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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewegungsvorgänge berücksichtigenden
Aufnahme von Messdaten eines Patienten mittels einer sowohl für die Aufnahme
von bewegungsbezogenen Messdaten, insbesondere von Messdaten mit
hoher zeitlicher Auflösung
und/oder von im Hinblick auf Bewegungsvorgänge interpolierbaren Messdaten,
mit einem bildgebenden Verfahren und/oder mittels wenigstens eines
Sensorelements als auch für
die Aufnahme von nuklearmedizinischen Messdaten, insbesondere mit
einer geringeren zeitlichen Auflösung, ausgebildeten
medizinischen Einrichtung sowie eine zugehörige medizinische Einrichtung.
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In
jüngster
Zeit sind in der medizinischen Bildgebung zunehmend sogenannte „Hybridmodalitäten" im Einsatz, beispielsweise
Modalitäten,
die gleichzeitig für
die Aufnahme von Computertomographie- sowie Positronen-Emissions-Tomographiedaten
(PET-Daten) ausgebildet sind, oder Modalitäten, mit denen es möglich ist,
sowohl Magnetresonanzaufnahmen als auch Positronen-Emissions-Tomographieaufnahmen
bzw. Magnetresonanzaufnahmen und Single-Photon-Emission-Computed-Tomography-Aufnahmen (SPECT-Aufnahmen)
anzufertigen. Auch andere Hybridmodalitäten sind denkbar, beispielsweise
eine Modalität,
die die Fähigkeit
zur Erstellung von Computertomographieaufnahmen (CT-Aufnahmen) sowie
von SPECT-Aufnahmen aufweist.
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Vorteilhaft
an diesen Hybridmodalitäten
ist, dass mit ihnen jeweils eine Kombination wenigstens einer Modalität mit einer
hohen zeitlichen bzw. örtlichen
Auflösung
(z. B. Magnetresonanztomographie (MR) bzw. CT) mit wenigstens einer
Modalität
mit hoher Sensitivität
(z. B. SPECT oder Positronen-Emissions-Tomographie (PET) bzw. ein
anderes nuklearmedizinisches Verfahren) zur Verfügung steht.
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Bei
nuklearmedizinischen Aufnahmen besteht nämlich das Problem, dass die
Auflösung
durch verschiedene Faktoren begrenzt ist, beispielsweise durch die
Patientenbewegung während
der Datenerfassung. Andererseits weisen Verfahren wie die Magnetresonanztomographie
eine hohe anatomische Genauigkeit und/oder eine hohe zeitliche Auflösung auf.
Deswegen wird bei den Hybridmodalitäten zusätzlich zur nuklearmedizinischen
Aufnahme von Daten eine ergänzende
Magnetresonanzaufnahme bzw. Computertomographieaufnahme oder dergleichen
vorgenommen.
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Bei
der Aufnahme nuklearmedizinischer Daten wurde bisher versucht, einen
sinnvollen Kompromiss hinsichtlich der Datenerfassungsdauer zu finden.
Die Akquisitionszeit sollte lang genug sein, um genügend Ereignisse
zu detektieren, aber andererseits kurz genug, so dass der Patient
währenddessen noch
ruhig liegen kann. Die Einflüsse
der Atem- bzw. Herzbewegung wurden durch verschiedene Verfahren
eingeschränkt,
beispielsweise durch Gating-Methoden, bei denen eine Aufnahme von
Messdaten beispielsweise nur in der Exhalationsphase erfolgt. Des
Weiteren existieren verschiedene Ansätze, die Bewegung des Patienten über optische
Systeme mitzuverfolgen, um sie nachträglich in die Rekonstruktion
der nuklearmedizinischen Daten einzubeziehen.
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Derartige
Verfahren sind aber nur begrenzt in der Lage, Verbesserungen der
Bildaufnahme zu erreichen bzw. erfordern einen beachtlichen technischen
Aufwand.
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Der
Erfindung liegt damit die Aufgabe zu Grunde, eine diesbezüglich verbesserte,
insbesondere exaktere und klinisch nutzbare, Methode der Bewegungskorrektur
anzugeben.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist ein Verfahren der eingangs genannten Art mit
den folgenden Schritten vorgesehen:
- – Aufnahme
nuklearmedizinischer Messdaten mit der medizinischen Einrichtung,
- – simultane
Aufnahme von bewegungsbezogenen Messdaten mit der medizinischen
Einrichtung,
- – bei
laufender Messdatenaufnahme Ermittlung wenigstens einer wenigstens
einen Bewegungsvorgang des Patienten und/oder im Körper des Patienten
betreffenden Bewegungsinformation durch Auswertung wenigstens eines
Teil der bereits aufgenommenen bewegungsbezogenen Messdaten seitens
einer Recheneinrichtung der medizinischen Einrichtung und
- – parallel
zur Messdatenaufnahme in Abhängigkeit
der wenigstens einen ermittelten Bewegungsinformation Durchführung einer
Bewegungskorrektur für
wenigstens einen Teil der nuklearmedizinischen Messdaten in Echtzeit
durch die Recheneinrichtung.
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Es
wird also gezielt die insbesondere bei den Hybridmodalitäten als
bildgebende medizinische Einrichtungen bestehende Möglichkeit
ausgenutzt, dass eine simultane (zeitgleiche bzw. parallele) Aufnahme sowohl
nuklearmedizinischer Daten als auch gegebenenfalls zeitlich und örtlich hoch
aufgelöster
Daten, beispielsweise eines Magnetresonanztomographen bzw. eines
Computertomographen, erfolgen kann. Damit kann ein Untersuchungsvolumen
gleichzeitig und gegebenenfalls sogar isozentrisch abgebildet werden,
beispielsweise mit einer MR-PET-Modalität oder einer
MR-SPECT-Modalität.
Gegebenenfalls sind die bewegungsbezogenen Messdaten aber auch keine
Bilddaten, sondern z. B. Sensordaten, aus denen bei einer medizinischen
Einrichtung mit entsprechenden Sensoren ebenfalls Bewegungsinformationen
ableitbar sind. Falls die Zeitauflösung der Bewegungsdetektion
nicht hinreichend hoch ist, kann zwischen zwei Bewegungsdetektionen
interpoliert werden.
