DE102007037103B4

DE102007037103B4 - Verfahren und Vorrichtung zum bildlichen Darstellen von funktionellen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns

Info

Publication number: DE102007037103B4
Application number: DE102007037103.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Platsch Günther; Dr. Schmiedehausen Kristin; Diana Martin; Dr. Feiweier Thorsten; Dr. Schmidt Sebastian; Dr. Szimtenings Michael
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-08-07
Filing date: 2007-08-07
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2027-08-08
Also published as: DE102007037103A1; US20090048507A1

Abstract

Verfahren zum bildlichen Darstellen von funktionellen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns mit den Schritten: – Aufnahme einer Positronenemissions-Tomographiemessung (17) mit wenigstens einem Strahlungsdetektor (4) zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus einem Untersuchungsraum (2), – Aufnahme einer Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) mit wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Grundmagnetfelds, wenigstens einer Gradientenspule (6) zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum (2) und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung (7) zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum (2) und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum (2), wobei die Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und die Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) im Wesentlichen zeitgleich und isozentrisch erfolgen, so dass sich eine Registrierung zwischen der Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) ergibt, und – Aufnahme einer Elektroenzephalographie-Messung (21) mit mehreren Elektroden (11) zum Erfassen von räumlichen und zeitlichen Änderungen des Hirnstroms, – Aufnahme einer Computer-Tomographiemessung (20) mit wenigstens einer Röntgenquelle (13) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsraum (2) und wenigstens einem Röntgen-Detektor (14) zum Erfassen von Röntgenstrahlung, die aus dem Untersuchungsraum (2) kommt, so dass die Elektroden (11) der EEG-Messung identifizierbar sind, wobei die Computer-Tomographiemessung (20) während einer Tragezeit der Elektroden (11) für die die Elektroenzephalographie-Messung (21) erfolgt, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung (21) und der Computer-Tomographiemessung (20) ergibt, und ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zum bildlichen Darstellen von funktionellen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns.
In der präoperativen Epilepsiediagnostik wird eine Vielzahl verschiedener – teilweise bildgebender – Verfahren eingesetzt, um den epileptogenen Fokus zu lokalisieren und die Operabilität abzuschätzen. Darunter sind Magnetresonanztomographie (MR), Computertomographie (CT), Einzelphotonenemissionscomputertomographie (single photon emission computed tomography, SPECT) und Positronenemissionstomographie (PET). Daneben können Hirnströme als Parameter der Aktivität der Nervenzellen gemessen werden mittels Oberflächen- und invasiver Elektroenzephalographie (EEG) und Magnetenzephalographie (MEG). Die Untersuchungsergebnisse der einzelnen Messungen für sich allein genommen sind noch nicht ausreichend aussagekräftig. Erst die Korrelation und gemeinsame Bewertung der Resultate ermöglicht eine hinreichende Genauigkeit.
Beim Oberflächen-EEG werden Elektroden auf der Kopfhaut befestigt, und es werden Potentialunterschiede zwischen den einzelnen Elektroden aufgezeichnet. Der Abstand der Elektroden zur Hirnoberfläche ist verhältnismäßig groß, so dass das gemessene Signal relativ schwach ist und außerdem von dem anderer Hirnareale überlagert wird. Dadurch ist die anatomische Zuordnung der gemessenen Signale zu einer Hirnstruktur schwierig. Eine genauere Aussage erhält man erst mit direkt auf der Hirnoberfläche sitzenden Elektroden. Ein solches invasives EEG selbst ist kein bildgebendes Verfahren im engeren Sinne: Es werden Einzel-, Streifen- oder Plattenelektroden durch den Neurochirurgen auf die Hirnoberfläche während einer Operation aufgebracht oder lange Elektroden durch in der Schädelbasis sich befindende Lacher bis zum Gehirn vorgeschoben. Im Anschluss daran wird der Patient für einige Tage mit dem Video-EEG beobachtet, um bei epileptischen Anfällen ein iktuales (während eines Anfalls) EEG zu erzielen. Mit diesem lässt sich ein epileptogener Herd wesentlich genauer eingrenzen als mit dem Oberflächen-EEG, und es wird so eine wesentlich präzisere Herdlokalisation möglich.
