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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Positronen-Emissions-Messinformationen eines von wenigstens einem periodischen Bewegungsvorgang betroffenen Körperbereichs eines Untersuchungsobjekts im Rahmen einer Positronen-Emissions-Tomographie, sowie eine zugehörige Vorrichtung.
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Bei der Positronen-Emissions-Tomographie wird anhand einer vorher in den Organismus eines Untersuchungsobjekts eingebrachten radioaktiven Markersubstanz deren Verteilung im Körper verfolgt, um so hauptsächlich funktionelle Bilder beziehungsweise Daten der ablaufenden biochemischen und physiologischen Vorgänge zu erhalten. Die zeitliche Auflösung der Positronen-Emissions-Tomographie ist im Vergleich zu anderen bildgebenden Verfahren eher gering. Typischerweise wird die Bildaufnahme bei der Positronen-Emissions-Tomographie in verschiedenen Abschnitten durchgeführt, die als „Bettpositionen” bezeichnet werden und jeweils eine Aufnahmezeit im Bereich von 2 bis 5 Minuten erfordern. Im Vergleich zu diesen langen Aufnahmezeiten finden eine Reihe von Bewegungsvorgängen im Körper wie beispielsweise die Atmung oder der Herzzyklus mit kürzeren Zeitkonstanten statt als denjenigen, die für die Aufnahme der einzelnen „Bettpositionen” relevant sind.
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Andere, vor allem anatomische Bildgebungsverfahren, deren Daten zur Vervollständigung der Aussagekraft der Positronen-Emissions-Tomographie-Daten dienen können, die beispielsweise den Glukosemetabolismus betreffen, weisen eine höhere zeitliche Auflösung auf. So werden beispielsweise Ganzkörperaufnahmen in der Computertomographie mit Messzeiten im Bereich weniger Sekunden bis hin zu etwa zwei Minuten durchgeführt.
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Da während einer „Bettposition” der interessierende Bereich des Untersuchungsobjekts in Bewegung ist, stellen die aufgenommenen Positronen-Emissions-Daten ein Zeitmittel über die Körperbewegung dar. Dies führt zwangsläufig zu einer beträchtlichen Verringerung der Bildqualität der aus den Positronen-Emissions-Messinformationen gewonnenen Bilder.
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Zwar gibt es Ansätze, Schemata für die Aufnahme und Rekonstruktion von Positronen-Emissions-Messinformationen bereitzustellen, um zu vierdimensionalen Positronen-Emissions-Datensätzen, also zu in der Zeit aufgelösten Daten, zu gelangen, jedoch sind diese bisher unzureichend, zumal eine Fusion beziehungsweise Überlagerung mit anatomischen Daten eines anatomischen Bildgebungsverfahrens wie der Computertomographie, deren Daten nicht isozentrisch zu den Positronen-Emissions-Daten sind, nicht vorgenommen beziehungsweise nicht befriedigend erreicht werden kann.
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Beispielsweise wird versucht, während der Positronen-Emissions-Datenaufnahme auf durch den Herzzyklus beziehungsweise die Atmung bedingte Trigger zurückzugreifen. Diese Trigger detektieren Peaks im Herzzyklus beziehungsweise im Atemzyklus, die zur Rekonstruktion der Bilddaten unter Berücksichtigung der Zeitverzögerung zum Peak als zeitauflösen dem Parameter genutzt werden. Dabei besteht jedoch das Problem, dass die jeweiligen Zyklen hinsichtlich ihrer Zeitdauer veränderlich sind, beispielsweise aufgrund physiologischer Einflüsse wie Stress, Arrhythmien oder Husten oder dergleichen. Dadurch wird die zeitliche Mittelung äußerst kompliziert. Die atmungsbezogenen Trigger sind zudem aus verschiedenen Gründen nicht sehr zuverlässig, beispielsweise bezuglich der Atmungstiefe, so dass ein Peak beziehungsweise der Startpunkt eines Zyklus häufig nicht erkannt wird.
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Aus
EP 1 336 677 A2 ist ein Computertomographiegerät bekannt, bei dem es möglich ist, eine Bewegungsunschärfe in den Positronen-Emissions-Messinformationen zu korrigieren, indem zeitgleich zur Positronen-Emissions-Messung eine Messung in einem Computertomographieverfahren durchgeführt wird und ein Vergleich der aus dem Computertomographieverfahren stammenden Messinformationen mit Referenz-Messinformationen, die ebenfalls mit einem Computertomographieverfahren aufgenommen wurden, jedoch bei angehaltener Atmung des Patienten, vorgenommen wird.
