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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
WO 97/05574 A1 offenbart ein Verfahren zur Segmentierung und Analyse von Rohdaten bei der Tomographie-Bildgebung wie bei der SPET- und PET-Bildgebung.
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Die
DE 10 2007 011 695 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Untersuchungsperson in einer Magnetresonanzanlage.
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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.
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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.
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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.
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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, weiterzuverwerten, 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im Folgenden soll nun konkretisiert werden, durch welche Maßnahmen die Bestimmung der Begrenzungen und somit der Position und Ausdehnung der Körperteile vorteilhaft erfolgen kann.
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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.
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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.
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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.
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Anhand der erhaltenen Informationen über die Begrenzung von Körperteilen, letztlich also deren Position und Ausdehnung, kann nun, wie bereits diskutiert, eine Anpassung und/öder 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Fig. 2 näher erläutert werden, wobei die 3 und 4 die Geometrie der Messung näher erläutern.
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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.
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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.
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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 Fig. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Auf diese Weise wurden aus dem eindimensionalen Magnetresonanzdatensatz die Begrenzungen der Arme und des Torsos ermittelt.
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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.
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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.
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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 Ausdehnung 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.
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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.
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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.
