-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur wenigstens teilweisen Ermittlung
und/oder Anpassung einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten Schwächungskarte
in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät.
-
Bei
der Positronenemissionstomographie (PET) werden die emittierten
Photonen beim Durchqueren des aufzunehmenden Objekts, insbesondere des
menschlichen Körpers,
geschwächt.
Daher treten Artefakte in rekonstruierten PET-Bildern sowie Einschränkungen
in der quantitativen Auswertung auf. Zur Behebung dieses Problems
ist es bekannt, eine Schwächungskorrektur
auf der Basis einer Schwächungskarte
durchzuführen.
Die Schwächungskarte
gibt letztlich an, wie groß der
lokale Schwächungskoeffizient
an bestimmten Positionen innerhalb des Körpers ist. Für die Schwächungskorrektur
ist es notwendig, dass die exakte Position und Dichte der Körperteile
und anatomischen Strukturen eines Untersuchungsobjekts bestimmt
werden muss. Für
alleinstehende PET-Systeme kann die Schwächungskarte beispielsweise
aus CT-Aufnahmen oder aus externen Quellen bestimmt werden.
-
In
letzter Zeit wurden jedoch auch hybride Magnetresonanz-PET-Geräte (MR-PET-Geräte) entwickelt,
die idealer Weise eine parallele Bildgebung auf Basis von MR und
PET erlauben. Dabei wurden Techniken vorgeschlagen, die Position
anatomischer Merkmale oder gar die Gewebeverteilung auch durch MR-Aufnahmen
zu bestimmen. Weiterhin wurde vorgeschlagen, eine vorab mit einem
anderen Gerät
bestimmte Schwächungskarte
auch bei der MR zu verwenden.
-
Dabei
treten gerade bei hybriden MR-PET-Geräten jedoch Schwierigkeiten
auf. Zum einen bietet ein MR-PET-Gerät meist nur eine sehr beschränkte, das
heißt,
vom Radius her kleine, Patientenaufnahme, in der besonders bezüglich der
Extremitäten,
hauptsächlich
der Arme, sich Patienten unterschiedlich positionieren. Eine exakte,
verlässliche
und diagnostisch auswertbare MR-Bildaufnahme ist zudem lediglich
in einem beschränkten
Bereich, in dem das Feld eine hinreichende Homogenität und die Gradientenfelder
eine hinreichende Linearität
aufweisen, möglich.
Dieser Bereich liegt häufig
im Bereich des Torsos. Aufnahmen der Arme oder gegebenenfalls auch
der Beine, die sich am Rand der Patientenaufnahme befinden, mit
diagnostischer Qualität
sind daher nicht möglich.
Insbesondere kommt es durch die Nichtlinearität der Gradientenfelder zu Verzerrungen,
jedoch können
auch durch die fehlende Homogenität Bildartefakte entstehen.
Es ist daher bis heute kein Verfahren bekannt, verlässlich in
einem kombinierten MR-PET-Gerät die Position
von Teilen des Körpers
eines Patienten aufzunehmen, zudem ist es – insbesondere im Bereich der
Arme – nur
schwer möglich,
Informationen, die zur Anpassung oder Ermittlung einer Schwächungskarte
benötigt
werden, zu erhalten.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
anzugeben, mit dem eine Anpassung und/oder Ermittlung der Schwächungskarte
auch in weitab vom Field of View für die Magnetresonanz gelegenen
Bereichen ermöglicht
wird.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß vorgesehen,
dass
- – wenigstens
ein eindimensionaler Magnetresonanzdatensatz eines Patienten entlang
einer Aufnahmerichtung aufgenommen wird,
- – aus
dem eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz die Begrenzungen wenigstens
eines von der Aufnahmerichtung geschnittenen Teils des Körpers des
Patienten ermittelt werden,
- – die
Schwächungskarte
wenigstens teilweise in Abhängigkeit
der ermittelten Begrenzungen ermittelt und/oder angepasst wird.
-
Es
wird also vorgeschlagen, eine eindimensionale Aufnahmetechnik zu
verwenden, um die Projektion der Anatomie eines Patienten auf eine
Achse, typischerweise eine Links-Rechts-Achse, zu erhalten. Diese eindimensionalen
Bildaufnahmetechniken haben eine ganze Reihe von Vorteilen. Zunächst lassen
sie sich extrem schnell durchführen,
insbesondere im Bereich nur weniger Millisekunden. Auf diese Weise
kann schnell, das bedeutet, ohne den Patienten durch eine längere Aufenthaltszeit
im kombinierten MR-PET-Gerät
zu belasten, die Position von Teilen des Körpers, insbesondere der Arme,
gemessen werden. Zudem gleicht die Projektion auf nur eine einzige
Achse die außerhalb
des eigentlichen Field of View der Magnetresonanzeinrichtung liegenden
Verzerrungen und Artefakte weitgehend aus. Dabei wurde im Rahmen
der vorliegenden Erfindung erkannt, dass es zwar nicht möglich ist,
Aufnahmen von diagnostischer Qualität außerhalb des Field of View zu
ermöglichen,
aber dennoch die eindimensionalen Magnetresonanzdatensätze eine
hinreichend genaue Positionsbestimmung erlauben und gegebenenfalls
sogar Informationen zur Abschätzung
des Schwächungskoeffizienten
geben können.