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Durch
die z. B. zeitlich und anatomisch hoch aufgelösten Daten eines bildgebenden
Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung ist es möglich, die
Patientenbewegung noch während
der Untersuchung zu protokollieren und die nuklearmedizinischen
Daten entsprechend zu korrigieren. Dadurch kann die Bildqua lität der nuklearmedizinischen
Aufnahmen deutlich gesteigert werden. Dies ist beispielsweise bei
nicht zu vermeidenden Bewegungen wie der Herzbewegung, der Atmung
oder einer Darmbewegung von Vorteil. Ebenso besteht ein Vorteil
bei Patienten, die besonders agitiert oder unkooperativ bzw. auf
Grund ihrer Krankheit nicht in der Lage sind, eine gewisse Zeit
ruhig zu liegen.
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Es
wird somit, noch während
die Messdatenaufnahme läuft,
aus den zu diesem Zeitpunkt bereits vorliegenden bewegungsbezogene
Messdaten vorzugsweise mit hoher zeitlicher Auflösung, also beispielsweise aus
Magnetresonanzdaten, durch eine Recheneinrichtung der Hybridmodalität wenigstens eine
Bewegungsinformation ermittelt bzw. aus den Daten extrahiert. Beispielsweise
kann dies eine Information sein, die die Atembewegung des Patienten betrifft.
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Aus
dieser Information wird parallel zur laufenden Messdatenaufnahme
wenigstens eine Bewegungskorrekturinformation abgeleitet. Es wird
somit eine mitführende
Bewegungskorrektur in Echtzeit vorgenommen. Mitführend zur Datenakquisition
erfolgt eine Auswertung der bereits vorliegenden zeitlich hoch aufgelösten Daten
bzw. zumindest eines Teils der Daten, um daraus Korrekturinformationen bezüglich gegebenenfalls
erfolgter Bewegungsvorgänge
zu erhalten, wobei die Auswertung schritthaltend zur Akquisition
erfolgt.
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Die
ermittelte Bewegungskorrektur wird somit unmittelbar während der
Messung, also direkt in Echtzeit durchgeführt.
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Dabei
ist natürlich
nur in dem Fall, dass tatsächlich
eine Bewegung stattgefunden hat, eine Korrektur erforderlich. Wird
eine Auswertung derart durchgeführt
bzw. eine Bewegungsinformation derart ermittelt, dass sich der für die Aufnahme
relevante Körperbereich
des Patienten nicht bewegt hat, so wird dementsprechend die Bewegungskorrektur
so durchgeführt,
dass im Hinblick auf eine gegebenenfalls zuvor ermittelte Bewegungsinformation
keine Änderung
erfolgt und diese weiterhin zugrunde gelegt wird bzw. bei einer
initial ermittelten Bewegungsinformation keine weitergehende Korrektur
der Daten vorgenommen wird.
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So
ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, die
nuklearmedizinischen Bilder, bei denen es sich beispielsweise um
PET-Bilder mit einer Auflösung
im Bereich von drei Millimetern handelt, effektiv im Hinblick auf
Bewegungsvorgänge
des Patienten bzw. im Körper
des Patienten zu korrigieren. Hierzu ist eine Detektion im Genauigkeitsbereich
von etwa einem Millimeter erforderlich. Dies entspricht bei einem
Field of View von fünfhundert
Millimetern einer Winkelauflösung
von Rotationsbewegungen im Bereich von 0,3 Grad.
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Wesentlich
für die
Erfindung ist es in jedem Fall, dass die Bewegungskorrektur grundsätzlich mitführend in
Realtime stattfindet.
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Erfindungsgemäß kann die
Bewegungskorrektur prospektiv durchgeführt werden, insbesondere derart,
dass eine Bewegungskorrektur für
neu aufgenommene Messdaten solange in Abhängigkeit einer bestimmten Bewegungsinformation
durchgeführt wird,
bis eine entsprechende neue Bewegungsinformation vorliegt, und/oder
dass eine bestimmte Bewegungsinformation zur Durchführung einer
Bewegungskorrektur für
neu aufgenommene Messdaten angepasst wird.
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Die
Bewegungskorrektur wird somit also vorausschauend durchgeführt. Sobald
der aktuelle Bewegungszustand bekannt ist, wird dieser in Echtzeit auf
die folgend einlaufenden nuklearmedizinischen Messdaten angewendet,
beispielsweise solange, bis eine neue Bewegungsinformation vorliegt.
Dies bietet den Vorteil, dass einlaufende Daten ohne Wartezeit unmittelbar
verarbeitet werden können.
Auch bei einem möglichen
Abbruch einer Datenaufnahme sind alle aufgenommenen und abgespeicherten
nuklearmedizinischen Daten, beispielsweise alle PET-Messdaten, bereits
bewegungskorrigiert. Diese prospektive Bewegungskorrektur findet
somit in Echtzeit während
der laufenden Messung statt. In entsprechender Art und Weise kann
prospektiv eine Bewegungsinformation verändert bzw. angepasst werden,
die bereits zur Durchführung
einer Bewegungskorrektur verwendet wird. Die neu aufgenommenen Messdaten
werden dann mit der entsprechend veränderten Bewegungsinformation
bzw. auf Grundlage dieser veränderten
Bewegungsinformation korrigiert.
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Die
Bewegungskorrektur kann des Weiteren ergänzend für wenigstens einen Teil der
bewegungsbezogenen Messdaten, z. B. solche Messdaten mit hoher zeitlicher
Auflösung,
durchgeführt
werden. Es ist also möglich,
nicht nur die nuklearmedizinischen Daten hinsichtlich der Bewegung
des Patienten bzw. eines Körperbereichs
des Patienten zu korrigieren, sondern außerdem die Bewegungsinformationen bzw.
die eine Bewegungsinformation dazu zu verwenden, ebenso bei den
bewegungsbezogenen Messdaten, beispielsweise den Magnetresonanzdaten,
eine Bewegungskorrektur vorzunehmen.
