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Die
Erfindung betrifft die Untergrundsignalunterdrückung bei PET-Spektren und
insbesondere, aber nicht ausschließlich die Aufnahme eines PET-Spektrums
mit einem PET-Detektor eines PE-MR-Tomographen
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. 5.
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Bei
kombinierten Postronenemissions-Tomographie-(PET-)Magnetresonanz-(MR-)Geräten soll
dasselbe Volumen gleichzeitig auf zweierlei Arten abgebildet werden:
es sollen physiologische Vorgänge
dargestellt werden, und gleichzeitig soll die Lokalisierung der
physiologischen Vorgänge
im Körper
mit hoher Genauigkeit möglich
sein. Dazu müssen
entsprechende anatomische Informationen vorliegen. Für die physiologische
Information werden Postronenemissions-Tomographie-(PET-)Aufnahmen
gemacht, für
die anatomische Information werden Magnetresonanz-(MR-)Aufnahmen
gemacht.
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Bei
einer PET-Aufnahme werden die aus dem Untersuchungsraum emittierten
511 keV-Photonen mit Szintillationszählern nachgewiesen. Diese umfassen
im wesentlichen einen Szintiallationskristall wie z. B. Wismut-Germanat
(BGO), auf dem eine hochempfindliche Photodiode, z. B. eine Lawinenphotodiode
(avalanche photo diode, APD), aufgeklebt ist. Deren Ausgangssignale
werden in einem direkt verbundenen Vorverstärker aufbereitet und nach außen geführt. Das
aufbereitete Signal ist verrauscht, und zur Identifizierung von
echten 511 keV-Photonen im Spektrum muss die Energie des Signals
bestimmt werden.
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Bei
einer MR-Aufnahme werden starke Magnetfelder im Untersuchungsraum
generiert, in denen sich die Spins der Atomkerne ausrichten. Nach
Einstrahlung eines Hochfrequenzfeldes in den Untersuchungsraum,
durch das die Spins in ihrer vorher geordneten Ausrichtung gestört werden,
wird das Abklingverhalten der bei der Rückkehr der Spins in ihren ausgerichteten
Zustand emittierten Hochfrequenzstrahlung untersucht. Zur Ortsauflösung parallel
zu den Magnetfeldlinien werden dem Hauptmagnetfeld Gradientenfelder überlagert.
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Da
PET- und MR-Aufnahmen zur gleichen Zeit am gleichen Ort durchgeführt werden,
müssen die
PET-Komponenten unempfindlich gegenüber den starken Magnetfeldern
sein, die durch die MR-Komponenten
erzeugt werden. Insbesondere sind dabei die Gradientenfelder der
MR-Aufnahmeeinheit zu berücksichtigen,
die in der PET-Detektorelektronik Ströme induzieren. Wenn beispielsweise
Vorverstärker für die APDs
verwendet werden, so können
die Verbindungen zwischen APD und Vorverstärker Signale auffangen, die
durch die Gradientenfelder erzeugt werden. Derartige Störungen können nie
ganz ausgeschlossen werden, auch nicht durch besondere Anordnungen
der Bauelemente in den elektronischen Schaltkreisen.
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Die
Störsignale
bilden den Untergrund in dem PET-Spektrum, dem die einzelnen PET-Signale überlagert
sind. Einen besonders großen
Anteil zum Untergrund trägt
dabei das Schaltrauschen der Verstärker für die Gradientenmagnete bei.
Die Störungen,
die durch das Schaltrauschen hervorgerufen werden, sind im Vergleich
zu den eigentlichen PET-Signalen niederfrequent und machen sich
als Drift oder als niederfrequente Schwankungen des Nullpunkts bzw.
der Basislinie bemerkbar.
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Im
Stand der Technik wird zur besseren Erfassung der Pulshöhen des
PET-Signals versucht, die Basislinie konstant zu halten. Damit soll
ein ”Offset” der Signale
eliminiert werden, durch den andernfalls die Energieauflösung der
PET-Komponenten beeinträchtigt
würde.