Steile Signalkanten geben dabei Hinweise auf die Position verschiedener
Teile des Körpers,
und in einigen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann die Signalhöhe zusätzlich zur Anpassung und/oder
Ermittlung wenigstens eines Teils der Schwächungskarte genutzt werden.
-
Es
kann, wie beschrieben, wenigstens teilweise die Schwächungskarte
ermittelt und/oder angepasst werden. Es ist also beim erfindungsgemäßen Verfahren
grundsätzlich
sowohl möglich,
eine vorgefertigte Schwächungskarte,
beispielsweise aus einem Modell oder aus vorhergegangenen Untersuchungen
des Patienten, beispielsweise aus CT-Untersuchungen, weiterzuver werten,
korrekt zu positionieren beziehungsweise zu skalieren und an den
entsprechenden Stellen anzupassen und/oder zu ergänzen. Genauso
gut ist es möglich,
beispielsweise einen Teil der Schwächungskarte durch dedizierte
Magnetresonanzaufnahmen im Bereich des Torso zu ermitteln, um danach
aufgrund der eindimensionalen Messung diese Schwächungskarte, insbesondere durch
Anpassung eines Modells für
die Körperteile, im
Bereich der aufgenommenen Körperteile,
insbesondere der Arme, entsprechend zu ergänzen.
-
Dabei
kann in konkreter Ausgestaltung einer Sequenz zur Aufnahme eines
eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes entlang einer Aufnahmerichtung
vorgesehen sein, dass zur Aufnahme des Magnetresonanzdatensatzes
eine Frequenz mit Ortskodierung bei der Aufnahme in lediglich der
Aufnahmerichtung verwendet wird. Das bedeutet, Gradienten zur Ortskodierung
werden nach der Schichtselektion bei der Anregung nicht wie üblich in
zwei Raumrichtungen geschaltet, sondern nur in einer, nämlich der
Aufnahmerichtung. Dadurch werden alle Signale einer zur Aufnahmerichtung
senkrechten Richtung an den verschiedenen Punkten der Aufnahmerichtung
gleichzeitig gemessen, so dass sich eine Art Projektion ergibt.
-
Zur
Aufnahme des Magnetresonanzdatensatzes kann eine Spin-Echo-Sequenz verwendet werden.
Diese hat sich bei Versuchen zu der vorliegenden Erfindung als besonders
vorteilhaft zur Erreichung hinreichender Kontraste herausgestellt.
-
Ein
Problem bei der Aufnahme eindimensionaler Magnetresonanzdatensätze ist
die sogenannte Phasendispersion. Aufgrund der Eigenschaften der Materie
des aufzunehmenden Körpers
kann es vorkommen, dass in verschiedenen Bereichen andere Phasen
vorliegen. Beträgt
die Phasendifferenz zwischen diesen Bereichen gar 180°, so kann
es zur Auslöschung
von Signalen kommen. Besonders häufig
wird derartiges im Bereich des Torso beobachtet, da dort in verschiedenen
Bereichen stark unterschiedliche Materialeigenschaften vorliegen
und, da ja letztlich eine Projektion gemessen wird, alle diese senkrecht
zur Aufnahmerichtung stehenden Bereiche zum Gesamtsignal beitragen
oder dieses eben schwächen
können.
Daher kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, dass zur Aufnahme
des Magnetresonanzdatensatzes eine Schichtauswahl in zwei zueinander
und der Aufnahmerichtung senkrechten Richtungen erfolgt, so dass
ein im Wesentlichen quaderförmiger
Bereich eindimensional ausgemessen wird. Eine derartige Technik
kann im Englischen als „pencil
beam technique” bezeichnet
werden. Statt dass nur eine Schicht, beispielsweise in Kranial-Kaudal-Richtung,
ausgewählt
wird, erfolgt eine weitere Schichtselektion im Rahmen der Sequenz
beispielsweise in Anterior-Posterior-Richtung, so dass der senkrecht zur
Aufnahmerichtung gelegene Bereich, der letztlich auf die Aufnahmeachse
projiziert wird, verringert wird. Dadurch spielen Phasendispersionseffekte
eine weitaus geringere Rolle und es werden eher auswertbare Signale
erzeugt. In einer ersten Erfindungsausgestaltung kann dabei konkret
vorgesehen sein, dass eine Sequenz mit zwei Anregungspulsen verwendet
wird, bei denen jeweils ein Schichtauswahlgradient in zwei zueinander
und zur Aufnahmerichtung senkrechten Richtungen geschaltet wird.
