监控，对于相应的脑区的分割是必要的。在有利地应用组合的MR-PET设备的情况下可以借助PET-积聚进行分割并且转用于MR图像。这样是有利的，因为这些脑区在PET中根据示踪剂而显示出非常特异的积聚并且可以简单地通过可预先给定的阈值来分割。
特别有利地，在至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度的确定中考虑脑图谱。
替选地可以通过借助图谱进行配准来确定脑区。分割算法是就其本身而言已知的医学图像处理的方法，关于其在科学文献中有各种各样的实现建议。
本发明的另外一个基本思路是用于执行检查对象的正电子发射断层成像的装置。该装置包括正电子发射断层成像设备、MRT设备以及计算和控制单元，其中MRT设备实施为用于在将PET示踪剂引入检查对象以后，执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度，并且将该程度提供给计算和控制单元。正电子发射断层成像设备实施为用于执行检查对象的正电子发射断层成像并且将结果提供给计算和控制单元。计算和控制单元设计为用于根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度来适配检查对象的正电子发射断层成像的结果。
计算和控制单元可以例如实施为计算机，或者其功能可以被集成在正电子发射断层成像设备中或MRT设备中。计算和控制单元可以装备有至正电子发射断层成像设备和MRT设备的数据接口，从而数据，尤其是图像数据，可以从这些设备传输到该计算和控制单元上。为此计算和控制单元进一步设计为用于根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度来适配检查对象的正电子发射断层成像的结果，其方法是例如具有实施该功能的计算机程序。优选地，计算和控制单元具有输入机构、例如计算机键盘，用于输入例如阈值或用于方法的控制。另外，计算和控制单元可以有利地具有输出机构、例如计算机显示器，用于输出适配过的正电子发射断层成像的结果。
在一个有利的改进方案中将所述装置设计为用于执行之前描述的方法。
在此，尤其也可以将计算和控制单元通过存储在计算和控制单元的存储器中并被处理的计算机程序而设计为用于执行之前描述的方法。优选地，该装置具有其它机构，其被设计用于实施之前描述的方法。例如该装置可以具有灯，以便在探测到不希望的睡眠状态时唤醒患者。
特别有利地，将正电子发射断层成像设备和MRT设备在PET-MRT设备中组合并且将PET-MRT设备以及计算和控制单元设计为用于执行之前描述的根据本发明的方法。
通过将正电子发射断层成像设备和MRT设备在一个设备中组合得出优点，例如检查对象在两种成像的情况下所限定的位置，从而可能不必配准MRT图像和正电子发射断层成像图像。
以下具体描述的实施例示出了本发明的优选实施形式。
附图说明
其它有利的改进方案得自下面的附图及其描述。其中：
图1示例性地示出了用于执行检查对象的正电子发射断层成像的根据本发明的方法的流程图；
图2示例性地示出了默认模式网络和任务正激活网络的活动曲线；
图3示例性地示出了PET示踪剂的积聚曲线；
图4象征性示出了用于执行检查对象的正电子发射断层成像的装置的示图。
具体实施方式
图1示例性示出用于执行检查对象的正电子发射断层成像的根据本发明的方法1的流程图。所述方法1包括方法步骤S1到S3。其从方法步骤S1开始并且在方法步骤S3之后结束、“结束”。各个单独的方法步骤如下：
S1）执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度；
S2）执行正电子发射断层成像；
S3）根据至少一个可预先给定的脑区的至少一个激活程度来适配正电子发射断层成像的结果。
优选通过功能性磁共振断层成像例如以用户预先给定的重复率重复确定脑区的至少一个激活程度、也就是方法步骤S1。或以预先给定的重复率重复实施方法步骤S1到S3。当满足待测试的终止标准、例如按键的操作时，则可以终止所述重复。
在图2中示例性示出用于描述本发明的实施例的默认模式网络的活动曲线10和任务正激活网络的活动曲线12。在患者沮丧的情况下应该在静息状态下测量多巴胺系统中的受体占领。为此对患者在时间点14注射18F-二羟基苯丙氨酸（Dopa）作为示踪剂，并且将患者直接置于MRT设备中。接下来借助功能性磁共振断层成像在静息中测量fMRT数据，并且于是检验默认模式网络显示出典型的相干活动还是任务正激活网络是活动的。确定具有占优势的默认模式网络活动的时间22，即默认模式网络的活动曲线10的活动值16超过上活动阈值18并且任务正激活网络的活动曲线12的活动值16低于下活动阈值18的时间。