Es ist jedoch nicht immer möglich,
die Basislinie konstant zu halten, da nicht alle Einflüsse vorhersehbar
sind. Außerdem
erfordert die Stabilisierung der Basislinie einen hohen Aufwand.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Korrektur der Basislinie bei PET-Spektren
zu verbessern und damit die Energieauflösung bei den PET-Aufnahmen zu
verbessern.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
die Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren nach Anspruch
5. Bevorzugte Ausführungsformen
sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Die
Erfindung beruht darauf, dass das Untergrundsignal der PET-Signale
nachgebildet wird und von dem Gesamtsignal abgezogen wird. Zur Nachbildung
des Untergrundsignals wird ein (kurzer) Zeitraum vor dem eigentlichen
PET-Signal und gegebenenfalls ein Zeitraum nach dem PET-Signal erfasst. Aus
dem Signal, das in diesem unmittelbar benachbarten Zeitraum erfasst
wurde, wird das Untergrundsignal bestimmt. Nach der Integration
des PET-Signals wird die Fläche
unter dem Untergrundsignal von dem Integralwert abgezogen.
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Auf
diese Art erhält
man unabhängig
von einer eventuellen Drift des Untergrundsignals immer den ”Sockel” des Grundrauschens
unter dem eigentlichen PET-Signal. Dieser Sockel kann von dem PET-Signal
abgezogen werden, und damit kann die Energie des PET-Signals sehr
genau ermittelt werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Aufnehmen eines PET-Spektrums mit einem PET-Detektor, insbesondere
eines PET-MR-Tomographen, und Auswerten des PET-Spektrums weist
die Schritte auf: Abtasten des Ausgangssignals des PET-Detektors
mit einer vorgegebenen Abtastrate durch eine Abtastvorrichtung;
Erkennen wenigstens einer Flanke eines PET-Pulses durch einen Flankendiskriminator;
Abschätzen
eines Untergrundsignals unterhalb des PET-Pulses durch einen Untergrundsignaldiskriminator;
Ermitteln der Energie des PET-Pulses in dem PET-Spektrum oberhalb
des Untergrundsignals aus den Abtastwerten der Abtastvorrichtung
durch eine Integratoreinrichtung.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
weist das erfindungsgemäße Verfahren
als weiteres Merkmal oder – soweit
technisch möglich
und sinnvoll – als
Kombination weiterer Merkmale auf, dass
- – als weitere
Schritte vorgesehen sind: Generieren eines Vorlaufintervalls vorgegebener
Dauer vor einer Anstiegsflanke des PET-Pulses durch einen Fenstergenerator
und Abschätzen
des Untergrundsignals des PET-Pulses durch den Untergrundsignaldiskriminator
in Abhängigkeit
von den Abtastwerten in dem Vorlaufintervall;
- – als
weitere Schritte vorgesehen sind: Generieren eines Nachlaufintervalls
vorgegebener Dauer nach einer Abklingflanke des PET-Pulses durch den
Fenstergenerator und Abschätzen
des Untergrundsignals des PET-Pulses durch den Untergrundsignaldiskriminator
in Abhängigkeit
von den Abtastwerten in dem Nachlaufintervall;
- – das
Untergrundsignal des PET-Pulses durch den Untergrundsignaldiskriminator
aus Vorlaufzeitintervall und Nachlaufintervall interpoliert wird.
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Die
entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Aufnehmen eines PET-Spektrums mit einem PET-Detektor, insbesondere
eines PET-MR-Tomographen, und Auswerten des PET-Spektrums ist versehen
mit: einer Abtastvorrichtung zum Abtasten des Ausgangssignals des PET-Detektors
mit einer vorgegebenen Abtastrate; einem Flankendiskriminator zum
Erkennen wenigstens einer Flanke eines PET-Pulses; einem Untergrundsignaldiskriminator
zum Abschätzen
eines Untergrundsignals unterhalb des PET-Pulses; einer Integratoreinrichtung
zum Ermitteln der Energie des PET-Pulses in dem PET-Spektrum oberhalb
des Untergrundsignals aus den Abtastwerten der Abtastvorrichtung.
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In
besonders bevorzugten Ausführungsformen
weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
als weiteres Merkmal oder – soweit
technisch möglich und
sinnvoll – als
Kombination weiterer Merkmale auf, dass
- – ein Fenstergenerator
ein Vorlaufintervall vorgegebener Dauer vor der Anstiegsflanke des PET-Pulses
generiert und der Untergrundsignaldiskriminator das Untergrundsignal
des PET-Pulses in Abhängigkeit
von den Abtastwerten in dem Vorlaufintervall abschätzt;
- – der
Fenstergenerator ein Nachlaufintervall vorgegebener Dauer nach einer
Abklingflanke des PET-Pulses generiert und der Untergrundsignaldiskriminator
das Untergrundsignal des PET-Pulses in Abhängigkeit von den Abtastwerten
in dem Nachlaufintervall abschätzt;
- – der
Untergrundsignaldiskriminator das Untergrundsignal des PET-Pulses
aus Vorlaufzeitintervall und Nachlaufintervall interpoliert;
- – der
Flankendiskriminator ein Nulldurchgangsdiskriminator ist.