Dabei werden also zwei Anregungspulse genutzt, die nur in dem letztlich
aufgenommenen Bereich mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt
beide ihre Wirkung entfalten. In einer zweiten, besonders zweckmäßigen Ausgestaltung
kann vorgesehen sein, dass bei Verwendung einer Spin-Echo-Sequenz
für den
Refokussierungspuls ein Schichtauswahlgradient geschaltet wird,
der zu der bei dem Schichtauswahlgradienten beim Anregungspuls gewählten Richtung
und zur Aufnahmerichtung senkrecht steht. Bei einer Spin-Echo-Sequenz
wird üblicherweise
ein Refokussierungspuls, insbesondere ein 180°-Puls, verwendet. Wird dieser
Refokussierungspuls nun in seinem Wirkungsbereich in einer zu der
eigentlichen Schichtauswahl beim Anregungspuls und der Aufnahmerichtung
senkrechten Richtung beschränkt,
so wird auf elegante Art ein im Querschnitt wesentlicher rechteckiger
Bereich selektiert.
-
Bei
der Aufnahme des Magnetresonanzdatensatzes kann eine wenigstens
eine Gewebeart hervorhebende Sequenz verwendet werden, insbesondere
eine T1- oder T2-gewichtete Sequenz und/oder eine wasser- oder fettunterdrückende Sequenz
verwendet werden. Dabei ist letztlich die Sequenzart zu wählen, welche
die am besten auswertbaren eindimensionalen Magnetresonanzdatensätze erzeugt. Es
kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise mehrere nacheinander
erfolgende Messungen mit unterschiedlichen Sequenzen durchzuführen und aus
den Unterschieden zwischen den einzelnen Magnetresonanzdatensätzen weitere
Informationen zu folgern, die beispielsweise eine bessere Ermittlung und/oder
Anpassung der Schwächungskarte
erlauben. So ist beispielsweise bekannt, dass in wasserunterdrückenden
Sequenzen eher Fettgewebe hervorgehoben wird, in fettunterdrückenden
Sequenzen eher das wasserlastige Muskelgewebe. So kann beispielsweise
die Menge an fett- beziehungsweise wasserlastigem Gewebe in Aufnahmerichtung
ermittelt werden.
-
Erfindungsgemäß ist es
also grundsätzlich möglich, dass
mehrere unterschiedliche Magnetresonanzdatensätze aufgenommen werden, beispielsweise
2 bis 6, insbesondere 3. Dies ist, wie oben dargestellt, zum einen
so zu verstehen, dass eindimensionale Magnetresonanzdatensätze mit
unterschiedlichen Sequenzen, aber im selben Bereich aufgenommen
werden, zum anderen ist es selbstverständlich sinnvoll, die Position
von Körperteilen
an mehreren Stellen entlang des Patienten zu messen. So können beispielsweise,
wenn die Position der Arme bestimmt wird, drei eindimensionale,
den Verlauf in Rechts-Links-Richtung wiedergebende Magnetresonanzdatensätze aufgenommen
werden, etwa einer im Bereich der Schultern, einer im Bereich der
Oberarme und ein weiterer im Bereich der Unterarme oder Hände. Daraus
kann der Verlauf der Arme dann extrapoliert werden. Selbstverständlich sind
jedoch grundsätzlich,
je nach dem, wie genau die erhaltenen Informationen sein sollen,
letztlich beliebig viele schnell durchgeführte eindimensionale Messungen möglich.
-
Wie
bereits erwähnt,
kann, beispielsweise um die Position der Arme zu vermessen, vorgesehen sein,
dass die Aufnahmerichtung eine Rechts-Links-Richtung ist und eine
Schichtauswahl wenigstens in Kranial-Kaudal-Richtung erfolgt. Zur Positionsbestimmung
der Arme und gegebenenfalls des Torsos des Patienten kann zudem
vorgesehen sein, dass die oder eine Aufnahmerichtung die Arme und
den Torso des Patienten schneidet.
-
Im
Folgenden soll nun konkretisiert werden, durch welche Maßnahmen
die Bestimmung der Begrenzungen und somit der Position und Ausdehnung der
Körperteile
vorteilhaft erfolgen kann.
-
So
kann vorgesehen sein, dass aus dem oder einem weiteren, insbesondere
ohne einen Patienten aufgenommenem Magnetresonanzdatensatz ein Rauschmittelwert
eines Rauschsignals bestimmt wird, wobei das Überschreiten eines von dem Rauschmittelwert
abhängigen
ersten Schwellwerts, insbesondere des fünffachen des Rauschmittelwerts, durch
das Messsignal ausgehend von einem Rauschsignalbereich zur Ermittlung
einer Begrenzung dient. Es wird demnach das Wissen genutzt, dass – beispielsweise
im Falle der Arme – sich
außerhalb
des äußersten
Körperteils,
dessen Begrenzungen festgestellt werden sollen, nichts mehr befindet, folglich
dort nur ein Rauschsignal gemessen wird. Dieses Rauschsignal wird
an den Rändern
des eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes gemessen und bildet
einen guten Ausgangspunkt zur Bestimmung der äußeren Begrenzung eines Körperteils.