Sowohl bei einem Oberflächen-EEG als auch bei einem invasiven EEG fehlen jedoch die exakten räumlichen Koordinaten des epileptogenen Herdes, anhand derer ein Neurochirurg einen Eingriff planen könnte. Wünschenswert wäre somit die Registrierung von EEG-Messungen bzw. funktionellen Messungen wie PET und SPECT zu MRT-Ergebnissen. Wegen des Metallgehaltes der operativ gelegten EEG-Elektroden kann aber während der Liegezeit der Elektroden keine MRT durchgeführt werden. Die PET bietet keine Abhilfe, mit ihr lassen sich die Elektrodenpositionen nicht erkennen. Folglich müssen die Koordinaten der Elektroden auf andere Art und Weise bestimmt werden. Möglich ist die Bestimmung der Koordinaten mit der Computertomographie (CT).
Im Stand der Technik sind Hybridmodalitäten wie PET/CT oder MRT-PET-Systeme bekannt, bei denen mehrere Bildgebungsverfahren in einem System kombiniert werden. Ein kombiniertes MRT-PET-System ermöglicht z. B. die simultane und isozentrische Datenerfassung von MRT- und PET-Daten. Die funktionellen Verfahren werden außerdem häufig zur Absicherung des Befundes aus den genannten EEG-Messungen herangezogen. Funktionelle Verfahren wie PET und SPECT stellen anatomische Strukturen jedoch nur mit eingeschränkter Genauigkeit dar, die zudem noch von den verwendeten Tracern abhängt.
Aus DE 10 2005 040 107 B3 ist ein kombiniertes PET-MRT-Gerät und Verfahren zur gleichzeitigen Aufnahme von PET-Bildern und MR-Bildern bekannt. Der PET-Detektor ist gegenüber vergleichbaren Systemen in axialer Richtung verkleinert und wird für die zeitlich sequentielle Aufnahme mehrerer PET-Schnittbilder mechanisch verschoben.
Aus MUZIK, O. et al.: ”Application of an Objective Method for Localizing Bilateral Cortical FDG PET Abnormalities to Guide the Resection of Epileptic Foci”, in IEEE Trans. On Biomedical Engineering, Vol. 52, Nr. 9, Sept 2005, S. 1574 bis 1583, ist ein Verfahren für die Lokalisierung bilateraler kortikaler FDG-PET-Abnormalitäten bekannt, um die Resektion von epileptischen Herden objektiv besser orten zu können. Dazu wird dort eine neue dreidimensionale Bildverarbeitung vorgeschlagen.
Aus DE 10 2005 036 322 A1 ist das Registrieren intraoperativer Bilddatensätze mit präoperativen 3D-Bilddatensätzen auf Basis optischer Oberflächenextraktion bekannt. Dabei wird das optische 3D-Sensorsystem intraoperativ kalibriert, die Oberfläche des Untersuchungsgebietes intraoperativ erfasst, das Untersuchungsgebiet intraoperativ aufgenommen, die gleiche Oberfläche mit einem präoperativen Bilddatensatz berechnet, die intraoperative und präoperative Oberflächenmaske zueinander registriert und die Abbildungsvorschrift zwischen präoperativem und introperativem Bilddatensatz ermittelt. Schließlich wird der introperative Bilddatensatz mit dem präoperativen gemäß Abbildungsvorschrift überlagert.
Die MR/PET ist im Vergleich zur PET/CT aus mehreren Gründen vorzuziehen: Die Operationsplanung geschieht anhand der MRT, da diese die beste anatomische Auflösung zeigt und damit Details sehr gut erkennen lässt. Die CT Komponente der PET/CT erfüllt nicht diese Anforderung.
Selbst wenn jedoch über eine PET/CT die genaue Lage der Elektroden in einem PET-Bild angegeben werden könnte, so ist die Korrelation der PET zum EEG nicht möglich, da eine PET während der Tragezeit der invasiven Elektroden artefaktbehaftet sein kann: Absorptionseffekte treten durch die Metallplatten auf, Reizzustände von Gehirn und Hirnhäuten durch den operativen Eingriff und die Elektroden können zu unphysiologischen Speichermustern in der PET führen und diese nicht oder nur erschwert beurteilbar machen. Somit wäre die Korrelation zwischen invasivem EEG und PET mit einer großen Unsicherheit behaftet. Deswegen ist eine exakte Korrelation von Elektrodenlage (und damit pathologischer elektrischer Aktivität) zu den Veränderungen (vermehrter oder verminderter Stoffwechsel, verminderte Rezeptordichte) in der PET nicht möglich und erhöht die Unsicherheit bei der Operationsplanung.