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Die
Erfindung hat u. a. den Vorteil, dass keine zusätzlichen Filter verwendet werden
müssen,
mit denen ein bestimmtes Frequenzband, insbesondere die unbekannte
Frequenz der Gradientenfelder herausgefiltert wird. Der erfindungsgemäße Aufbau
ist nahezu vollkommen unabhängig
von der Frequenz, mit der die Störung
im Nutzsignal auftritt. Damit sind auch Änderungen im zeitlichen Verhalten
der Störungen
unerheblich, und das PET-Signal kann auch bei Vorhandensein von
Schaltrauschen, das durch Gradientenfelder hervorgerufen wird, genau
gemessen und analysiert werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, bei der Bezug
genommen wird auf die beigefügte
Zeichnung.
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1 zeigt
schematisch die wesentlichen Komponenten für die Aufnahme eines PET-Spektrums.
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2 zeigt
als Blockschaltbild eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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3 zeigt
ein Beispiel für
ein reales PET-Spektrum.
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4 zeigt
den idealisierten Verlauf eines PET-Signals mit Untergrundkomponente
und eigentlichem PET-Signal.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in Form eines Flussdiagramms.
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In 1 ist
der prinzipielle Aufbau für
die Aufnahme eines PET-Signalspektrums dargestellt. Von einer (nicht
gezeigten) radioaktiven Quelle werden elektromagnetische Strahlen
mit einer Energie von 511 keV in einem PET-Detektor 1 aufgefangen, die
als von links kommende Wellenlinie angedeutet sind. In einem Szintillationskristall 2 des
PET-Detektors wird die harte Strahlung mit 511 keV in sichtbares Licht
konvertiert, das von einer Avalanche-Photodiode (APD) 3 registriert
wird. Das Ausgangssignal dieser APD 3 wird in einer in
der Nähe
der APD 3 angeordneten Elektronik 4, insbesondere
einem Vorverstärker
für die
weitere Verarbeitung aufbereitet. Die eigentliche Auswertung des
Signals findet in einer Auswerteelektronik 5 statt. Das
Ergebnis der Signalverarbeitung und Signalauswertung wird auf einer Anzeigeeinrichtung 6 als
Spektrum oder numerisch angezeigt.
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In
der Umgebung vorhandene Störquellen beeinflussen
das Ausgangssignal der APD 3 bzw. der nachgeschalteten
Elektronik. Ein Beispiel für
Störquellen
solcher Art sind Magnete 7 für MR-Aufnahmen, die insbesondere
während
der PET-Aufnahme geschaltet werden. Das Schalten der Magnete 7 ist
in 1 durch einen Schalter 8 angedeutet.
Durch das Schalten 8 werden elektromagnetische Wellen 9 erzeugt,
die in die der APD nachgeschalteten Elektronik 4 einkoppeln
und so zu verfälschten
Eingangssignalen an der Auswerteelektronik 5 führen. Diese Störeinflüsse müssen in
der Auswerteelektronik 5 nachträglich herausgefiltert werden.
Dazu ist die Auswerteelektronik 5 entsprechend ausgelegt,
wie es im folgenden anhand von 2 erläutert wird.
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2 zeigt
die Auswerteelektronik 5 mit einem Abtast-Halte-Glied (sample hold) 10 am
Eingang, in welchem das von der APD 3 und Vorverstärker 4 ankommende
Signal digitalisiert wird. Das analoge Signal ist dabei als durchlaufende
Linie angedeutet, deren Amplitude zu gegebenen Zeiten abgetastet
wird. Das Ergebnis ist eine Folge von Pulsen mit unterschiedlichen
Höhen.