Dazu sollte allerdings die mittlere Höhe des Rauschsignals, also
der Rauschmittelwert, bekannt sein, der durch eine dedizierte Messung,
beispielsweise, wenn sich kein Patient im kombinierten MR-PET-Gerät befindet,
ermittelt werden kann, aber auch, wenn Bereiche bekannt sind, in
denen das Vorliegen eines Körperteils
ausgeschlossen werden kann, unmittelbar aus dem eindimensionalen
Magnetresonanzdatensatz ermittelt werden kann. Selbstverständlich sollte
bei zusätzlicher
Messung des Rauschmittelwerts dieselbe Sequenz verwendet werden,
mit der auch der eindimensionale Magnetresonanzdatensatz aufgenommen
wird. Ausgehend vom Rand des eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes
kann nun beispielsweise schrittweise überprüft werden, ob das Messsignal
des Magnetresonanzdatensatzes einen ersten Schwellwert überschreitet,
wobei sich insbesondere das Fünffache des
Rauschmittelwerts als geeignet erwiesen hat. Die Position, an der
die Überschreitung
des ersten Schwellwerts auftritt, stellt eine äußere Begrenzung eines Körperteils
dar.
-
Vorzugsweise
können
wenigstens zwei Begrenzungen durch schrittweises Betrachten der Messsignale
des Magnetresonanzdatensatzes ausgehend von an den Rändern des
Magnetresonanzdatensatzes gelegenen Rauschsignalbereichen bestimmt
werden. Dies wurde bereits bezüglich
der Ausgestaltung unter Verwendung eines ersten Schwellwertes angesprochen,
jedoch ist das hier beschriebene beidseitige Vorgehen im Hinblick
darauf vorteilhaft, dass – wie
bereits erwähnt – gerade
im Torso durch Phasendispersion sehr niedrige Messsignale auftreten
können,
die fälschliche
Bestimmungen von Begrenzungen nach sich ziehen können. Deshalb kann beidseitig
von außen
nach innen vorgegangen werden, bis der Torso erreicht wird, wobei ja
beispielsweise bekannt ist, dass Begrenzungen der Arme und des Torso
ermittelt werden müssen. Durch
den Ansatz von beiden Rändern
aus wird somit eine Nutzung des zentralen Bereichs vermieden.
-
Konkret
für den
Fall von mehreren in Aufnahmerichtung aufeinanderfolgenden Körperteilen,
insbesondere Armen und Torso, kann vorgesehen sein, dass benachbarte
Begrenzungen von Körperteilen durch
schrittweise Betrachtung der Messsignale des Magnetresonanzdatensatzes
derart ermittelt werden, dass zunächst ein innerhalb eines Körperteils
gelegenes lokales Maximum und dessen Maximalsignalwert ermittelt
werden, woraufhin in der Betrachtungsrichtung anhand eines Abfalls
des Messsignals mindestens auf einen durch den Maximalsignalwert
bestimmten zweiten Schwellwert, insbesondere 80 Prozent des Maximalsignalwerts,
ein Minimalbereich mit einem Minimalsignalwert bestimmt wird, nach
dem in Betrachtungsrichtung wieder ein Anstieg des Messsignals auf
mindestens einen durch den Minimalsignalwert bestimmten dritten
Schwellwert, insbesondere 120% des Minimalsignalwerts, erfolgt,
so dass die Begrenzungen des Minimalbereichs, an denen das Messsignal
den dritten Schwellwert überschreitet,
als benachbarte Begrenzungen benachbarter Körperteile bestimmt werden.