类似地确定具有占优势的任务正激活网络活动的时间24，即默认模式网络的活动曲线10的活动值16低于下活动阈值20并且任务正激活网络的活动曲线12的活动值16超过上活动阈值20。如果任务正激活网络占优势，则例如给出提示：数据不可用。替代地将随后的正电子发射断层成像的结果设为零。在“混合的”活动分布的情况下，也即是说存在两种神经网络的分量的活动分布中，可以对于正电子发射断层成像的结果进行校正。例如图2示出默认模式网络的活动和任务正激活网络的活动之间的分布大约为60：40。在这样的情况下可以如此校正正电子发射断层成像图像，使得将源自默认模式网络区域（例如内侧颞叶（medialer lobustemporalis）、内侧前额叶皮层、后扣带回（posteriores Congulum））的信号相应地加强，而将源自任务正激活网络区域（例如顶内沟（intraparietalerSulcus））的信号减弱，因为在此所述活动是所不希望的。
图3示例性示出PET示踪剂相对于时间t的积聚曲线30。因为积聚32相对于时间t不是均匀地进行的，而一般是对应于饱和动力学，类似于接近边界值34的对数函数，可以将各个阶段的数值相应地加权。为此可以例如通过在预先检查中确定的检定和校准曲线来假设动力学。或者在组合的MR-PET设备中执行检查并且在PET中确定随时间的积聚。
在图4中最终象征性示出用于执行检查对象102（在此为人类患者）的正电子发射断层成像的装置100。检查对象躺在支承机构106、在此为患者卧榻上，检查区域是脑区104。所述用于执行检查对象102的正电子发射断层成像的装置100包括正电子发射断层成像设备和MRT设备，其在PET-MRT设备110中作为PET子设备和MRT子设备被组合，以及在此为计算机形式的计算和控制单元120。MRT子设备实施为用于在将PET示踪剂引入检查对象102以后，执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个可预先给定的脑区104的至少一个激活程度并且将该至少一个程度提供给计算和控制单元120。PET子设备实施为用于执行检查对象102的正电子发射断层成像并且将结果提供给计算和控制单元120。计算和控制单元120设计为用于根据至少一个可预先给定的脑区104的至少一个激活程度来适配检查对象102的正电子发射断层成像的结果。计算和控制单元120装备有至PET子设备和MRT子设备的数据接口，使得可以将数据、尤其是图像数据从这些设备借助数据线路122引导至计算和控制单元120。此外，计算和控制单元120设计为用于根据至少一个可预先给定的脑区104的至少一个激活程度来适配检查对象102的正电子发射断层成像的结果，方法是该计算和控制单元120具有实施该功能的相应计算机程序。计算和控制单元120具有输入机构124、在此是计算机键盘，用于输入例如阈值、用于方法的控制和/或通过操作按键来终止方法的重复。
装置100和尤其计算和控制单元120可以设计为用于实施之前描述的方法，例如通过存储在计算和控制单元120的存储器中并被处理的计算机程序。装置100另外还具有用于输出光学信号的光学输出设备130、在此是灯，以及用于输出声学信号的声学输出设备128、在此是扬声器，以便例如在探测到不希望的睡眠状态时唤醒患者。
输出机构126、在此为计算机显示器，用于输出正电子发射断层成像的结果，其优选地根据至少一个可预先给定的脑区104的至少一个激活程度来适配。
概括地重复本发明的一些基本思路。在通常的神经学和精神病学的MR-PET检查中缺乏如下可能性：探测患者在示踪剂的积聚期间的状态变化和尤其是区分以不同的神经传递素运行的不同神经网络。由此至今仍然不可能以根据所探测到的患者的状态变化来校正所获得的MR-PET检查的结果。本发明尤其建议，在注射PET示踪剂和PET测量之间执行MRT测量，其借助功能性MRT方法测量可预先给定的脑区的激活。在此，将会在神经网络的激活在示踪剂的积聚期间是否对应预期方面检查该测量结果。如果不是如此，要么对用户给出相应的警告，要么校正数据。一个主要的、由其得出的优点是更准确的PET检查的结果，其例如实现了神经学或精神病学的疾病的更好的诊断。
Claims (15)
1.一种用于执行对检查对象（102）的正电子发射断层成像的方法（1），其中，在将正电子发射断层成像示踪剂引入检查对象（102）以后，所述方法（1）包括以下方法步骤：
S1）执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度；
S2）执行正电子发射断层成像；
S3）根据至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度来适配正电子发射断层成像的结果。