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Eine
solche Bewegungskorrektur kann beispielsweise ein Mitführen eines
Normbildes eines Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung bedeuten. Wenn
die Bewegungsinformationen immer relativ zu einem festen Normbild
aufgenommen werden, besteht unter Umständen das Problem, dass es bei
größeren Bewegungsamplituden
immer schwieriger wird, die Informationen zuverlässig und genau zu ermitteln.
Deshalb ist es von Vorteil, auch die Aufnahmen, die zur Bewegungsdetektion
dienen, selbst prospektiv zu korrigieren.
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Eine
solche Bewegungskorrektur kann beispielsweise durchgeführt werden,
indem ein Referenzkoordinatensystem für die Aufnahme der bewegungsbezogenen
Messdaten mit hoher zeitlicher Auflösung bzw. zur Interpolation
mitführend
bewegungskorrigiert wird. Beispielsweise kann ein Referenzkoordinatensystem,
in dem Magnetresonanzbilder aufgenommen werden, mit jeder detektierten
Bewegung mitgeführt
werden.
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In
diesem Fall wird erfindungsgemäß die Bewegungskorrektur
für wenigstens
einen Teil der nuklearmedizinischen Messdaten unter Berücksichtigung
der Translation und/oder Rotation des Referenzkoordinatensystems
und der Translation und/oder Rotation wenigstens eines Aufnahmeobjekts
im Referenzkoordinatensystem durchgeführt. Die Aufnahmen, die einen
bestimmten Untersuchungsbereich des Patienten bzw. ein Aufnahmeobjekt
wie das Herz bzw. einen bestimmten Körperbereich oder den Patienten
insgesamt betreffen, werden also, insoweit es sich um die nuklearmedizinischen
Daten handelt, dahingehend bewegungskorrigiert, dass zum einen die
Veränderung
des Referenzkoordinatensystems Berücksichtigung findet, zum anderen
die Bewegung des Objekts bezüglich
dieses Koordinatensystems.
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Für die Bilder
des Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung bzw. für die Aufnahme der bewegungsbezogenen
Messdaten allgemein bietet die Mitführung des Referenzkoordinatensystems
den Vorteil, dass die Bilder unabhängig von der jeweiligen Bewegungsamplitude
immer sehr ähnlich
aussehen, so dass eine zuverlässige
Registrierung eines aktuellen Bewegungszustands erleichtert wird.
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Erfindungsgemäß können als
bewegungsbezogene Messdaten Magnetresonanzdaten und/oder Computertomographiedaten
und/oder Ultraschalldaten und/oder Sensordaten, insbesondere wenigstens eines
optischen und/oder elektrischen Sensorelements, und/oder als nuklearmedizinische
Messdaten Positronen-Emissions-Tomographiedaten und/oder Single-Photon-Emission-Computed-Tomography-Daten
aufgenommen werden. Selbstverständlich
können
ebenso hier nicht erwähnte
Aufnahmeverfahren zum Einsatz kommen. Dabei ist bei den zeitlich
hoch aufgelösten
Verfahren darauf zu achten, dass die Auflösung hoch genug ist, damit
eine Bewegungskorrektur der nuklearmedizinischen Daten möglich ist,
bzw. dass bewegungsbezogene Messdaten eine Interpolation erlauben,
wenn die zeitliche Auflösung
geringer ist. So können
gegebenenfalls auch (zumindest ergänzend) Ultraschallverfahren bzw.
z. B. optische und/oder elektrische und andere Bewegungsdetektoren
zum Einsatz kommen. Selbstver ständlich
können
Hybridmodalitäten
eingesetzt werden, mit denen eine Datenaufnahme mit mehr als zwei
Verfahren möglich
ist. Beispielsweise kann eine Hybridmodalität Magnetresonanztomographieaufnahmen
und außerdem
ergänzend
eine Aufnahme von PET- und SPECT-Daten ermöglichen.
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Mit
besonderem Vorteil kann bei einer Aufnahme von Magnetresonanzdaten
als z. B. zeitlich hoch aufgelösten
bewegungsbezogenen Messdaten wenigstens eine Bewegungsinformation
im reziproken k-Raum ermittelt werden. Dementsprechend wird eine
Bewegungsinformation (bei der Magnetresonanztomographie, prinzipiell
aber auch bei anderen dies ermöglichenden
Bildaufnahmeverfahren) im Fourier-Raum statt im Bildraum ermittelt.
Damit ist eine besonders schnelle Datenaufnahme bzw. -auswertung
möglich.
Für die
Ermittlung der Bewegungsinformation genügt es dabei, Daten in einem
kleinen Teil des Fourier-Raums aufzunehmen. Aus diesen Daten lässt sich
kein Bild generieren, wohl aber eine verlässliche Bewegungsinformation
extrahieren.
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Insbesondere
kann die Bewegungsinformation bzw. können die mehreren Bewegungsinformationen
im k-Raum anhand wenigstens eines aufgenommenen Navigationsscans
ermittelt werden. Im k-Raum
ist es mit sehr schnellen Navigationsscans bzw. Orientierungsscans
möglich,
Informationen über
die Starrkörperbewegung
zu erhalten. Für
die Navigationsscans genügen
wenige Millisekunden. Damit sind entsprechend zeitlich sehr hoch
aufgelöste
Bewegungskorrekturen möglich.
Die Navigatoraufnahmen können
ausschließlich
zur Ermittlung von Bewegungsdaten dienen. Eine Starrkörperbewegung kann
mit orbitalen, sphärischen
oder Kleeblatt-Navigatoren (sogenannten „Cloverleaf"-Navigatoren) schnell vermessen und ermittelt
werden. Die Aufnahmedauer eines einzelnen Navigators liegt im Millisekundenbereich,
wobei die Navigatoraufnahme ohne größere Probleme in einen standardmäßigen Magnetresonanzbildgebungsvorgang
eingebaut werden kann. Die Navigatoren werden also innerhalb einer klinischen
Bildgebungssequenz (z. B. zur Gewinnung anatomi scher Daten) aufgenommen
bzw. vor oder nach klinischen Aufnahmen.