Beispielsweise kann bei dieser Vorgehensweise zunächst, wie
oben dargelegt, eine äußere Begrenzung
eines Körperteils,
beispielsweise eines Arms, durch den Sprung ausgehend vom Rauschmittelwert
ermittelt werden. Dann ist bekannt, wo ein Körperteil beginnt und es kann
ein herausragendes Maximum, welches insbesondere nicht durch übliche Messsignalschwankungen
beeinflusst ist, ermittelt werden. Ist dieses erst bekannt, so wird
danach ein Minimalbereich gesucht, ebenso möglichst unbeeinflusst von Schwankungen,
dessen Minimalwert hinreichend niedriger gelegen ist. Ist ein derartiger
Minimalbereich gefunden, so kann davon ausgegangen werden, dass
er sich zwischen zwei benachbarten Körperteilen befindet. Dann kann
wiederum über
ein Schwellwertverfahren festgestellt werden, wo sich die Begrenzungen
dieses Minimalbereichs, die Begrenzungen der benachbarten Körperteile
darstellen, befinden. Insbesondere hat es sich bei der Entwicklung
der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass in den meisten Fällen zwischen
dem Torso und den Armen ein Rückgang
des Messsignals wieder ungefähr
auf die Rauschmittelwerthöhe
festgestellt wurde, während
ein charakteristischer, hoher Anstieg im Bereich der äußeren Begrenzung
des Torsos beobachtet wurde. Die Schwellwerte sollten dabei insbesondere
so gewählt
werden, dass beispielsweise ein aufgrund des kaum Signal liefernden
Knochens zentral in einem Körperteil
befindlicher Minimalbereich nicht als Bereich zwischen zwei Körperteilen
detektiert wird.
-
Anhand
der erhaltenen Informationen über die
Begrenzung von Körperteilen,
letztlich also deren Position und Ausdehnung, kann nun, wie bereits
diskutiert, eine Anpassung und/oder Ermittlung wenigstens eines
Teils der Schwächungskarte
erfolgen. So kann zweckmäßigerweise
vorgesehen sein, dass eine geometrische Anpassung insbesondere Positionierung,
wenigstens eines Teils der Schwächungskarte
und/oder einer Ermittlung wenigstens eines Teils der Schwächungskarte
durch Konkretisierung eines körperteilspezifischen
Modells anhand der Begrenzungen erfolgt. Geht es bei den Körperteilen
beispielsweise hauptsächlich
um die Arme, so ist festzuhalten, dass diese von ihrem inneren Aufbau
her von Haus aus recht einfach sind und im Gegensatz zum Torso,
der komplex aufgebaut ist und durch zyklische Bewegungen noch zeitlich
verändert
wird, unbewegt sind. Dann kann beispielsweise der die Arme betreffende
Teil der Schwächungskarte
leicht angepasst werden. So kann eine konkret gemessene Schwächungskarte
der Arme anhand der Begrenzungen korrekt repositioniert, also geometrisch
angepasst werden. Genauso gut ist es jedoch denkbar, beispielsweise,
falls die Schwächungskarte
des Torso aus Magnetresonanzaufnahmen ermittelt wird, ein körperteilspezifisches
Modell geometrisch zu präzisieren,
beispielsweise ein allgemein verwendbares Modell über die
Verteilung des Schwächungskoeffizienten
in dem – wie
bereits dargelegt recht einfach aufgebauten – Arm. Auch hier kann dieses
Modell geeignet positioniert und/oder skaliert werden.
-
Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass bei der Ermittlung und/oder Anpassung,
insbesondere Skalierung, wenigstens eines Teils der Schwächungskarte
die Messsignale des Magnetresonanzdatensatzes zwischen zwei Begrenzungen
berücksichtigt
werden. Wenn auch, wie bereits dargelegt, diagnostische Aussagen
oder dergleichen im Bereich beispielsweise der Arme oder anderer
abgelegener Körperteile
nicht möglich
sind, ist es dort – beispielsweise
bei der bereits erwähnten
Wichtung durch die entsprechende Sequenz – durchaus möglich, auch Aussagen über die
Gewebeverteilung in einem Körperteil
aus dem eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz zu ziehen. Beispielsweise
kann bei einem Arm durch entsprechende Sequenzen eher fetthaltiges
Gewebe (Fettgewebe) von eher wasserhaltigem Gewebe (Muskelgewebe)
unterschieden werden. Vom Knochen ist bekannt, dass er eher wenig
Signal liefert.
-
Gerade
im vorliegenden Fall eines kombinierten MR-PET-Geräts können in
manchen Fällen Zusatzinformationen
aus einem nicht korrigierten PET-Bilddatensatz gewonnen werden.
So kann vorgesehen sein, dass Körperoberflächeninformationen aus
einem nichtkorrigierten Positronenemissionstomographie-Bilddatensatz
ermittelt und bei der Ermittlung der Begrenzungen berücksichtigt
werden. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass sich einige verwendete
PET-Tracer, insbesondere das häufig
genutzte FDG (Fluordesoxyglukose), in der Haut ablagern und somit
bei speziellen PET-Bilddatensätzen eine
recht klare Aussage über
die Position der Haut und somit der Körperoberfläche liefern können, die bezüglich der
Begrenzungen beachtet werden kann. Als alleiniges Verfahren ist
dies aufgrund der Vielzahl möglicher
PET-Untersuchungen jedoch ungeeignet, da die Information nur in
speziellen Fällen
verfügbar ist.
Beispielsweise ist bei funktioneller PET keine Hautoberfläche detektierbar.