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Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung von Positronen-Emissions-Messinformationen eines von wenigstens einem periodischen Bewegungsvorgang betroffenen Körperbereich eines Untersuchungsobjekts im Rahmen einer Positronen-Emissions-Tomographie anzugeben, das diesbezüglich verbessert ist und auf einfache und zuverlässige Weise die Einordnung der Positronen-Emissions-Messinformationen in ihre anatomische Umgebung ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren der vorstehend genannten Art vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:
- – Durchführung einer Positronen-Emissions-Messung in dem zu untersuchenden Körperbereich des Untersuchungsobjekts zur Ermittlung funktioneller Positronen-Emissions-Messinformationen,
- – zeitgleich zur Positronen-Emissions-Messung für wenigstens einen Messzeitabschnitt auf eine Aufnahmeebene beschränkte Aufnahme anatomischer Messinformationen des zu untersuchenden Körperbereichs mit einem anatomischen Bildgebungsverfahren mit einer hohen zeitlichen Auflösung, insbesondere mit einem Computertomographie-Verfahren,
- – Aufnahme eines vollständigen vierdimensionalen Datensatzes anatomischer Referenz-Messinformationen für wenigstens eine Periode eines Bewegungsvorgangs mit hoher zeitlicher Auflösung mit dem anatomischen Bildgebungsverfahren und
- – in Abhängigkeit eines Vergleichs der dem Messzeitabschnitt der Positronen-Emissions-Messung zugehörigen auf eine Aufnahmeebene beschränkten anatomischen Messinformationen des anatomischen Bildgebungsverfahrens mit den vierdimensionalen anatomischen Referenz-Messinformationen Zuordnung der Positronen-Emissions-Messinformationen des Messzeitabschnitts zu entsprechenden anatomischen Referenz-Messinformationen.
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Es wird also einerseits eine Positronen-Emissions-Tomographie, im Folgenden auch als PET bezeichnet, durchgeführt, um PET-Messinformationen zu erhalten. Diese PET-Messung kann automatisch mit Hilfe einer entsprechenden Steuerungseinrichtung einer PET-Einrichtung erfolgen. Durch die PET-Messung werden funktionelle Daten, die beispielsweise den Glukosemetabolismus betreffen, aufgrund der Aufnahmezeiten im Bereich einiger Minuten zeitverschmiert erhalten.
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Zeitgleich zur PET-Messung findet kontinuierlich beziehungsweise in bestimmten Intervallen oder Zeiträumen der PET-Messung eine Aufnahme mit einem anatomischen Bildgebungsverfahren im gleichen interessierenden Körperbereich des Untersuchungsobjekts statt. Diese Aufnahme ist jedoch auf eine Aufnahme- beziehungsweise Schnittebene im Gebiet des aufzunehmenden Körperbereichs beschränkt, liefert also keinen vollständigen dreidimensionalen Datensatz des anatomischen Umfelds über der Zeit, sondern lediglich anatomische Informationen in einer Ebene. Aufgrund der höheren zeitlichen Auflösung des anatomischen Bildgebungsverfahrens ist es jedoch möglich, mit diesen Bildaufnahmen eine Echtzeitkontrolle der Bewegung der anatomischen Struktur beziehungsweise des entsprechenden Körperbereichs zu erhalten. Diese Aufnahme kann, gegebenenfalls nach Auswahl eines Messprotokolls durch den den Aufnahmebetrieb überwachenden Techniker, ebenfalls vollständig oder weitgehend automatisch erfolgen.
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Ergänzend wird ein vollständiger vierdimensionaler Datensatz anatomischer Referenz-Messinformationen mit dem anatomischen Bildgebungsverfahren aufgenommen, der sich über wenigstens eine Periode eines Bewegungsvorgangs, beispielsweise einen Herzzyklus beziehungsweise einen Atmungszyklus, erstreckt. Die vierdimensionale Aufnahme muss folglich nicht während der gesamten Positronen-Emissions-Messung parallel erfolgen, sondern ist bezüglich ihrer Dauer auf einen Bruchteil des Messzeitraums für die PET beschränkt. Die Aufnahme der anatomischen Referenz-Messinformationen als vierdimensionaler Datensatz, also zeitaufgelöste Volumendaten, kann der eigentlichen PET-Messung beispielsweise vorausgehen. Während der PET-Messung selbst findet dann nur noch die Aufnahme anatomischer Daten in einer Ebene statt. Ein geeignetes Aufnahmeverfahren ist die Computertomographie.
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Selbstverständlich sind als anatomische Bildgebungsverfahren unterschiedliche Verfahren denkbar, beispielsweise Verfahren der optischen Tomographie, Ultraschallverfahren oder Magnetfeldsensorverfahren sowie Magnetresonanzverfahren. Allerdings ist das erfindungsgemäße Verfahren mit besonderem Vorteil mit anatomischen Bildgebungsverfahren zu verbinden, die zum einen zu einer Strahlenbelastung des Untersuchungsobjekts führen, während zum anderen Daten gewonnen werden, die nicht mit denen der PET isozentrisch sind.