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Mit
besonderem Vorteil werden die bewegungsbezogenen Messdaten und die
nuklearmedizinischen Messdaten isozentrisch und/oder mit synchronisierten
Zeitstempeln aufgenommen. Die zeitgleiche und isozentrische Aufnahme
ermöglicht
eine besonders exakte Bewegungskorrektur. Durch synchronisierte
Zeitstempel werden Fehler vermieden. Ist die Datenaufnahme isozentrisch
und erfolgt mit synchronisierten Zeitstempeln, so lässt sich
die Exaktheit der Bewegungskorrektur durch die zeitliche Auflösung von
Bildaufnahmen eines Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung und
die Bewegungsdetektion gezielt steuern.
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Aus
der wenigstens einen Bewegungsinformation bzw. einer Vielzahl ermittelter
Bewegungsinformationen kann wenigstens eine Abbildungsvorschrift
für die
Bewegungskorrektur bestimmt werden, insbesondere im Rahmen einer
automatischen Bewegungsdetektion für die Messdatenaufnahme mit hoher
zeitlicher Auflösung.
Die Bewegungsvorgänge des
Patienten bzw. im Körper
des Patienten können also
unter Berücksichtigung
von Zeitstempeln in Abbildungsvorschriften umgewandelt werden, die
dann für
die nuklearmedizinische Bildrekonstruktion verwendet werden. Beispielsweise
können
während
der nuklearmedizinischen Datenerfassung übliche klinische Magnetresonanzmessungen
durchgeführt
werden, wobei über
geeignete Koregistrierungsfunktionen (z. B. in Fusionierungssoftware)
z. B. bei einer rigiden Bewegungskorrektur die Translations- und
die Rotationsparameter ermittelt werden. Als Zeitstempel dient der
Messzeitpunkt der jeweiligen Magnetresonanzsequenz. Diese Information
wird dann als Abbildungsvorschrift an die nuklearmedizinische Rekonstruktion übergeben.
Ebenso wie die klinischen Magnetresonanzmessungen können die
Daten einer Magnetresonanzschwächungskorrekturmessung
zur Bewegungsdetektion verwendet werden.
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Die
Bewegungsinformation dient also dazu, eine Abbildung zu definieren,
die hinterher für
die Datenkorrektur mitführend
zur Datenakquisition verwendet wird.
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Des
Weiteren kann wenigstens eine Bewegungsinformation unter Verwendung
wenigstens eines für
die Aufnahme der bewegungsbezogenen Messdaten vorgesehenen Bewegungsdetektierungsmoduls
und/oder aus wenigstens einer mit reduzierter örtlicher Auflösung durchgeführten Messdatenaufnahme
und/oder im Rahmen einer Keyhole-Messdatenaufnahme ermittelt werden.
Es können
also unterschiedlichste Bewegungsdetektionsverfahren alleine oder
in Kombination zum Einsatz kommen, insbesondere unterschiedlichste
Bewegungsdetektionsverfahren, die aus der Magnetresonanztomographie
stammen. Als Bewegungsdetektierungsmodule sind beispielsweise die
sogenannten „Motion-Navigatoren" zu nennen, die in
Magnetresonanzsequenzen zur automatischen Detektion der Patientenbewegung
dienen. Dabei wird die Patientenbewegung durch ein zusätzliches
Motion-Navigatorsignal sofort bei der Magnetresonanzdatenakquisition
berücksichtigt.
Ein Beispiel ist die 3D-Bewegungskorrektur bei Sequenzen aus dem
Bereich des Echo Planar Imaging (EPI). Die 3D-Bewegungskorrektur
bei EPI kann mit Navigatoren durchgeführt werden, z. B. mit orbitalen,
sphärischen
oder Kleeblatt-Navigatoren. Daneben können die aufgenommenen Bilddaten
selbst für
die Bewegungsdetektion verwendet werden. Dabei wird verwendet, dass
mit EPI innerhalb weniger Sekunden eine vollständige Volumenaufnahmen erfolgt
und so mit hoher zeitlicher und hinreichender räumlicher Auflösung Bewegung
detektiert werden kann. Die EPI-Bilder werden darüber hinaus
bzw. hauptsächlich
diagnostisch genutzt. Die bewegungsbezogenen Vorschriften, die während der
Magnetresonanzdatenerfassung ermittelt und verwendet werden, werden
als Abbildungsvorschriften für
die nuklearmedizinische Bewegungskorrektur verwendet. Damit ist
die Bewegungskorrektur mit einer hohen zeitlichen Auflösung durchführbar.
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Des
Weiteren können
z. B. mit einem Verfahren mit hoher zeitlicher (örtlicher) Auflösung, beispielsweise
einem Magnetre sonanzverfahren, während
der Akquisition wiederholt Bilder mit reduzierter Auflösung generiert
werden. Beispielsweise kann mit bestimmten Verfahren aus jedem Auslesezug
ein niedrig aufgelöstes
Bild extrahiert werden, dessen Daten zur Bewegungskorrektur herangezogen
werden können.
Dies bietet immer noch eine höhere
zeitliche Auflösung
als in dem Fall, dass lediglich zwischen klinischen Bildern koregistriert
wird. Entsprechend können
Keyhole-Bildgebungsverfahren genutzt werden, bei denen nur der zentrale
k-Raum-Bereich für
jedes Bild erneut aufgenommen wird.
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Erfindungsgemäß können eine
rigide und/oder eine elastische Bewegungskorrektur durchgeführt werden.
Die rigide Bewegungskorrektur betrifft dabei die Starrkörperbewegung,
die durch die drei Translations- und die drei Rotationsfreiheitsgrade
des Starrkörpers
vorgegeben ist. Die elastische Bewegungskorrektur ist beispielsweise
bei der Atembewegung bzw. der Herzbewegung notwendig. In diesem
Fall ist eine Abbildungsvorschrift für die Bewegungskorrektur entsprechend
komplexer. Bei periodischen Bewegungen wie der Atmung kann ein Bewegungszyklus
vorab in hoher Zeitauflösung
beispielsweise magnetresonanztomographisch aufgenommen werden. Daraus
kann ein zyklisches Abbildungsschema entwickelt werden. Während der
laufenden nuklearmedizinischen Messung muss dann nur noch die Phase
ermittelt werden und die Abbildungsvorschrift zugeordnet werden.