Die zusätzlich
gewonnenen Körperoberflächeninformationen
können
beispielsweise genutzt werden, um die aus dem eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz
gewonnenen Begrenzungen in andere Bereiche zu extrapolieren.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand
der Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 einen
Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
-
2 eine
mögliche
Magnetresonanzsequenz zur Aufnahme eines eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes,
-
3 eine
Prinzipskizze eines Patienten in einem kombinierten MR-PET-Gerät zur Erläuterung der
Geometrie,
-
4 die
Projektion der Anatomie eines Patienten in einem eindimensionalen
Bilddatensatz,
-
5 ein
zweites Beispiel für
eine Magnetresonanzsequenz zur Aufnahme eines eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes,
-
6 ein
möglicher
Messsignalverlauf eines eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes,
und
-
7 eine
Prinzipskizze zu einem möglichen
Modell eines Armes.
-
1 zeigt
einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 1 wird
zunächst
wenigstens ein eindimensionaler Magnetresonanzdatensatz aufgenommen.
Nachdem die vorliegenden Ausführungsbeispiele
ohne Beschränkung der
Allgemeinheit auf den Fall der Bestimmung der Begrenzungen der Arme
und des Torsos eines Patienten gerichtet sind, ist es besonders
vorteilhaft, wenigstens drei eindimensionale Magnetresonanzdatensätze aufzunehmen,
die die Position des Torsos und der Arme in drei verschiedenen transversalen Ebenen
zeigen. Um einen derartigen eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz
aufnehmen zu können,
ist eine entsprechende Sequenz erforderlich. Beispiele verwendbarer
Sequenzen sind in den 2 und 5 dargestellt.
-
Dabei
bezeichnet jeweils RF Anregungs- beziehungsweise Empfangspulse einer
Hochfrequenzspule des kombinierten MR-PET-Geräts,
Gx, Gy und Gz Gradientenpulse der Gradientenspulen des MR-PET-Geräts und ADC
die Ausleseaktivität
einer Ausleseelektronik des MR-PET-Geräts. Die Achsen 2 deuten
jeweils den Zeitverlauf an. Ersichtlich handelt es sich um eine
Spin-Echo-Sequenz
mit einem Anregungspuls 3 und einem Refokusierungspuls 4. Zunächst soll
nun die Sequenz der 2 näher erläutert werden, wobei die 3 und 4 die
Geometrie der Messung näher
erläutern.
-
3 zeigt
skizzenhaft einen Patienten 5 in dem hier nur angedeuteten,
zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildeten MR-PET-Geräts 6 mit
Patientenaufnahme 7. Die Kaudal-Kranial-Richtung ist vorliegend
mit Z bezeichnet, die Links-Rechts-Richtung mit X und die Anterior-Posterior-Richtung
(vgl. 4) mit Y.
-
Zunächst wird
durch die in 2 dargestellte Sequenz durch
Schaltung eines Schichtselektionsgradienten 8 gleichzeitig mit
dem Anregungspuls 3 eine Schicht 9 in Z-Richtung
selektiert, die vorliegend durch die Schultern des Patienten 5 verläuft. Ein
weiterer Schichtselektionsgradient 10 in Z-Richtung ist mit
dem Refokusierungspuls 4 geschaltet.
-
Ersichtlich
ist jedoch im Auslesezeitraum 11, um das Messsignal 12 aufzunehmen,
lediglich ein Ortskodierungsgradient 13 in X-Richtung geschaltet. Die
Y-Richtung, also die Anterior-Posterior-Richtung, wird
nicht ortskodiert, so dass entlang der in Links-Rechts-Richtung
X gelegenen Aufnahmerichtung 14 die Messsignale der gesamten
Schicht 9 in Anterior-Posterior-Richtung Y aufgenommen werden. Dies
wird durch 4 näher erläutert. Offensichtlich wird
die Anatomie 15 des Patienten 5, die in der Schicht 9 liegt,
auf die in X-Richtung verlaufende Aufnahmerichtung 14 projiziert,
so dass sich eine Projektion 16 ergibt.
-
Dabei
zeigt 4 jedoch einen idealisierten Zustand, in dem keine
Phasendispersion in Anterior-Posterior-Richtung in der Schicht 9 auftritt.
Dies ist in der Realität
jedoch häufig
nicht der Fall, so dass es zu Auslöschungen statt Aufsummierungen
bei der Projektion kommen kann. Dem wirkt die in 5 gezeigte
zweite Sequenz entgegen. Ersichtlich ist dort statt des Schichtauswahlgradienten 10 in
Z-Richtung ein Schichtauswahlgradient 17 in Y-Richtung
zeitgleich zum Refokusierungspuls 4 angelegt. Dies bedeutet,
dass neben der Auswahl der transversalen Schicht 9 diese
mit dem Refokusierungspuls 4 in Anterior-Posterior-Richtung
weiter eingeschränkt
wird, wie dies beispielsweise durch die gestrichelten Linien 18 in 4 angedeutet
ist. Auf diese Weise wird Phasendispersionseffekten entgegengewirkt
und letztlich ein im Wesentlichen quaderförmiger Bereich 19 ausgemessen.