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Im letzten Schritt wird schließlich ein Vergleich der auf einer Aufnahmeebene beschränkten anatomischen Messinformationen beispielsweise der Computertomographie, mit den vierdimensionalen anatomischen Referenz-Messinformationen durchgeführt, um von der beschränkten anatomischen Information der einen Messebene, die als Zeitkontrolle während der PET-Aufnahme erhalten wird, für einen bestimmten Zeitabschnitt beziehungsweise ein bestimmtes Intervall der Aufnahme auf die vollständigen vierdimensionalen anatomischen Referenz-Messinformationen, die zu dieser Ebene gehören, rückschließen zu können. Die Messinformationen werden hierzu z. B. mittels eines geeigneten Programmmittels, gegebenenfalls automatisch, auf den vollständigen Untersuchungsbereich extrapoliert. Hierzu können unterschiedliche Bilderkennungs- und Verarbeitungstechniken wie eine Struktur- oder Kantenerkennung verwendet werden.
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Dadurch wird es möglich, die anatomischen Daten beispielsweise der Computertomographie mit den funktionellen Daten der PET derart zu kombinieren, dass im Ergebnis eine Fusion beziehungsweise Überlagerung zu exakten vierdimensionalen anatomischen und funktionellen Bilddaten erhalten wird.
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Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dabei die Überlegung, dass die Bewegung des interessierenden Körperbereichs, beispielsweise des Herzens, zwar über der Zeit beziehungsweise in den einzelnen Zyklen variiert, diese Bewegungen jedoch innerhalb des dreidimensionalen Raums sehr ähnlich sind. Die geometrischen Formen, die beispielsweise das Herz annimmt, können in der Zeitdomäne aufgrund von Veränderungen der Geschwindigkeit des Herzschlags oder pathologischen Defekten wie Arrhythmien usw. unterschiedlich sein, jedoch besteht während eines Herzzyklus bezüglich der Raumdomäne eine große Ähnlichkeit hinsichtlich der Geometrien. Ausschlaggebend für die Bewegungsvorgänge, die während der PET-Messung zyklisch ablaufen, sind in einer Reihenentwicklung die jeweiligen Monopolterme. Auf diese Terme kann die Beschreibung der Bewegung für die räumliche Zuordnung gegebenenfalls beschränkt werden.
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Damit kann eine vergleichsweise präzise Registrierung von PET- und Computertomographie-Daten als vierdimensionaler Datensatz erreicht werden. Die Verfügbarkeit derartiger vierdimensionaler anatomischer und funktioneller Datensätze wird insbesondere in der Zukunft eine Rolle spielen, wenn schnellere funktionelle Vorgänge als der beispielsweise bisher mit der PET untersuchte Glukosemetabolismus in Kombination mit der Verwendung neuer Tracer für die PET eine Rolle spielen, beispielsweise die Natrium-Kalium-Pumpe oder der Pyruvat-Metabolismus. Dann wird der Bildgebungsprozess essenziell von der Zugänglichkeit derartiger vierdimensionaler Datensätze abhängen.
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Erfindungsgemäß kann ein solcher Datensatz in einfacher Art und Weise durch eine Extrapolation der zeitgleich erfolgenden und auf einer Aufnahmeebene beschränkten Messung der anatomischen Informationen anhand des Referenz-Datensatzes für eine Bewegungsperiode erhalten werden, unbeschadet dessen, dass die Daten der PET und der Computertomographie nicht isozentrisch sind.
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Dabei kann die Datenaufnahme nach einem Start durch einen Bediener wie beispielsweise einen medizinisch-technischen Assistenten automatisch beziehungsweise weitgehend automatisch mit Hilfe einer Steuerungseinrichtung erfolgen.
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Die vierdimensionalen anatomischen Referenz-Messinformationen können gemeinsam mit den zugeordneten Positronen-Emissions-Messinformationen des Messzeitabschnitts an wenigstens einem Bildausgabemittel bildlich dargestellt werden, insbesondere in einem Überlagerungsbild, und/oder zum Vorhalt für eine nachfolgende Darstellung in einer Speichereinrichtung abgespeichert werden. Durch eine Überlagerung der Bilder zu einem einzigen Bild sowohl mit PET-Informationen als auch mit anatomischen Informationen wird ein vollständiger vierdimensionaler Datensatz der anatomischen und funktionellen Daten erhalten und dargestellt. Eine solche Darstellung ermöglicht einen einfachen visuellen Zugang zu allen aufgenommenen Informationen, insbesondere derart, dass die PET-Messinformationen umgehend anatomisch richtig zugeordnet werden können, wodurch einem Arzt beziehungsweise einer Ärztin eine nachfolgende Auswertung beispielsweise für Diagnosezwecke erleichtert wird. Einem Techniker oder einer Technikerin wird durch eine umgehend erfolgende Darstellung ermöglicht, die Bildqualität richtig zu beurteilen. Ergänzend zur Darstellung an einem Bildausgabemittel, z. B. einem Monitor beziehungsweise einem Flachbildschirm oder dergleichen, oder alternativ kann ein Abspeichern der zugeordneten anatomischen und funktionellen Daten erfolgen. Damit wird es möglich, beispielsweise durch Abspeichern auf einer Festplatte oder einem externen Datenträger, den vierdimensionalen Datensatz der anatomischen und funktionellen Messinformationen später abzurufen. Die bildliche Darstellung beziehungsweise die Speicherung können z. B. durch ein Programmmittel gegebenenfalls automatisch oder nach Bestätigung eines Bedieners erfolgen.