Deshalb würde die PET/CT ein weiteres CT während der Tragezeit der Elektroden erforderlich machen. Dieses müsste dann mit der PET/CT korreliert werden, und anschließend müsste die PET/CT mit der MRT korreliert werden. Insgesamt würde diese Vorgehensweise zu einer höheren Strahlenbelastung führen, da zwei CT-Aufnahmen gemacht werden müssen. Ferner wäre der Registrierungsaufwand höher, da das EEG mit der CT und über die PET/CT mit der MRT korreliert werden müsste.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen eine verbesserte relative Positionsbestimmung des epileptogenen Herdes in Bezug auf die EEG-Elektroden möglich wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch die Vorrichtung nach Anspruch 6. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Durch die simultane und isozentrische Aufnahme von PET und MR durch den MR-PET Scanner ist die PET exakt zu der MR registriert. Die MR lässt sich dann problemlos mit der CT registrieren, da wesentlich mehr anatomische Details dargestellt sind. Dadurch ist die PET automatisch zur CT registriert, und damit auch zur Elektrodenlage. Hiermit können dann die funktionellen Ergebnisse des invasiven EEGs exakt mit den Ergebnissen der PET verglichen werden. Erfindungsgemäß wird damit ausgenutzt, dass durch die isozentrische und gleichzeitige Aufnahme von MR und PET sich damit alle Daten dritter und (indirekt) vierter Modalitäten, die bis jetzt nur eine Registrierung zur MR hatten, exakt auch zu der PET registrieren lassen. Dies erlaubt dann eine Befundung in Zusammenschau aller beteiligten Modalitäten.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum bildlichen Darstellen von funktionellen Vorgängen im Gehirn weist die Schritte auf: Aufnahme einer Positronenemissions-Tomographiemessung mit wenigstens einem Strahlungsdetektor zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus einem Untersuchungsraum, Aufnahme einer Magnetresonanz-Tomographiemessung mit wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Grundmagnetfelds, einer Gradientenspule zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum, wobei die Positronenemissions-Tomographiemessung und die Magnetresonanz-Tomographiemessung im wesentlichen zeitgleich und isozentrisch erfolgen, so dass sich eine Registrierung zwischen der Positronenemissions-Tomographiemessung und der Magnetresonanz-Tomographiemessung ergibt, und Aufnahme einer Elektroenzephalographie-Messung mit mehreren Elektroden zum Erfassen von räumlichen und zeitlichen Änderungen des Hirnstroms, Aufnahme einer Computer-Tomographiemessung mit wenigstens einer Röntgenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsraum und wenigstens einem Röntgen-Detektor zum Erfassen von Röntgenstrahlung, die aus dem Untersuchungsraum kommt, so dass die Elektroden der EEG-Messung identifiziert werden können, wobei die Computer-Tomographiemessung während einer Tragezeit der Elektroden für die Elektroenzephalographie-Messung erfolgt, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung und der Computer-Tomographiemessung ergibt, und wobei durch eine Auswertungsvorrichtung eine räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographie-Messung und der Magnetresonanz-Tomographiemessung vorgenommen wird, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung und der Positronenemissions-Tomographiemessung ergibt.
Insbesondere erfolgt das Darstellen der Aufnahme der Positronenemissions-Tomographiemessung, der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographiemessung und der Aufnahme der Elektroenzephalographie-Messung gleichzeitig auf einer Anzeigeeinrichtung. Auf diese Art erhält der behandelnde Arzt unmittelbar einen Überblick über alle vorliegenden Informationen zu einem Gebiet in dem Gehirn.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform folgen die Schritte: Bestimmen von ersten Referenzpunkten in der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographie-Messung, Bestimmen von zweiten Referenzpunkten in der Aufnahme der Computer-Tomographiemessung, Abgleichen der ersten und zweiten Referenzpunkte und Darstellen der Aufnahme der Positronenemissions-Tomographiemessung, der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographiemessung und der Aufnahme der Elektroenzephalographie-Messung auf der Anzeigeeinrichtung, so dass die ersten und zweiten Referenzpunkte im wesentlichen deckungsgleich sind. Somit ist sichergestellt, dass alle Messungen exakt den jeweiligen anatomischen Gebieten zugeordnet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographiemessung und der Magnetresonanz-Tomographiemessung durch die Auswertungsvorrichtung anhand von anatomischen Details vorgenommen. Dies ist die einfachste und zuverlässigste Art, um die Korrelation zu automatisieren, so dass eine Verschiebung der Dateien nicht mehr manuell notwendig ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden gemeinsam mit den PET-Daten, den MRT-Daten und den CT-Daten bipolare und/oder unipolare Ableitungen des EEG dargestellt. Damit kann der behandelnde Arzt zu den (funktionellen) PET-Daten die Änderungen der elektrischen Aktivitäten des Gehirns begutachten und sich dabei auf die anatomischen Zusammenhänge in dem betroffenen Gebiet des Gehirns stützen bzw. diese berücksichtigen.
Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum bildlichen Darstellen von funktionellen Vorgängen im Gehirn versehen mit: wenigstens einem Strahlungsdetektor zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus einem Untersuchungsraum als eine Aufnahme einer Positronenemissions-Tomographiemessung, wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Grundmagnetfelds, einer Gradientenspule zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum als eine Aufnahme einer Magnetresonanz-Tomographiemessung, wobei die Positronenemissions-Tomographiemessung und die Magnetresonanz-Tomographiemessung im wesentlichen zeitgleich und isozentrisch erfolgen, so dass sich eine Registrierung zwischen der Positronenemissions-Tomographiemessung und der Magnetresonanz-Tomographiemessung ergibt, und mehreren Elektroden zum Erfassen von räumlichen und zeitlichen Änderungen der elektrischen Aktivitäten des Gehirns als eine Aufnahme einer invasiven Elektroenzephalographie-Messung, wenigstens einer Röntgenquelle zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsraum und wenigstens einem Röntgen-Detektor zum Erfassen von Röntgenstrahlung, die aus dem Untersuchungsraum kommt, als eine Aufnahme einer Computer-Tomographiemessung, so dass die Elektroden für die EEG-Messung identifiziert werden können, wobei durch eine Auswertungsvorrichtung eine räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographie-Messung und der Magnetresonanz-Tomographiemessung vorgenommen wird, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung und der Positronenemissions-Tomographiemessung ergibt.
Vorzugsweise sind bei der Vorrichtung der Strahlungsdetektor und die wenigstens eine Gradientenspule koaxial und in im Wesentlichen gleicher axialer Höhe um den Untersuchungsraum angeordnet. Damit wird erreicht, dass MRT- und PET-Daten gleichzeitig aufgenommen werden und keine gesonderte Anpassung der Daten mehr notwendig ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass neben funktionellen Daten (aus der PET) auch Aktivitätssignale (aus dem EEG) dem behandelnden Arzt zur Verfügung stehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
1 zeigt ein kombiniertes MRT-/PET-Gerät nach dem Stand der Technik in perspektivischer Darstellung.
2 zeigt das kombinierte MRT-/PET-Gerät nach 1 im Querschnitt.
3 zeigt schematisch eine CT-Aufnahme des Gehirns bei gleichzeitig gelegten invasiven EEG-Elektroden.
4 die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zum bildlichen Darstellen von funktionellen Vorgängen im Gehirn.
Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche oder gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist die Kombination von Positronenemissionstomographie (PET) und Magnetresonanztomographie (MRT) dargestellt. Bei der Kombination aus PET und MRT wird ein Proband 1 in einen Untersuchungsraum 2 gebracht. Der Untersuchungsraum 2 ist unmittelbar von einer PET-Vorrichtung 3 umgeben, die eine Detektoreinrichtung 4 umfasst. In der Detektoreinrichtung 4 der PET-Vorrichtung 3 werden die Photonen nachgewiesen, die durch Annihilation eines Positrons zusammen mit einem Elektron entstehen. Das Positron wird beim radioaktiven Zerfall eines Isotops im Körper des Probanden 1 freigesetzt. Dazu werden dem Probanden vor der Untersuchung entsprechende Medikamente bzw. Präparate (sog. Radiopharmaka) verabreicht, in die ein radioaktives Isotop eingebaut ist, das sich entsprechend der biologischen Funktion im Gewebe anreichert. Die mit einer Anfangsenergie zwischen 0 eV und einigen MeV freigesetzten Positronen werden im umgebenden Gewebe gestreut und dadurch immer weiter abgebremst. Ab einer bestimmten kinetischen Energie können sie von einem Elektron eingefangen werden und annihilieren mit diesem nach 0,1 ns bis 150 ns, wobei meistens zwei 511 keV-Photonen mit diametral zueinander verlaufender Ausbreitungsrichtung ausgesendet werden. Die Detektoreinrichtung 4 ist in der Regel eine Anordnung von (nicht gezeigten) Szintillationskristallen, die ringförmig um den Untersuchungsraum 2 herum angeordnet sind. In den Szintillationskristallen werden die Photonen mit der Energie von 511 keV (Annihilationsstrahlung der Positronen) in Lichtquanten umgewandelt, die dann ihrerseits an (nicht gezeigte) Photodetektoren geleitet werden, vorzugsweise über (nicht gezeigte) Lichtwellenleiter, welche in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtquanten elektrische Ausgangssignale erzeugen.