Damit können zeitaufwendige
und komplexe Algorithmen während der
eigentlich Messdatenaufnahme entfallen. Die zyklische Bewegungskorrektur
kann zusätzlich
mit einer rigiden Bewegungskorrektur kombiniert werden, um so alle
relevanten Bewegungen zu erfassen.
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Im
Rahmen der simultanen Aufnahme der bewegungsbezogenen Messdaten
kann wenigstens ein standardmäßiges Protokoll
und/oder wenigstens eine Schwächungskorrekturmessung
und/oder wenigstens ein Navigationsscan, insbesondere eine dreidimensionale
Messung und/oder eine zweidimensionale Mehrschichtenmessung und/oder
eine Messung von drei orthogonalen Schichten und Projektionen, aufgenommen
werden, insbesondere zu bestimmten Zeitpunkten und/oder in festen
Zeitintervallen.
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Es
kann also beispielsweise ein Magnetresonanz-Orientierungsscan zu
bestimmten Zeitpunkten aufgenommen werden. Beispielsweise kann vor
jeder klinischen Magnetresonanzmessung eine schnelle dreidimensionale
Messung bzw. eine vergleichbare Messung mit einer Aufnahmezeit von
wenigen Sekunden erfolgen. Diese Messung kann gegebenenfalls zusätzlich zu
diagnostischen Informationen die Bewegungsinformationen liefern.
Damit ist eine exaktere Koregistrierung möglich, da immer gleiche Volumina
mit demselben Magnetresonanzkontrast aufgenommen werden. Die Abbildungsvorschrift
ergibt sich aus den Koregistrierungsdaten und den Zeitstempeln der
Orientierungsmessungen.
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Ein
Navigations- bzw. Orientierungsscan kann des Weiteren immer zu bestimmten
konstanten Zeiten durchgeführt
werden, beispielsweise auch während
einer gerade laufenden klinischen Computertomographie- oder Magnetresonanzmessung.
Die laufende Sequenz wird an einer für die Bildqualität nicht
wichtigen bzw. von dieser unabhängigen
Stelle kurz unterbrochen und nach der Aufnahme des Orientierungsscans
weitergeführt.
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Des
Weiteren können
aus Schwächungskorrekturmessungen
vorliegende Daten zur Bewegungsdetektion verwendet werden. Möglich ist
auch die Verwendung von Aufnahmesequenzen z. B. aus mehreren Repetitionen,
mit denen automatisch eine Patientenbewegung detektiert wird. Diese
kann dann sofort bei der weiteren Akquisition von Daten z. B. mit einem
Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung, also in den folgenden
Repetitionen, berücksichtigt
werden. Beispielsweise kann eine dreidimensionale Bewegungskorrektur
wie bei Echo-Planar-Imaging-Sequenzen verwendet werden.
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Diese
unterschiedlichen Verfahren der Messdatenaufnahme können alleine
bzw. in Kombination miteinander zum Einsatz kommen. Bei den Orientierungs-
bzw. Navigationsscans kann die Koregistrierung durch eine Anpassung
der Ortsauflösung und
Volumenabdeckung optimiert werden. Kombinationen von Bewegungsdetektionsverfahren
und -korrekturverfahren sind beispielsweise dahingehend denkbar,
dass Abbildungsvorschriften für
Zeiträume, in
denen klinische Sequenzen verwendet wurden, aus den Koregistrierungsverfahren
ermittelt werden, während
in den Messpausen des Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung beständig eine
Navigations- bzw. Orientierungsmessung durchgeführt wird, die automatisch in
kurzen Intervallen entsprechende Abbildungsvorschriften erzeugt.
Wenn die Zeitauflösung
der Bewegungsdetektion nicht hinreichend hoch ist, kann zwischen
zwei Bewegungsdetektionen interpoliert werden.
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Darüber hinaus
kann wie erwähnt
wenigstens eine, gegebenenfalls weitere, Bewegungsinformation für die Bewegungskorrektur
in Abhängigkeit von
Daten wenigstens eines Sensorelements wie eines Bewegungsdetektors
ermittelt werden, insbesondere in Abhängigkeit von Daten wenigstens
eines optischen und/oder mechanischen und/oder piezoelektrischen
Sensorelements bzw. Bewegungsdetektors.
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Die
eine Bewegungsinformation bzw. die mehreren weiteren Bewegungsinformationen
werden also nicht nur bzw. nicht aus Daten eines bildgebenden Verfahrens
z. B. mit hoher zeitlicher Auflösung gewonnen,
sondern ergänzend
bzw. alleine in Abhängigkeit
von Daten eines externen oder mehrerer externer Bewegungsdetektoren
bzw. -sensoren. Hierbei können
optische, mechanische und piezoelektrische sowie weitere Verfahren
zum Einsatz kommen. Diese Verfahren können beispielsweise mit einem
Bildaufnahmeverfahren mit hoher zeitlicher Auflösung gekoppelt werden oder
alleinstehend gegebenenfalls zugleich auf beide Bildaufnahmeverfahren der
Hybridmodalität
angewandt werden. Die Bewegungskorrektur für ein Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung bzw.
insbesondere für
das nuklearmedizinische Verfahren kann also über zusätzliche Bewegungsinformationen
bzw. in Abhängigkeit
von zusätzlichen
Daten externer Sensorelemente wie Bewegungsdetektoren erfolgen.
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Des
Weiteren kann die Bewegungskorrektur erfindungsgemäß ergänzend zur
Bewegungskorrektur in Echtzeit im Rahmen einer nachträglichen
Rekonstruktion gespeicherter Rohdaten als Messdaten durchgeführt werden.
In diesem Fall findet also ergänzend,
d. h. zumindest für
einen Teil der Daten bzw. im Rahmen einer genaueren nachträglichen Auswertung
der Daten nicht nur mitführend
zu Akquisition eine Bewegungskorrektur statt, sondern es wird darüber hinaus
für die
bereits mitführend
korrigierten Daten bzw. für
solche Daten, die noch nicht mitführend in Echtzeit korrigiert
wurden, im Rahmen einer Nachverarbeitung eine Bewegungskorrektur vorgenommen.