-
Es
ist an dieser Stelle noch anzumerken, dass in weiterer Ausgestaltung
der Sequenzen aus 2 und 5 auch spezielle
Gewichtungen vorgesehen sein können,
die entweder die Begrenzungen von Körperteilen besonders hervorheben,
oder aber – insbesondere
bei mehreren Aufnahmen in der selben Schicht 9 oder dem
selben Bereich 19 – spezielle
Gewebearten oder Eigenschaften hervorgehoben darstellen, beispielsweise
durch eine T1- oder T2-Gewichtung oder auch durch eine fett- oder wasserunterdrückende Messung.
Beispielsweise kann so festgestellt werden, ob in der Projektion
mehr wasser- (muskel-) oder mehr fetthaltiges Gewebe beigetragen
hat. Hierauf wird später
bezüglich
der Anpassung einer Schwächungskarte
noch zurückgekommen.
-
In
einem Schritt 20 (1) werden
nun der oder die aufgenommenen Magnetresonanzdatensätze so ausgewertet,
dass die Begrenzungen von Körperteilen
aus ihnen ermittelt werden können.
Dies soll beispielhaft für
einen in Links-Rechts-Richtung durch die Arme und den Torso verlaufenden
eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz, der mit der in 2 dargestellten
Sequenz aufgenommen wurde, erläutert
werden. Dessen Messsignal 12 ist gegen die Position in
Aufnahmerichtung 14 in 6 beispielhaft
dargestellt. Es sei vorab angemerkt, dass der Signalrückgang im
zentralen Bereich 21 durch Phasendispersionseffekte bedingt
ist. Durch qualitatives Betrachten des Verlaufs des Messsignals 12 ist bereits
ersichtlich, dass sich in den Bereichen I und III die
Arme befinden, im Bereich II der Torso. Die Begrenzungen
der Bereiche I–III und
somit die Begrenzungen der entsprechenden Körperteile sollen nun automatisch
ermittelt werden. Dazu ist im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass
von beiden Rändern 22 und 23 des
eindimensionalen Magnetresonanzdatensatzes schrittweise nach innen
das Messsignal 12 betrachtet wird, vgl. Pfeile 24.
Ersichtlich wird, da man sich außerhalb des Körpers befindet,
zunächst
nur ein sehr niedriges Rauschsignal gemessen. Dieses Rauschsignal
wird in seiner Höhe beschrieben
durch einen Rauschmittelwert, der aus dem betrachteten eindimensionalen
Magnetresonanzdatensatz selber oder durch eine getrennte Messung
mit der selben Sequenz bei nicht vorhandenem Patienten ermittelt
werden kann. Es wird nun schrittweise überprüft, ob das Messsignal 12 das 5-fache
dieses Rauschmittelwerts als ersten Schwellwert übersteigt. Dies ist an den
Punkten 25 und 26 der Fall. Diese Position wird
gespeichert und entspricht der äußeren Begrenzung
der Arme.
-
In
einem weiteren Schritt wird das im Armbereich I beziehungsweise III vorkommende
Maximum 27 beziehungsweise 28 bestimmt, bevor
das Messsignal 12 wieder abfällt, insbesondere ein Abfall
des Messsignals 12 mindestens auf 80% des jeweiligen Maximalsignalwerts 27 beziehungsweise 28 (zweiter Schwellwert)
auftritt. Gefunden ist nun der zwischen den Bereichen I und II beziehungsweise III und II gelegene
Minimalbereich. Dieser wird durch einen Minimalsignalwert 29 beziehungsweise 30 charakterisiert.
Ausgehend von dem jeweiligen Minimalbereich werden nun dessen Begrenzungen
dadurch bestimmt, dass das Messsignal 12 einen von dem
jeweiligen Minimalsignalwert abgeleiteten dritten Schwellwert überschreitet.
Im vorliegenden Beispiel wird der dritte Schwellwert selbst in nichtlinearer
Abhängigkeit
des Minimalsignalwerts bestimmt. Da der Minimalsignalwert 29 beziehungsweise 30 vorliegend
im Bereich des Rauschmittelwerts liegt, wird auch hier eine Überschreitung
des 5-fachen des Minimalsignalwerts 29, 30 als
dritter Schwellwert gefordert, was aufgrund der charakteristischen Überhöhungen 31, 32 am
Rande des Torsos leicht ermittelbar ist. Es ergeben sich als weitere
Begrenzungen die Punkte 33–36, wobei die den
Minimalbereich zu den Rändern 22 und 23 hin
begrenzenden Punkte 33 und 34 die inneren Begrenzungen
der Arme darstellen, während
die Punkte 35 und 36 die äußeren Begrenzungen des Torsos
bilden. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass – im Übrigen auch abhängig von
der verwendeten Aufnahmesequenz und einer gegebenenfalls vorgenommenen
Wichtung – der
erste bis dritte Schwellwert selbstverständlich auch anders als hier
genannt gewählt
werden könnten.