Um die Untersuchungsergebnisse der PET-Messung bei dem Probanden 1 anatomisch zuordnen zu können, ist die PET-Vorrichtung mit einer MRT-Vorrichtung 5 kombiniert. Beide Vorrichtungen werden im Folgenden anhand von 2 erläutert, in der ein Aufbau einer kombinierten PET- und MRT-Apparatur im Querschnitt dargestellt ist. Der Untersuchungsraum 2 der kombinierten PET-/MRT-Apparatur wird im Wesentlichen durch eine Gradientenspule 6 in einem Gehäuse 7 und eine Hochfrequenzantenneneinrichtung 8 definiert. Der Proband 1 befindet sich teilweise in dem Untersuchungsraum 2. Außen um den Untersuchungsraum 2 herum ist die Gradientenspule 6 angeordnet, die in dem Untersuchungsraum 2 ein Magnetfeld erzeugt, dessen Stärke sich im Untersuchungsraum von links nach rechts ändert. Das Gradientenfeld dient der Kodierung der räumlichen Information. Die Polarisierung der Spins der Atomkerne des Probanden 1 erfolgt durch eine (nicht gezeigte) Spule für das Grundmagnetfeld B₀, und diese Spule für das Grundmagnetfeld umschließt die Gradientenspule konzentrisch. Durch das Grundmagnetfeld werden die Spins der Atomkerne im Körper des Probanden 1 wenigstens teilweise ausgerichtet, so dass die Entartung ihrer magnetischen Quantenzahl aufgehoben wird. Mit der Hochfrequenzantenneneinrichtung 8 werden Übergänge zwischen den nicht mehr entarteten Zuständen induziert. Die Relaxationssignale der Übergänge werden mit derselben Hochfrequenzantenneneinrichtung aufgefangen und an eine (nicht dargestellte) Aufbereitungselektronik weitergeleitet. Anschließend werden sie für die Auswertung grafisch dargestellt.
Anhand von 3 wird das Grundprinzip einer invasiven Elektroenzephalographiemessung (EEG) erläutert. Bei einer invasiven EEG werden mehrere Elektroden 11 an der Oberfläche des Gehirns 9 positioniert. Der Übersichtlichkeit sind in 3 nur zwei Elektroden gezeigt, es können aber grundsätzlich zur gleichen Zeit mehrere Elektroden im Gehirn 9 plaziert werden, die auch in Form von Streifen- oder Plattenelektroden mit mehreren Einzelelektroden vorliegen können. Mit den Elektroden 11 werden elektrische Potentiale des Gehirns 9 aufgezeichnet. Dabei können bipolare Signale abgeleitet werden, d. h. Potentialunterschiede zwischen Elektrodenpaaren, oder es können die Potentialunterschiede der einzelnen Elektroden gegen einen Mittelwert aller Elektroden 11 abgeleitet werden (unipolare Ableitung). Eine bipolare Ableitung 12 ist in 3 gezeigt, wobei angedeutet ist, dass die Potentialunterschiede i. A. einen zeitlich wellenförmigen Verlauf zeigen. Erfindungsgemäß wird während der Tragezeit der Elektroden, die in der Regel wenige Tage beträgt, ggf. auch gleichzeitig mit der EEG-Messung eine Computer-Tomographiemessung durchgeführt. Dazu weist die Vorrichtung eine Röntgenstrahlenquelle 13 auf, von der in 3 die Anode gezeigt ist. Auf die Anode 13 treffen Elektronen ”e^–” auf und werden abgebremst. Bei der Abbremsung der Elektronen im Material der Anode wird die gewünschte Bremsstrahlung erzeugt. Die Bremsstrahlung, die als Wellenzug in 3 angedeutet ist, durchdringt das Gehirn 9 des Probanden 1 und wird auf der gegenüberliegenden Seite von einem Detektor 14 aufgefangen, wo ihre Intensität analysiert und weiterverarbeitet wird. Je nach Abschwächung der Röntgenstrahlung durch das Gehirn 9 liegt dichteres oder