Hierzu werden die nuklearmedizinischen Rohdaten und gegebenenfalls
weitere Daten, auf denen eine Bewegungskorrektur durchgeführt werden
soll, in einem Speicher der Recheneinrichtung und/oder extern abgelegt,
um anschließend
an die Datenaufnahme für
die Bewegungskorrektur zur Verfügung
zu stehen.
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Die
Bewegungskorrektur kann erfindungsgemäß im Bilddatenraum und/oder
im Rohdatenraum durchgeführt
werden.
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Bei
einer Bewegungskorrektur der Rohdaten wird z. B. beim sogenannten „Histogramming", d. h. also beim
Einsortieren der sogenannten „Lines
of Response" in
Sinogramme bei der PET, bereits die Bewegung berücksichtigt. Damit ist eine
frühestmögliche Korrektur
gegeben, so dass durch mögliche
Näherungen
und Ungenauigkeiten in den weiteren Verarbeitungsschritten nur geringe
Fehler bzw. (nachteilige) Effekte entstehen.
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Bei
einer Bewegungskorrektur der nuklearmedizinischen Daten auf Bilddaten
werden die Rohdaten in geeignete Zeiträume zerlegt, wobei die Datenrekonstruktion
ohne Berücksichtigung
der Bewegung für
die einzelnen Zeiträume
durchgeführt
wird. Im Bildraum wird die Abbildungsvorschrift, die aus den Daten
des schnellen Bildaufnahmeverfahrens ermittelt wurde, auf die nuklearmedizinischen
Daten mit der geringeren zeitlichen Auflösung angewandt, woraufhin anschließend ein
Summenbild aus allen Zeitabschnitten generiert wird. Die Operation
auf Bilddaten bietet den Vorteil, dass ein geringeres Speichervolumen erforderlich
ist und zum anderen durch die geringeren Datenvolumina eine schnellere Performance
gegenüber
rohdatenbasierten Ansätzen
gegeben ist. Andererseits ist bei Verwendung kleiner Zeiträume bei
der Korrektur im Bildraum die Rekonstruktion von nuklearmedizinischen
Daten durch die geringen zur Verfügung stehenden statistischen
Daten möglicherweise
fehlerbehaftet. Gegebenenfalls können
beide Verfahren kombiniert werden, so dass ein Teil der Daten im
Rohdatenraum, ein Teil im Bilddatenraum korrigiert wird, bzw. die
Verfahren können
zur gegenseitigen Verifizierung bzw. ergänzend parallel verwendet werden.
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Darüber hinaus
kann erfindungsgemäß in Abhängigkeit
der wenigstens einen ermittelten Bewegungsinformation wenigstens
eine der Recheneinrichtung vorliegende und zur Rekonstruktion der
nuklearmedizinischen Messdaten dienende Schwächungskorrekturinformation
angepasst werden. Damit können
die auf das unterschiedliche Absorptionsverhalten der Materie im
Bildaufnahmebereich bezogenen Schwächungskorrekturkoeffizienten
für die Rekonstruktion
nachgeführt
werden. Von der Exaktheit der Schwächungskorrekturkoeffizienten
hängen die
Bildqualität
der nuklearmedizinischen Aufnahmen und die Quantifizierbarkeit ab.
Eine entsprechende Schwächungskorrekturkarte
wird beispielsweise bei Einrichtungen für die Aufnahme nuklearmedizinischer
und magnetresonanztomographischer Bilder aus den magnetresonanztomographischen
Messdaten erzeugt. Die Schwächungskorrekturdaten
können
für eine
Untersuchungsregion initial einmal ermittelt werden und später entsprechend
den Abbildungsvorschriften für
die Patientenbewegung korrigiert werden. Dabei kann berücksichtigt
werden, wie sich die Bewegung des Patienten im Verhältnis zu statischen
Komponenten im Bereich der Messdatenaufnahme darstellt. Beispielsweise
kann die statische Position einer Patientenliege oder dergleichen in
geeigneter Weise mit dem bewegten Anteil des Patienten in einer
Schwächungskorrekturkarte
zusammengefasst werden.
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Darüber hinaus
betrifft die Erfindung eine, insbesondere bildgebende, medizinische
Einrichtung, die zur Bewegungsvor gänge berücksichtigenden simultanen Aufnahme
von bewegungsbezogenen Messdaten eines Patienten, insbesondere von Messdaten
mit hoher zeitlicher Auflösung
und/oder von im Hinblick auf Bewegungsvorgänge interpolierbaren Messdaten,
mit einem bildgebenden Verfahren und/oder mittels wenigstens eines
Sensorelements und von nuklearmedizinischen Messdaten, insbesondere
mit geringerer zeitlicher Auflösung,
ausgebildet und mit einer Recheneinrichtung zur Ermittlung wenigstens
einer wenigstens einen Bewegungsvorgang des Patienten und/oder im
Körper
des Patienten betreffenden Bewegungsinformation durch Auswertung wenigstens
eines Teil der bereits aufgenommenen bewegungsbezogenen Messdaten
bei laufender Messdatenaufnahme und zur Durchführung einer Bewegungskorrektur
für wenigstens
einen Teil der nuklearmedizinischen Messdaten in Echtzeit parallel zur
Messdatenaufnahme versehen ist, wobei es sich insbesondere um eine
medizinische Einrichtung handelt, die zur Ausführung eines Verfahrens wie
vorstehend geschildert geeignet ist.
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Bei
der medizinischen Einrichtung handelt es sich also z. B. um eine
Hybridmodalität,
beispielsweise derart, dass diese für die Aufnahme magnetresonanztomographischer
Daten sowie nuklearmedizinischer PET-Daten ausgebildet ist. Der
Daten- bzw. Bildaufnahmebetrieb
bzw. die Auswertung erfolgt über
eine Recheneinrichtung der (bildgebenden) medizinischen Einrichtung.
Durch die parallele Aufnahme von bewegungsbezogenen Messdaten, z.