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Der vollständige vierdimensionale Datensatz anatomischer Referenz-Messinformationen kann vor Beginn oder nach Abschluss der Positronen-Emissions-Messung erstellt werden. Es ist also beispielsweise möglich, zunächst einen Herzzyklus oder einen Atmungszyklus computertomographisch aufzunehmen, wonach im Anschluss die PET-Messung mit der parallelen Computertomographie-Aufnahme, die jetzt allerdings auf eine Aufnahmeebene beschränkt ist, durchgeführt wird. Analog ist es möglich, nach Abschluss der PET eine derartige Messung anatomischer Daten über einen kompletten Bewegungszyklus beziehungsweise mehrere Bewegungszyklen durchzuführen.
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Selbstverständlich kann bei Verwendung einer automatischen Steuerung, falls die gewünschte Aufnahmetechnik dies zulässt, auch während der PET-Messung einmal ein vollständiger Datensatz über eine Periode aufgezeichnet und als Referenz verwendet werden, wobei im übrigen Zeitraum der PET-Messung lediglich die Schnittaufnahmen angefertigt werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, jeweils vor und nach dem Abschluss der PET-Messung eine vollständige beziehungsweise fast vollständige Bewegungsperiode zur Gewinnung von anatomischen Daten zu verfolgen, wobei diese vierdimensionalen Daten mehrerer Zyklen beispielsweise gemittelt oder überlagert werden können, um insgesamt eine genauere Zuordnung von funktionellen und anatomischen Daten zu erhalten.
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Die auf einer Aufnahmeebene beschränkte Aufnahme anatomischer Messinformationen kann erfindungsgemäß bei Verwendung eines strahlungsbasierten anatomischen Bildgebungsverfahrens, wie beispielsweise der Computertomographie, mit niedriger Dosierung durchgeführt werden. Wird so ein fluoroskopischer Computertomographie-Scan parallel lediglich mit niedriger Dosierung durchgeführt, wird erreicht, dass die Strahlenbelastung für den Patienten nur gering ist. Lediglich für einen Bewegungszyklus muss ein vollständiger, nicht auf eine Schicht beschränkter Datensatz aufgenommen werden. Die Dosierung für die Schnitt- beziehungsweise Schichtaufnahme kann dabei so niedrig gewählt werden, dass die Bildqualität der gewählten Aufnahmeebene gerade nach eine zuverlässige Zuordnung im Hinblick auf die Referenz-Messinformationen des über eine Periode erstreckten vierdimensionalen Datensatzes ermöglicht. Die geeignete Dosis kann durch ein Optimierungsprogramm bestimmt werden.
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Der Vergleich der auf eine Aufnahmeebene beschränkten anatomischen Messinformationen mit den vierdimensionalen anatomischen Referenz-Messinformationen und/oder die Zuordnung der Positronen-Emissions-Messinformationen des Messzeitabschnitts zu entsprechenden anatomischen Referenz-Messinformationen kann wenigstens teilweise automatisch mittels eines Programmmittels und/oder manuell seitens eines Bedieners durchgeführt werden.
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Dabei werden zweckmäßigerweise sowohl der Vergleich als auch die Zuordnung durch ein Programmmittel, worunter auch ein Programmmittelpaket verstanden wird, durchgeführt. Hierzu können gleichzeitig beziehungsweise aufeinander folgend unterschiedliche Bilderkennungs- beziehungsweise Bildverarbeitungstechniken herangezogen werden. Beispielsweise können Subtraktionsverfahren sowie Struktur- oder Kantenerkennungsverfahren genutzt werden, wobei die Auswahl der zweckmäßigen Bildverarbeitungsmethoden automatisch durch das Programmmittel beziehungsweise alternativ oder ergänzend durch einen Bediener, beispielsweise einen entsprechend geschulten Informatiker oder Naturwissenschaftler, erfolgen kann.