weniger dichtes Gewebe vor. Um ein Schnittbild der jeweiligen Ebene des Gehirns zu erhalten, in welcher sich Röntgenquelle 13 und Röntgen-Detektor 14 befinden, umlaufen die Röntgenquelle 13 und der Detektor 14 den Probanden 1 bzw. den interessierenden Körperabschnitt 9 des Probanden 1 gemeinsam auf einer Kreisbahn 15 oder auf einer (nicht gezeigten) Spiralbahn. Der Umlauf ist in 3 durch Pfeile angedeutet. Der Intensitätsverlauf der Strahlung, die an dem Detektor 14 ankommt, wird dabei aufgezeichnet und in einem hier nicht weiter erläuterten Algorithmus zu räumlichen Informationen über den inneren Aufbau des entsprechenden Körperabschnittes 9 zusammengesetzt. Die Elektroden sind in der CT-Aufnahme eindeutig identifizierbar.
Bei der Computer-Tomographie ist es wichtig, besonders strahlungsempfindliche Organe möglichst wenig zu belasten. Dies trifft insbesondere für die Augen 10 des Probanden zu. Es muss daher die Ebene der Röntgenuntersuchung so gelegt werden, dass die Augen keiner oder nur sehr wenig Strahlung ausgesetzt sind. Dies kann durch Verschieben der Ebene in vertikaler Richtung (in Bezug auf die Körperachse des Probanden 1) oder durch Kippen der Ebene gegenüber der Körperachse des Probanden 1 erfolgen.
Das Ergebnis einer Messung mit den Elektroden 11 als Sensoren in 3, die in einem Gehirn 9 implantiert sind, kann wie in 12 angedeutet visualisiert werden. Insbesondere kann bei mehreren Elektrodenpaaren 11 eine Ableitung 12 immer an den Orten gezeigt bzw. auf einer Anzeige eingeblendet werden, an denen die jeweiligen Elektroden im Gehirn sitzen. Diese Ortsinformation erhält man durch die gemeinsame Auswertung der CT-Daten und der MRT-Daten, wie es weiter unten noch ausführlicher anhand von 4 erläutert werden wird.
Ziel der Erfindung ist es, dem behandelnden Arzt auf einen Blick alle verfügbare Information anzuzeigen, d. h. die anatomische Information aus dem MRT-Bild und gegebenenfalls aus dem CT-Bild wie auch die funktionelle Information aus dem PET-Bild und insbesondere die elektrische Information aus dem EEG, mit der sich sehr schnell ändernde Parameter dargestellt werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung werden im folgenden anhand von 4 erläutert.
In Schritt 16 bzw. mit der Vorrichtung 16 wird eine MRT-Messung aufgenommen. Zeitgleich und am selben Ort in dem Untersuchungsraum 2 wird in Schritt 17 bzw. mit der Vorrichtung 17 eine PET-Messung aufgenommen. Beide Messungen werden bei 18 miteinander verknüpft bzw. einander überlagert, so dass sie zeitgleich auf ein und derselben Anzeige dargestellt werden können. Dies ermöglicht dem Betrachter die Zuordnung von funktionalen Ergebnissen aus der PET zu anatomischen Ergebnissen aus der MRT.
Erfindungsgemäß werden bei 19 unabhängig von der PET-Messung und deren Überlagerung mit der MRT-Messung wenigstens drei räumliche Referenzpunkte in der MRT-Aufnahme festgelegt.
In 20 wird eine CT-Messung aufgenommen, die ebenfalls eine Aussage über die anatomischen Verhältnisse ermöglicht, jedoch kein Magnetfeld voraussetzt. Analog zu 19 werden in 23 wenigstens drei räumliche Referenzpunkte in der CT-Aufnahme festgelegt. Ferner wird eine Verknüpfung von CT-Messung 20 und EEG-Messung 21 in der Überlagerung 22 hergestellt. So hat man auch für das EEG eine räumliche Zuordnung im Gehirn 9.