B. solchen mit hoher zeitlicher Auflösung bzw. zur Interpolation,
und von nuklearmedizinischen Messdaten, oft mit einer geringeren
zeitlichen Auflösung,
ist es möglich,
für die
nuklearmedizinischen Messdaten eine Bewegungskorrektur durchzuführen, wozu
die Recheneinrichtung aus wenigstens einem Teil der bereits aufgenommenen
bewegungsbezogenen Messdaten wenigstens eine oder mehrere Bewegungsinformationen
ermittelt, die zur Bewegungskorrektur mitführend zur weiterlaufenden Messdatenaufnahme in
Echtzeit verwendet werden. Die Messdatenerfassung erfolgt also simultan
und vorteilhafterweise isozentrisch für beide bzw. alle Aufnahmeverfahren.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den folgenden
Zeichnungen sowie anhand der Ausführungsbeispiele. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
erfindungsgemäße bildgebende medizinische
Einrichtung,
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3 eine
Prinzipskizze zur Durchführung einer
prospektiven Bewegungskorrektur bei einem erfindungsgemäßen Verfahren,
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4 eine
Prinzipskizze zur mitführenden Korrektur
eines Normbildes bei einem erfindungsgemäßen Verfahren und
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5 eine
Prinzipskizze zu einer erfindungsgemäßen k-Raum-basierten Bewegungskorrektur.
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In
der 1 ist eine Prinzipskizze zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt.
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Dabei
steht das Kästchen
a für die
Aufnahme nuklearmedizinischer Messdaten mit einer medizinischen
Einrichtung, während
das Kästchen
b für die simultane
Aufnahme von bewegungsbezogenen Messdaten mit hoher zeitlicher Auflösung bzw.
als im Hinblick auf Bewegungsvorgänge interpolierbare Messdaten
mit der medizinischen Einrichtung steht.
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Die
dementsprechend parallel aufgenommenen Daten werden, wie das Kästchen c
symbolisiert, bei laufender Messdatenaufnahme zur Ermittlung wenigstens
einer wenigstens einen Bewegungsvorgang des Patienten und/oder im
Körper
des Patienten betreffenden Bewegungsinformation durch Auswertung
wenigstens eines Teils der bereits aufgenommenen bewegungsbezogenen Messdaten
seitens einer Recheneinrichtung der medizinischen Einrichtung verwendet.
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Es
erfolgt also im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst mit
einer Hybridmodalität,
beispielsweise einer Modalität,
die zur Aufnahme nuklearmedizinischer Daten und von Magnetresonanzdaten
mit einer höheren
zeitlichen Auflösung ausgebildet
ist, eine simultane und isozentrische Messdatenerfassung. Dabei
dienen dann die Daten des Verfahrens mit der hohen zeitlichen Auflösung zumindest
teilweise dazu, Bewegungsinformationen, die sich auf periodische
Bewegungsvorgänge
wie die Atmung bzw. sonstige Bewegungen im Körper des Patienten bzw. des
Patienten selbst beziehen, zu gewinnen.
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Diese
Bewegungsinformation wird schließlich verwendet, um gemäß dem Kästchen d
parallel zur Messdatenaufnahme in Abhängigkeit der wenigstens einen
ermittelten Bewegungsinformation eine Bewegungskorrektur für wenigstens
einen Teil der nuklearmedizinischen Messdaten in Echtzeit durch die
Recheneinrichtung durchzuführen.
Somit wird aus der Bewegungsinformation, die entsprechend dem Kästchen c
ermittelt wurde, gemäß Kästchen d eine
Bewegungskorrektur für
die nuklearmedizinischen Daten, also die Daten mit der in der Regel
geringeren zeitlichen Auflösung,
durchgeführt.
Somit ist eine mitführende
Bewegungskorrektur in Realtime möglich.
Die nuklearmedizinische Datenqualität wird erfindungsgemäß verbessert,
indem die Patientenbewegung aus den Daten des Verfahrens für die Ermittlung
der bewegungsbezogenen Messdaten detektiert und für die Rekonstruktion
der nuklearmedizinischen Daten verwendet wird.
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In
der 2 ist eine erfindungsgemäße bildgebende medizinische
Einrichtung 1 gezeigt. Die hier dargestellte erfindungsgemäße bildgebende
medizinische Einrichtung 1 ist zur Aufnahme von magnetresonanztomographischen
Daten sowie von Daten des Verfahrens der Positronen-Emissions-Tomographie ausgebildet.
In anderen Ausführungsbeispielen
können
selbstverständ lich
Einrichtungen vorgesehen sein, die andere (gegebenenfalls nicht
bildgebende) Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung bzw. solche, die zur Interpolation
geeignete Daten liefern, mit gegebenenfalls anderen oder mehreren
nuklearmedizinischen Aufnahmeverfahren kombinieren.
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Die
bildgebende medizinische Einrichtung 1 verfügt über einen
Tomographen 2 für
die eigentliche Messdatenaufnahme sowie eine Patientenliege 3. Auf
der Patientenliege 3 ist ein Patient 4 angeordnet, der
während
der Messdatenaufnahme mit dem Tomographen 2 willkürliche und
unwillkürliche
Bewegungen ausführt,
beispielsweise Bewegungen der Gliedmaßen bzw. die Atembewegungen
und Herzbewegungen, auf die der Patient 4 selbst keinen
oder nur geringen Einfluss hat. Diese Bewegungsvorgänge des
Patienten 4 bzw. im Körper
des Patienten 4 haben Einflüsse auf die Bildqualität der Bilder
aus der Positronen-Emissions-Tomographie, so dass dementsprechend
eine Korrektur hinsichtlich der Bewegungen des Patienten 4 erwünscht ist.