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Es ist möglich, den automatischen Vergleich beziehungsweise die automatische Zuordnung mit einer Überprüfung und Korrektur seitens eines Bedieners zu kombinieren. Hierzu wird, zweckmäßigerweise ebenfalls durch das Programmmittel, eine Bildschirmdarstellung der Ebenenaufnahme sowie des vollständigen vierdimensionalen Datensatzes, gegebenenfalls unter Einbezug der PET-Messinformationen, erzeugt, um einem Bediener einen visuellen Vergleich und eine Zuordnung durch Auswahl der jeweils zusammengehörenden Bildelemente beziehungsweise Bilder zu ermöglichen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Körperbereich sich in Abhängigkeit der Atmung und/oder des Herzzyklus periodisch bewegen. Dies sind die wichtigsten Bewegungsvorgänge, die im menschlichen und tierischen Organismus auftreten und auf der Zeitskala der PET-Messinformationen zu Ungenauigkeiten beziehungsweise Verschmierungen aufgrund der geringen zeitlichen Auflösung führen. Die Atmung und die Herzbewegung führen nicht nur bei Aufnahmen im Bereich des Herzens und der Lunge zu Ungenauigkeiten, sondern haben darüber hinaus einen merkbaren Einfluss zumindest auf die benachbarten Körperbereiche, die diesen Bewegungen folgen und bei denen demgemäß ebenfalls eine Korrektur zur genauen Zuordnung der PET-Messinformationen erforderlich ist. Selbstverständlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung von PET-Messinformationen auch eine Berücksichtigung weiterer zyklischer Bewegungen beziehungsweise bestimmtet unwillkürlicher sonstiger Bewegungen, die wiederholt auftreten, indem z. B. zwei oder mehrere Zyklen für eine geeignete Aufnahme von Referenz-Messinformationen mit dem anatomischen Bildgebungsverfahren herangezogen und gemittelt werden beziehungsweise auf Übereinstimmengen geprüft werden. Selbstverständlich kann auch bei anderen Bewegungsvorgängen ein über einen Zyklus erstellter vierdimensionaler Datensatz ausreichend sein.
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Erfindungsgemäß können die Positronen-Emissions-Messinformationen und die anatomischen Messinformationen mit einem einzigen Detektor oder zwei benachbarten separaten Detektoren detektiert werden.
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Wird ein einziger Detektor verwendet, der in der Lage ist, sowohl die PET-Signale als auch die Signale des anatomischen Bildgebungsverfahrens, also insbesondere Computertomographie-Signale, zu empfangen, so steht das anatomische Verfahren als Echtzeitkontrolle der Bewegung der anatomischen Strukturen zur Verfügung. Der einzige Detektor löst dann die Aufgabe des isozentrischen Samplings der PET- und CT-Messinformationen. Wenn ein derartiger Detektor zur Verfügung steht, lassen sich so direkt vollständige vierdimensionale Datensätze von PET- und CT-Daten erhalten.
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Erforderlich ist für das erfindungsgemäße Verfahren jedoch lediglich eine nahe Nachbarschaft zwei, separater Detektoren für die Röntgenstrahlung der Computertomographie (beziehungsweise die Signale eines anderen anatomischen Bildgebungsverfahrens) und die Photonen der PET. Die Bewegungskorrektur der PET-Messinformationen erfolgt in diesem Fall wie vorstehend geschildert, wobei aufgrund des Prinzips, das der Erfindung zugrunde liegt, die Fluoroskopiedaten der Computertomographie, die einen bestimmten axialen Schnitt zeigen, verwendet werden können, um jede beliebige Schnittposition aus dem vierdimensionalen Referenz-Datensatz aufzufinden. Durch die simultane Datenaufnahme der fluoroskopischen Computertomographie-Messinformationen und der PET-Messinformationen mit Hilfe zweier Detektoren kann gegenwärtig die beste Approximation, nämlich mit bereits zur Verfügung stehenden und vergleichsweise einfachen Mitteln, erreicht werden.
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Bei einem Verzicht auf Fluoroskopiedaten unter alleiniger Berücksichtigung einfacher Trigger, beispielsweise durch Peaks im Herzzyklus, wäre eine Approximation der Daten des Referenz-Zyklus des anatomischen Bildgebungsverfahrens bezüglich der PET-Messinformationen erforderlich, wodurch sich im Unterschied zum erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu vernachlässigende Fehler ergäben, deren Größenordnung weit über der der reinen räumlichen Approximation liegt.
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Erfindungsgemäß können für jeweils mehrere Messzeitabschnitte Positronen-Emissions-Messinformationen den entsprechenden anatomischen Referenz-Messinformationen zugeordnet werden. So erfolgt während der PET-Messung, mit besonderem Vorteil mehrfach innerhalb eines Bewegungszyklus, beispielsweise des Herzens, eine Zuordnung der PET-Daten bezüglich der anatomischen vierdimensionalen Daten, um eine möglichst optimale Zeitauflösung der PET-Messinformationen zu erreichen. Der Atmungsbeziehungsweise Herzzyklus oder andere periodische Bewegungsvorgänge im zu untersuchenden Körperbereich werden so in Timeslots aufgeteilt, für die jeweils eine Zusammenstellung anatomischer und funktioneller Daten vorgenommen wird. Die Zuordnung kann über ein hierzu oder auch für andere Aufgaben z. B. auf einer Steuerungseinrichtung des Aufnahmebetriebs implementiertes Programmmittel erfolgen.