Die beiden (oder mehreren) Referenzpunkte aus 19 bzw. 23 werden in 24 miteinander verglichen, und es wird in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein entsprechender Wert errechnet, der in dem weiteren Verfahren eine Verknüpfung von Aufnahmen ermöglichen soll. Dieser Vergleich ist im Einzelnen sehr komplex und aufwendig, da die CT-Aufnahme und die MRT-Aufnahme weder am selben Ort, d. h. unter denselben geometrischen Bedingungen für den Probanden, noch zur selben Zeit vorgenommen werden können. Das bedeutet, dass die Referenzpunkte in beiden Aufnahmen zunächst unabhängig voneinander definiert werden müssen. In beiden Aufnahmen werden dafür vorzugsweise Punkte gewählt, die auch in der jeweils anderen Aufnahme leicht und ortsgenau identifiziert werden können. Insbesondere eignen sich dafür besonders prägnante anatomische Merkmale.
Das Vergleichsergebnis aus 24 wird dann herangezogen, um die Aufnahmen aus 16 und aus 20 so zu kombinieren, dass sie quasi übereinander liegen. Dazu wird es in der Regel notwendig sein, eine der Aufnahmen gegenüber der jeweils anderen Aufnahme zu verschieben und zu drehen. In der Ausführungsform der Erfindung nach 4 wird die CT-Aufnahme in 25 verschoben, so dass sie sich der MRT-Aufnahme in der Weise überlagern lässt, dass die gewählten Referenzpunkte in beiden Aufnahmen übereinander liegen. Dabei wird diese Verschiebung auch auf die jeweilige Ableitung 12 angewendet, die in 3 dargestellt ist.
Alternativ kann zu der Registrierung über Referenzpunkte auch eine automatische Registrierung z. B. über den bekannten ”mutual information”-Algorithmus vorgenommen werden. Ebenso gut kann die Registrierung durch den Benutzer vorgenommen werden.
In 26 wird die CT-/EEG-Aufnahme aus 22 der MRT-/PET-Aufnahme aus 18 überlagert. Nun hat man alle Informationen in einer Darstellung gemeinsam, nämlich eine Ortsinformation hoher Auflösung aus der MRT-Aufnahme, eine erste funktionale Information mit Stoffwechseldaten aus der PET-Aufnahme und eine zweite funktionale Information mit physikalischen Daten (Stromverteilung) aus der EEG-Messung in Verbindung mit der CT-Messung. Diese kombinierte Information wird schließlich in 27 gemeinsam dargestellt.
So erhöht die genaue Korrelation eines verminderten Zuckerstoffwechsels, einer verminderten Benzodiazepinrezeptordichte oder einer erhöhten Tryptophanaufnahme (bei tuberöser Sklerose) in der PET mit dem Nachweis abnormer iktualer und interiktualer elektrischer Aktivität (während und zwischen den Anfällen) im invasiven EEG in einer bestimmten Hirnregion deren diagnostische Sicherheit. Die exakte Registrierung der Ergebnisse der beiden funktionellen Verfahren, die einen epileptogenen Fokus mit höherer Sicherheit nachweisen können als anatomische Methoden, zu der exakten anatomischen Information der MR ist eine Voraussetzung zur Planung eines operativen Eingriffes und ermöglicht daher die neurochirurgische Entfernung des epileptogenen Fokus. Nur in der MR lassen sich die anatomischen Leitstrukturen darstellen, die der Neurochirurg während des Eingriffes sieht und identifizieren kann bzw. dient die MRT als Grundlage zur Neuronavigation.