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Dies
geschieht unter Verwendung der Recheneinrichtung 5, die über eine
Datenverbindung an den Tomographen 2 angebunden ist und
zudem einen Bildschirm 6 mit einer Eingabevorrichtung für einen
hier nicht dargestellten Bediener aufweist. Mit Hilfe der Recheneinrichtung 5 wird
bei laufender Messdatenaufnahme mit dem Tomographen 2 eine Bewegungsinformation
bzw. eine Reihe von Bewegungsinformationen, die die Bewegungsvorgänge des
Patienten 4 betreffen, aus den Magnetresonanzdaten, die
eine hohe zeitliche Auflösung
aufweisen, ermittelt. Diese Bewegungsinformation dient der Recheneinrichtung 5 anschließend dazu,
die nuklearmedizinischen Messdaten des Tomographen 2 mitführend zur
noch laufenden Messdatenaufnahme in Echtzeit einer Bewegungskorrektur
zu unterwerfen. Dabei müssen
nicht zwangsläufig
alle PET-Messdaten bewegungskorrigiert werden, ebenso müssen nicht
zwangsläufig
alle Magnetresonanzmessdaten herangezogen werden, um die Bewegungskorrektur durchzuführen. In
der Regel dienen die Magnetresonanzmessdaten wie hier zumindest
zum Teil dazu, anatomische Aufnahmen zu erzeugen, und lediglich zu
einem weiteren Teil dazu, die mitführende Bewegungskorrektur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
durchzuführen.
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In
der 3 ist eine Prinzipskizze zur Durchführung einer
prospektiven Bewegungskorrektur bei einem erfindungsgemäßen Verfahren
gezeigt. Dabei symbolisiert das Kästchen 7 das Vorliegen
einer Bewegungsinformation, wobei diese Bewegungsinformation einen
Teilbereich des Bildaufnahmevolumens bzw. den gesamten Untersuchungsbereich
betreffen kann. Diese Bewegungsinformation gemäß dem Kästchen 7 wird, wie
durch die Pfeile 8 angedeutet wird, auf die gemäß den Pfeilen 9 einlaufenden
nuklearmedizinischen Messdaten 10 angewandt, wobei diese
Bewegungskorrektur der nuklearmedizinischen Messdaten 10 in
Echtzeit mitführend
zur weiteren Messdatenaufnahme erfolgt. Die Bewegungskorrektur der
nuklearmedizinischen Messdaten 10 in Abhängigkeit
von der Bewegungsinformation gemäß dem Kästchen 7 erfolgt
solange, bis eine neue Bewegungsinformation gemäß dem Kästchen 11 vorliegt. Wenn
diese neue Bewegungsinformation gemäß dem Kästchen 11 vorliegt,
wird diese neue Bewegungsinformation entsprechend den Pfeilen 12 zur Korrektur
der dann, wie durch die Pfeile 13 angedeutet, einlaufenden
nuklearmedizinischen Messdaten 14 verwendet. Die einlaufenden
Daten können
also ohne Wartezeit unmittelbar verarbeitet werden, so dass selbst
bei einem Abbruch einer Messdatenaufnahme alle aufgenommenen nuklearmedizinischen Daten 10, 14 bereits
bewegungskorrigiert sind.
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In
der 4 ist eine Prinzipskizze zur mitführenden
Korrektur eines Normbildes 15 im Kästchen 16 bei einem
erfindungsgemäßen Verfahren
gezeigt. Das Normbild 15 wird hierbei als ein Bild, das
zur Bewegungsdetektion verwendet wird, selbst prospektiv korrigiert.
Dies bedeutet, dass ein Referenzkoordinatensystem 17, das
hier im Kästchen 18 angedeutet gezeigt
ist und in dem die Bilder des Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung aufgenommen
werden, mit jeder detektierten Bewegung mitgeführt wird. Durch diese Mitführung wird
gemäß dem Kästchen 19 ein
neues Normbild 20 erhalten, das den Vorteil bie tet, dass
auch bei einer hohen Bewegungsamplitude das Aussehen dieses Normbildes 20 im
Vergleich zum vorhergehenden Normbild 15 sehr ähnlich ist,
so dass eine zuverlässige
Registrierung des aktuellen Bewegungszustandes erleichtert wird.
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Die
Korrekturinformationen für
das nuklearmedizinische Verfahren zur Messdatenaufnahme gemäß dem Kästchen 21 setzen
sich dann, wie hier durch die Pfeile angedeutet werden soll, aus
der Rotation und Translation des Referenzkoordinatensystems 17 und
der Rotation und Translation des jeweils aufgenommenen Objekts (Patienten
bzw. Aufnahmebereich des Patienten) in diesem System zusammen.
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In
der 5 ist eine Prinzipskizze zur erfindungsgemäßen k-Raum-basierten Bewegungskorrektur
dargestellt. Dabei findet gemäß dem Kästchen 22 eine
parallele Aufnahme von nuklearmedizinischen Daten sowie von bewegungsbezogenen
Daten z. B. eines Verfahrens mit hoher zeitlicher Auflösung statt.
Diese Datenaufnahme erfolgt simultan und isozentrisch. Dabei wird
in bestimmten Zeitintervallen bzw. zu bestimmten Zeitpunkten, wie
durch das Kästchen 23 angedeutet
wird, ein Navigationsscan 24 aufgenommen, um gemäß dem Kästchen 25 mit
einer Recheneinrichtung 26 mit einem Bildschirm 27,
die zu einer bildgebenden medizinischen Einrichtung 28 gehört, eine
Bewegungskorrektur durchzuführen.
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Ein
Navigationsscan 24 erlaubt es, in nur wenigen Millisekunden
Informationen über
eine Starrkörperbewegung
zu erhalten, und damit eine zeitlich sehr hoch aufgelöste Bewegungskorrektur
gemäß dem Kästchen 25 durchzuführen. Die
Aufnahme des Navigationsscans 24 ist in den normalen klinischen Bildaufnahmebetrieb
mit der bildgebenden medizinischen Einrichtung 28 eingegliedert,
der parallel, wie das Kästchen 29 zeigt,
weitergeführt
wird. Nach einem bestimmten Zeitablauf wird gemäß dem Kästchen 30 erneut ein
Navigationsscan 31 aufgenommen, der gemäß dem Kästchen 32 zur erneuten
Bewegungskorrektur verwendet wird. So ist eine Detektion und Korrektur
von Bewegungen parallel zur nuklearmedizinischen Datenaufnahme und
zur Durchführung
standardmäßiger klinischer
Aufnahmen mit dem Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung möglich.