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Die Positronen-Emissions-Messinformationen und die zugeordneten anatomischen Referenz-Messinformationen der mehreren Messzeitabschnitte können jeweils gemeinsam bildlich dargestellt werden, und aus den bildlichen Darstellungen kann ein den Zeitablauf der funktionellen und anatomischen Messinformationen wiedergebender Film und/oder eine Bilderfolge erstellt werden. Dies erfolgt zweckmäßigerweise automatisch oder mit Bedienerunterstützung über ein der Steuerungseinrichtung für die Bildaufnahme zugeordnetes Programmmittel, das gegebenenfalls auch für den Datenvergleich und die Zuordnung eingesetzt wird und bei dem es sich um ein Programmpaket aus mehreren Bestandteilen handeln kann. Die Erstellung des Films beziehungsweise der Bilderfolge kann vollautomatisch erfolgen, wobei die Darstellung an einem Bildausgabemittel seitens des Programmmittels, das auf einer Datenverarbeitungseinrichtung läuft, nicht sofort erfolgen muss, sondern gegebenenfalls später nach einem Abruf durch einen Bediener, beispielsweise zur Ansicht durch einen Arzt, erfolgen kann.
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Der Film und/oder die Bilderfolge werden gegebenenfalls wenigstens teilweise automatisch mittels eines Programmmittels und/oder manuell seitens eines Bedieners erstellt und/oder an einem Bildausgabemittel dargestellt und/oder zum Vorhalt für eine nachfolgende Darstellung in einer Speichereinrichtung abgespeichert. Es ist also möglich, dass ein Bediener beispielsweise in Interaktion mit dem Programmmittel einen bestimmten Zeitraum vorgibt, für den ein Film erstellt werden soll, oder auch mehrere filmisch zu erfassende Interwalle der PET-Messung vorgibt. Für diese Bereiche werden dann zweckmäßigerweise mit Programmmittelunterstützung die gewünschten Bilderfolgen beziehungsweise Filme erstellt. Die Darstellung an einem Monitor beziehungsweise einem anderen Bildausgabemittel, beispielsweise einem anderen Bildausgabemittel in einem lokalen Netzwerk, kann durch das Programmmittel bewirkt werden, beispielsweise durch direkten Zugriff auf einen Rechner des Rechnerverbunds oder durch Versendung der Daten über e-Mail an einen Arzt, der von diesen Kenntnis erhalten soll. Daneben ist es möglich, dass gegebenenfalls nach einer entsprechenden Verfügung eines Bedieners, bei dem es sich um einen Informatiker oder einen Techniker handeln kann, ein Abspeichern der Filmdaten beziehungsweise der Bilderfolge auf einem internen oder externen Datenträger einer Datenverarbeitungseinrichtung beispielsweise in einem Netzwerk erfolgt.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung von Positronen-Emissions-Messinformationen eines von wenigstens einem periodischen Bewegungsvorgang betroffenen Körperbereichs eines Untersuchungsobjekts im Rahmen einer Positronen-Emissions-Tomographie, umfassend Mittel zur Ermittlung funktioneller Positronen-Emissions-Messinformationen und zur Aufnahme anatomischer Messinformationen mit einer hohen zeitlichen Auflösung und ausgebildet zur Durchführung des Verfahrens wie vorstehend geschildert.