2.根据权利要求1所述的方法（1），其中，通过功能性磁共振断层成像重复执行对脑区（104）的所述至少一个激活程度的确定，或者其中，重复执行方法步骤S1至S3，其中能够分别预先给定重复率。
3.根据权利要求2所述的方法（1），其中，至少在正电子发射断层成像示踪剂积聚的时间段上通过功能性磁共振断层成像来重复确定脑区（104）的所述至少一个激活程度。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，通过默认模式网络的脑区（104）和/或任务正激活网络的脑区（104）来确定所述能够预先给定的脑区（104）。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，通过默认模式网络的脑区（104）和通过任务正激活网络的脑区（104）来确定所述能够预先给定的脑区（104），并且根据默认模式网络和任务正激活网络的活动分布（22，24）程度的比例来确定对正电子发射断层成像的结果的适配。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，当至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度的测度位于能够预先给定的公差范围之外时，给出警告。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，在正电子发射断层成像的结果的适配中考虑这样的时间，在该时间上所述至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度超过能够预先给定的阈值。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法（1），其中，在确定脑区（104）的所述至少一个激活程度之后将该至少一个程度与激活阈值相比较，如果脑区（104）的所述至少一个激活程度大于该激活阈值则执行能够预先给定的行动，尤其是声学的和/或光学的和/或触觉的信号的输出。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，在正电子发射断层成像的结果的适配中考虑正电子发射断层成像示踪剂在检查对象（102）内随时间的积聚（30）。
10.根据权利要求9所述的方法（1），其中，借助能够预先给定的饱和函数来近似或者通过借助正电子发射断层成像-磁共振断层成像设备进行测量来确定正电子发射断层成像示踪剂在检查对象（102）之内随时间的积聚。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，在至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度的确定中考虑脑的分割，该分割借助以正电子发射断层成像-磁共振断层成像设备的正电子发射断层成像部分对正电子发射断层成像示踪剂的积聚（30）进行测量来确定并且被转用于以正电子发射断层成像-磁共振断层成像设备的磁共振断层成像部分获得的磁共振断层成像图像。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法（1），其中，在至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度的确定中考虑脑图谱。
13.一种用于执行检查对象（102）的正电子发射断层成像的装置（100），包括正电子发射断层成像设备、磁共振断层成像设备以及计算和控制单元（120），其中，将磁共振断层成像设备实施为用于在将正电子发射断层成像示踪剂引入检查对象（102）以后，执行至少一次功能性磁共振断层成像以确定至少一个能够预先给定的脑区（104）的至少一个激活程度并且将该至少一个程度提供给计算和控制单元（120），以及其中，正电子发射断层成像设备实施为用于执行检查对象（102）的正电子发射断层成像并且将该结果提供给计算和控制单元（120），以及其中，计算和控制单元（120）设计为用于根据至少一个能够预先给定的脑区（104）的所述至少一个激活程度来适配检查对象（102）的正电子发射断层成像的结果。
14.根据权利要求13所述的装置（100），其中，所述装置被设计为用于实施根据权利要求2至10所述的方法（1）的任一个。
15.根据权利要求14所述的装置（100），其中，正电子发射断层成像设备和磁共振断层成像设备在正电子发射断层成像-磁共振断层成像设备（110）中被组合，并且其中，正电子发射断层成像-磁共振断层成像设备以及计算和控制单元（120）设计为用于实施权利要求11至12中任一项所述的方法（1）。
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