Claims

Verfahren zum bildlichen Darstellen von funktionellen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns mit den Schritten: – Aufnahme einer Positronenemissions-Tomographiemessung (17) mit wenigstens einem Strahlungsdetektor (4) zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus einem Untersuchungsraum (2), – Aufnahme einer Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) mit wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Grundmagnetfelds, wenigstens einer Gradientenspule (6) zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum (2) und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung (7) zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum (2) und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum (2), wobei die Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und die Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) im Wesentlichen zeitgleich und isozentrisch erfolgen, so dass sich eine Registrierung zwischen der Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) ergibt, und – Aufnahme einer Elektroenzephalographie-Messung (21) mit mehreren Elektroden (11) zum Erfassen von räumlichen und zeitlichen Änderungen des Hirnstroms, – Aufnahme einer Computer-Tomographiemessung (20) mit wenigstens einer Röntgenquelle (13) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsraum (2) und wenigstens einem Röntgen-Detektor (14) zum Erfassen von Röntgenstrahlung, die aus dem Untersuchungsraum (2) kommt, so dass die Elektroden (11) der EEG-Messung identifizierbar sind, wobei die Computer-Tomographiemessung (20) während einer Tragezeit der Elektroden (11) für die die Elektroenzephalographie-Messung (21) erfolgt, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung (21) und der Computer-Tomographiemessung (20) ergibt, und wobei durch eine Auswertungsvorrichtung (22–26) zum gegenseitigen Verschieben (25) der CT-Aufnahme und der MR-Aufnahme in Abhängigkeit von CT-Referenzpunkten (23) und MRT-Referenzpunkten (24) eine räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographie-Messung (20) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) vorgenommen wird, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung (21) und der Positronenemissions-Tomographiemessung (17) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 mit: Darstellen der Aufnahme der Positronenemissions-Tomographiemessung (17), der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) und der Aufnahme der Elektroenzephalographie-Messung (21) gleichzeitig auf einer Anzeigeeinrichtung (27).
Verfahren nach Anspruch 2 mit: Bestimmen von ersten Referenzpunkten (19) in der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographie-Messung (16), Bestimmen von zweiten Referenzpunkten (23) in der Aufnahme der Computer-Tomographiemessung (20), Abgleichen der ersten und zweiten Referenzpunkte (19, 23) und Darstellen der Aufnahme der Positronenemissions-Tomographiemessung (17), der Aufnahme der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) und der Aufnahme der Elektroenzephalographie-Messung (21) auf der Anzeigeeinrichtung (27), so dass die ersten und zweiten Referenzpunkte (19, 23) im Wesentlichen deckungsgleich sind.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographiemessung (20) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) durch die Auswertungsvorrichtung (22–26) anhand von anatomischen Details vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem gemeinsam mit den PET-Daten (17), den MRT-Daten (16) und den CT-Daten (20) bipolare und/oder unipolare Ableitungen (12) des EEG (21) dargestellt werden.
Vorrichtung zum bildlichen Darstellen von funktionellen und elektrischen Aktivitäten des Gehirns mit: – wenigstens einem Strahlungsdetektor (4) zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus einem Untersuchungsraum (2) als eine Aufnahme einer Positronenemissions-Tomographiemessung (17), – wenigstens einer Spule zum Erzeugen eines Grundmagnetfelds, wenigstens einer Gradientenspule (6) zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum (2) und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung (7) zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum (2) und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum (2) als eine Aufnahme einer Magnetresonanz-Tomographiemessung (16), wobei die Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und die Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) im wesentlichen zeitgleich und isozentrisch erfolgen, so dass sich eine Registrierung zwischen der Positronenemissions-Tomographiemessung (17) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) ergibt, und – mehreren Elektroden (11) zum Erfassen von räumlichen und zeitlichen Änderungen der elektrischen Aktivitäten des Gehirns als eine Aufnahme einer invasiven Elektroenzephalographie-Messung (21), – wenigstens einer Röntgenquelle (13) zum Erzeugen von Röntgenstrahlung in dem Untersuchungsraum (2) und wenigstens einem Röntgen-Detektor (14) zum Erfassen von Röntgenstrahlung, die aus dem Untersuchungsraum (2) kommt, als eine Aufnahme einer Computer-Tomographiemessung (20), so dass die Elektroden (11) für die EEG-Messung (21) identifizierbar sind, wobei durch eine Auswertungsvorrichtung (22–26) zum gegenseitigen Verschieben (25) der CT-Aufnahme und der MR-Aufnahme in Abhängigkeit von CT-Referenzpunkten (23) und MRT-Referenzpunkten (24) eine räumliche Korrelation zwischen der Computer-Tomographie-Messung (20) und der Magnetresonanz-Tomographiemessung (16) vorgenommen wird, so dass sich eine Registrierung zwischen der Elektroenzephalographie-Messung (21) und der Positronenemissions-Tomographiemessung (17) ergibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Strahlungsdetektor (4) und die wenigstens eine Gradientenspule (6) koaxial und in im Wesentlichen gleicher axialer Höhe um den Untersuchungsraum (2) angeordnet sind.