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Die Vorrichtung ermöglicht somit die Aufnahme von PET-Daten in Körperbereichen, die aufgrund des Herzschlags oder der Atmung oder weiterer Vorgänge in Bewegung sind beziehungsweise durch diese Bewegungsvorgänge in einem gewissen Maß mitbewegt werden. Die Vorrichtung umfasst Mittel zur Aufnahme von PET-Messinformationen und anatomischen Messinformationen, vorzugsweise Computertomographie-Informationen. Es handelt sich somit beispielsweise um ein integriertes PET- und Computertomographie-System mit entsprechenden Detektionsmitteln für die Signale, wozu beispielsweise zwei sich in räumlicher Nachbarschaft befindende separate Detektoren für die Röntgenstrahlung der Computertomographie und die PET-Photoneu vorgesehen sein können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist so ausgebildet, dass anatomische Daten mit einer hohen zeitlichen Auflösung und gleichzeitig funktionelle Daten der PET ermittelt werden können. Dabei wird mit dem anatomischen Bildgebungsverfahren ein vierdimensionaler Datensatz zumindest einer Bewegungsperiode erstellt, während die PET-Aufnahmemittel gleichzeitig mit den anatomischen Aufnahmemitteln nach beziehungsweise vor der Aufnahme des Referenz-Datensatzes eine Messung durchführen, die es ermöglicht, im Ergebnis einen vierdimensionalen Datensatz anatomischer und funktioneller Bilddaten zu erhalten.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Ausführungsbeispiele sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze zu den Grundlagen des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2A, 2B sowie 2C den prinzipiellen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
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1 zeigt eine Prinzipskizze zu den Grundlagen eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass die periodischen Bewegungsvorgänge im Körper als Superpositionen unterschiedlicher Ordnungen einer Multipolentwicklung betrachtet werden. In erster Näherung wird dabei das Herz als Kugel betrachtet. Die erste Ordnung der Multipolentwicklung ist ein Monopol 1, der in der 1 dargestellt ist. Die periodische Bewegung, der der zu untersuchende Körperbereich unterliegt, entspricht in dieser ersten Näherung einem Sichausdehnen beziehungsweise einem erneuten Zusammenziehen eines sphärischen Bereichs, hier angedeutet durch die Kugelschalen 2 beziehungsweise 3, die sich in unterschiedlichen Abständen vom Kugelmittelpunkt 4 befinden. Die Bewegung in Art einer atmenden Kugel wird vorliegend durch die Pfeile 5, die in diesem Fall die Ausdehnung andeuten, dargestellt.
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Die übrigen Terme der Multipolentwicklungen, also beispielsweise die Terme zweiter Ordnung für einen Dipol, entsprechend einer schwingenden Kugel, beziehungsweise vierter Ordnung für einen Quadrupol entsprechend einer sich verformenden Kugel ohne Massen- und Schwerpunktsänderung, leisten geringere Beiträge zur Gesamtbewegung und werden deshalb beim vorliegenden Verfahren nicht berücksichtigt. Als dominierende Bewegung wird lediglich der erste Term, nämlich der Monopol, betrachtet.
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Die 2A, 2B sowie 2C zeigen den prinzipiellen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 2A sind ausschnittsweise Referenz-Messinformationen bildlich dargestellt, die zu einem vollständigen vierdimensionalen Datensatz gehören. Die Referenz-Messinformationen in den Darstellungen A1 bis A6 umfassen einen Herzzyklus, wobei das Herz 6 hier in einer Kugelform, entsprechend dem ersten Term einer Monopolentwicklung, dargestellt ist. Das Herz dehnt sich im Verlauf des Herzzyklus von der Bilddarstellung A1 bis zur Bilddarstellung A4 aus, um sich anschließend wieder bis zur Form des Bildes A1 zusammenzuziehen. So werden durch die eine im Vergleich zur PET-Messung hohe Zeitauflösung aufweisenden Referenz-Messinformationen, die vorliegend Daten eines Computertomographie-Verfahrens sind, die unterschiedlichen Bewegungsformen des Herzens 6 über einen Zyklus erhalten.
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Während der PET-Messung wird, wie in der 2B angedeutet, parallel eine fluoroskopische Computertomographie-Aufnahme in lediglich einer Ebene erstellt. Die Computertomographie-Aufnahme weist eine höhere Zeitauflösung als das PET-Verfahren auf, wobei beispielsweise die Bildaufnahmen B1 bis B3 erhalten werden, in denen jeweils die Aufnahmeebene 7 der Fluoroskopie-Aufnahme dargestellt ist. Die PET-Messinformationen beziehungsweise die entsprechenden Signale sind durch die schraffierten Bereiche 8 angedeutet. Durch die Auflösung der fluoroskopischen Aufnahmen ist ersichtlich, dass die PET-Messinformationen stark durch die Bewegung des Herzens beeinflusst werden, so dass für die Ermittlung aussagekräftiger Informationen anhand der gewonnenen PET-Daten eine Zuordnung zu den anatomischen Strukturen äußerst hilfreich oder sogar notwendig ist.
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Hierzu wird, wie in der 2C angedeutet, mit Hilfe der Fluoroskopie-Daten eine Zuordnung zu den Referenz-Messinformationen des in der 2A dargestellten ersten Schritts durchgeführt. Die Bildaufnahmen C1 bis C3 der oberen Zeile der 2C zeigen jeweils die Aufnahmeebene 7 mit den in dieser Ebene befindlichen PET-Messinformationen, also jeweiligen Ausschnitten der Bereiche 8, hier mit 8a bezeichnet. Die Aufnahmeebenen 7 der Fluoroskopieaufnahmen der PET-Messung werden mit den vollständigen Computertomographiebilder des in der 2A dargestellten Schritts 1 des Verfahrens verglichen. Die Referenz-Messinformationen des eine vollständige Herzperiode umfassenden Datensatzes der Computertomographie sind in den Bilddarstellungen C4 bis C9 gezeigt. Der Vergleich zwischen den Bilddarstellungen C1 bis C3 und den Darstellungen C4 bis C9 für die Referenz-Messinformationen ergibt in den Fällen der Bilddarstellungen C6, C7 sowie C9 keine Zugehörigkeit zur jeweiligen Bewegungsphase, so dass dementsprechend keine Zuordnung der auf eine Aufnahmeebene beschränkten Fluoroskopiedaten mit den zugehörigen PET-Daten zu dem vollständigen vierdimensionalen Datensatz des Schrittes der 2A möglich ist.