-
Auf
diese Weise wurden aus dem eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz
die Begrenzungen der Arme und des Torsos ermittelt.
-
Aus
dem Magnetresonanzdatensatz können auch
weitere Informationen ermittelt werden, beispielsweise, wenn eine
entsprechende Gewichtung durch die Sequenz vorgenommen wurde. Es
können fettreiche
beziehungsweise fettarme Bereiche und dergleichen ermittelt werden,
andere Zusatzinformationen können
durch Vergleich von mit unterschiedlichen Sequenzen entlang derselben
Aufnahmerichtung 14 aufgenommenen Magnetresonanzdatensätzen im
Rahmen der Auswertung im Schritt 2 erhalten werden. Durch
geschickte Wahl der Sequenzen und der Aufnahmeparameter können beispielsweise
wasserdominierte (also durch Muskelmasse dominierte), fettdominierte
und knochendominierte Bereiche innerhalb der Arme bestimmt werden.
Grundsätzlich wäre es sogar
denkbar, derartige Zusatzinformationen als alleinige Basis zur Bestimmung
eines Teils der Schwächungskarte
zu verwenden.
-
In
einem Schritt 37 erfolgt nun schließlich eine wenigstens teilweise
Ermittlung und/oder Anpassung einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten
Schwächungskarte.
Da viele Möglichkeiten denkbar
sind, sollen mit Bezug auf das Beispiel der Positionsbestimmung
der Arme hier nun einige Varianten diskutiert werden.
-
Dafür sei nun
davon ausgegangen, dass die Schwächungskarte
für den
Torso bereits bekannt sei, beispielsweise durch vorangegangene dedizierte Magnetresonanz-Aufnahmen
bereits bestimmt wurde. Dann ist es möglich, die bereits vorhandene Schwächungskarte
leicht für
die Arme zu ermitteln, indem ein einfaches Modell für die Schwächung in den
Armen als Grundlage verwendet wird. Ein solch einfaches Modell ist
beispielsweise in 7 dargestellt. Darin wird der
Arm im Wesentlichen als rund angenommen, wobei in einer äußeren Schicht 38 Fett
dominiert, in einer mittleren Schicht 39 Muskelgewebe und
in einer inneren Schicht 40 der Knochen. Aufgrund der aus
Schritt 20 bekannten Begrenzungen des Armes kann dieses
Modell nun geometrisch angepasst werden, das bedeutet, in seiner
Position geeignet gelegt und mit der Aus dehnung des Armes skaliert
werden. Die Schwächungskarte
kann dann um den so ermittelten Anteil ergänzt werden. Sind, wie bereits
dargelegt, auch Zusatzinformationen aus dem Messsignal 12 eines
oder mehrerer Magnetresonanzdatensätze bestimmt worden, so können auch
diese zur weiteren Anpassung des Modells berücksichtigt werden.
-
In
einer anderen Variante kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
bereits eine gegebenenfalls während
einer früheren
Untersuchung aufgenommene Schwächungskarte
eines Patienten vorliegt, beispielsweise aus CT-Aufnahmen. Durch
die Bestimmung der Begrenzungen der Arme und Torso ist nun aber
bekannt, wie der Patient konkret in dem kombinierten MR-PET-Gerät angeordnet
ist. In diesem Fall ist auch hier eine geometrische Anpassung beispielsweise
durch Repositionierung bestimmter Anteile der Schwächungskarte
möglich.
-
Es
sei angemerkt, dass beispielsweise, wenn nur in drei verschiedenen
transversalen Schichten Magnetresonanzdatensätze der Arme und des Torsos
aufgenommen wurden, durch Interpolation und Extrapolation der Verlauf
der Arme und gegebenenfalls des Torso auch zwischen oder über diese transversalen
Schichten hinaus bestimmt werden kann. Besonders vorteilhaft ist
es jedoch, wenn zusätzlich
Körperoberflächeninformationen
aus einem unkorrigierten PET-Bilddatensatz gewonnen werden können. Dies
ist beispielsweise der Fall, wenn bei einer nicht-funktionellen
PET-Aufnahme FDG als PET-Tracer verwendet wird, da sich FDG in hoher Konzentration
in der Haut des Patienten ablagert und diese daher als Körperoberfläche leicht
aus dem PET-Bilddatensatz ermittelt werden kann. Diese zusätzliche
Körperoberflächeninformation
kann vorteilhaft zur Interpolation oder Extrapolation der Begrenzungen
außerhalb
oder zwischen den eindimensionalen Magnetresonanzdatensätzen verwendet
werden.