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Im Fall der Bilddarstellungen C4, C5 sowie C8 wird jedoch eine Übereinstimmung beim Vergleich festgestellt, die es ermöglicht, die PET-Messinformationen in ihrem durch den Referenz-Bilddatensatz gegebenen anatomischen Kontext darzustellen, hier angedeutet durch die Überlagerungsbilder der Bilddarstellungen C4, C5 und C8. Diese Überlagerungsbilder können, gegebenenfalls nach einer Abspeicherung seitens eines Programmmittels beziehungsweise eines Technikers, einem Arzt vorgelegt werden, der nun die Möglichkeit hat, den Untersuchungsbereich beziehungsweise den interessierenden Körperbereich mit den PET-Signalen im Zusammenhang seiner anatomischen Umgebung zu beurteilen. Dadurch lässt sich die exakte Position der PET-Emitter bezüglich der anatomischen Umgebung angeben. Gleichzeitig ist die Strahlenbelastung für den Patienten gering, da lediglich für einen Bewegungszyklus des Herzens 6 ein vollständiger anatomischer Datensatz mit Hilfe der Computertomographie erstellt werden muss, während über den längeren Messzeitraum der PET-Messung die Fluoroskopieaufnahme auf eine Ebene beschränkt werden kann.
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In der 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 9 dargestellt. Die Vorrichtung 9 umfasst eine Messeinrichtung 10 mit Mitteln zur Ermittlung funktioneller Positronen-Emissions-Messinformationen und zur Aufnahme anatomischer Computertomographie-Messinformationen, wie durch die beiden Kästchen 11 und 12 angedeutet. Ein Patient 13 wird auf einer Patientenliege 14 zur Erstellung von PET-Messinformationen und zur Aufnahme von Computertomographie-Messinformationen in die Messeinrichtung 10 eingeführt, die über zwei benachbarte Detektoren, hier angedeutet durch das Kästchen 15, verfügt, die zur Aufnahme der PET-Signale einerseits und zur Detektion der Röntgensignale andererseits dienen. Die Steuerung der Messeinrichtung 10 erfolgt über eine Steuerungseinrichtung 16, an die wiederum die Signale der Detektoren, angedeutet durch das Kästchen 15, weitergeleitet werden. Um eine Aufnahme eines einer zyklischen Bewegung unterliegenden Körperbereichs des Patienten 13 durchzuführen, wird seitens eines Bedieners 17 der Aufnahmebetrieb der Vorrichtung 9 gestartet, wozu der Bediener 17 die Bedieneinrichtung 18, die ein Bildausgabemittel umfasst, bedient.
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Dabei wird die erfindungsgemäße Vorrichtung 9 zunächst verwendet, um einen Referenz-Bilddatensatz von Computertomographiedaten aufzunehmen, der die vollständige anatomische Struktur, die untersucht werden soll, beziehungsweise zusätzlich einen umgebenden Bereich zeigt. Anschließend werden parallel eine Computertomographieaufnahme und eine Aufnahme von PET-Daten durchgeführt, wobei die eine hohe Zeitauflösung aufweisende Computertomographie-Fluoroskopieaufnahme lediglich in einer Aufnahmeebene erfolgt. Anschließend wird mit Hilfe eines Programmmittels, das auf der Steuerungseinrichtung 16 in einem entsprechenden Speicherbereich abgelegt ist, ein Vergleich durchgeführt, der es ermöglicht, von den lediglich eine Schicht zeigenden Daten, die während der PET-Messung mit der Computertomographie aufgenommen wurden, auf die den empfangenen PET-Signalen korrekt zuzuordnenden anatomischen Strukturen des Referenz-Bilddatensatzes, der vorab aufgenommen wurde, rückzuschließen.
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Damit können vierdimensionale anatomische und funktionelle kombinierte PET- und Computertomographiebilder erhalten und dem Bediener 17 an dem Bildausgabemittel der Bedieneinrichtung 18 angezeigt werden. Für eine spätere Befundung durch einen Arzt oder dergleichen werden diese vierdimensionalen Datensätze zudem auf einer Speichereinrichtung der Steuerungseinrichtung 16 abgelegt. Der Aufnahmebetrieb und die Weiterverarbeitung der Messinformation erfordern kein Eingreifen des Bedieners 17, sondern können, zumindest im Wesentlichen, automatisch erfolgen.