Gleichzeitig wird das Eingangssignal in einem Flankendiskriminator 11 auf Vorhandensein
von Signalflanken untersucht, die anzeigen, dass ein 511 keV-Photon
durch die APD 3 registriert worden ist. In diesem Fall
wird der Flanke des Signals ein Zeitwert zugeordnet, auf den sich
die nachfolgende Auswertung des Signals bezieht. Dem Fachmann ist
klar, dass die Ausgangsspannung des Vorverstärkers 4 bei der Anfangsflanke
eines Ereignisses grundsätzlich
positiv oder negativ sein kann, d. h. eine ansteigende oder eine
abfallende Flanke sein kann. Dies wird im folgenden nicht weiter
beachtet, die Erfindung ist in beiden Fälle anwendbar.
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Zur
Analyse von länger
auseinander liegenden PET-Pulsen bzw. -Ereignissen ist der Flankendiskriminator 11 mit
einem zentralen Taktgeber 12 verbunden, der Zeitintervalle über längere Zeiträume zu messen
erlaubt. Der Zeitwert des Ereignisses wird zur numerischen Auswertung
in einem Spektrum, das über
einen solchen längeren
Zeitraum aufgenommen wird, von der Auswerteelektronik 5 ausgegeben.
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Abhängig von
dem Zeitwert für
die Anstiegsflanke, die von der APD 3 erfasst wurde, wird
ein Zeitfenster generiert, in welchem das Signal analysiert werden
kann. Dieses Zeitfenster wird in der Ausführungsform nach 2 in
einem Fenstergenerator 13 erzeugt. Nachdem der Fenstergenerator 13 das
Zeitfenster geöffnet
hat, werden die Abtastwerte, die von dem Abtast-Halte-Glied 10 ausgegeben
werden, in einem Integrator oder Summierer 14 aufaddiert,
so dass sich die Gesamtfläche
unter dem PET-Puls und damit dessen Energie ergibt. Dabei hält der Fenstergenerator 13 das
Zeitfenster so lange offen, bis der Flankendiskriminator 11 eine
weitere Flanke erkannt hat. Die zweite Flanke zeigt an, dass der
PET-Puls nun abgeklungen ist und die nachfolgenden Abtastwerte nicht
mehr zu dem PET-Puls gehören.
Sobald der Fenstergenerator 13 diese Information von dem Flankengenerator 11 erhalten
hat, schließt
er das Zeitfenster, und der Summierer 14 beendet den Addiervorgang.
Das Ergebnis des Addiervorgangs wird von dem Summierer 14 ausgegeben.
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Um
von dem Gesamtwert für
die Fläche
unter dem PET-Puls, der von dem Summierer bzw. Integrator 14 ausgegeben
wurde, den Untergrund abziehen zu können, wird der Untergrund in
einem zweiten Summierer bzw. Integrator bestimmt. Zur besseren Unterscheidung
wird der zweite Summierer im folgenden als Untergrundsignaldiskriminator 15 bezeichnet.
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Erfindungsgemäß wird zur
Bestimmung des Untergrundsignals ein Zeitintervall betrachtet, das sich
unmittelbar vor oder nach dem eigentlichen PET-Puls anschließt. In 2 wird
zunächst
der Fall mit einem Vorlaufintervall erläutert.
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Um
bei Erkennen einer ansteigenden (abfallenden) Flanke eines PET-Pulses
noch Zugriff auf die Abtastwerte in einem Vorlaufintervall unmittelbar
vor dem eigentlichen PET-Puls zu haben, ist in der Auswerteelektronik 5 eine
Verzögerungsstrecke 16 vorgesehen,
in der die Abtastwerte von dem Abtast-Halte-Glied 10 zeitlich
verzögert
werden, bevor sie von dem Untergrundsignaldiskriminator 15 eingelesen werden.
Mit dieser Laufzeitenverzögerung
in der Verzögerungsstrecke 16 erhält der Flankendiskriminator 11 gegenüber der
Auswertung der Abtastwerte vom Abtast-Halte-Glied 10 einen
gewissen zeitlichen Vorsprung. Idealerweise integriert der Untergrundsignaldiskriminator 15 die
Abtastwerte vom Abtast-Halte-Glied 10 über einen Zeitraum, der exakt
der Dauer eines echten PET-Pulses entspricht. In diesem Fall liegen
am Ausgang des Integrators 14 und am Ausgang des Untergrundsignaldiskriminators 15 beide Werte
gleichzeitig an und können
voneinander abgezogen werden. Da die Dauer des PET-Pulses im voraus
aber nicht genau bekannt ist, kann der Untergrundsignaldiskriminator 15 nach
einem fest vorgegebenen Zeitraum die Integration abbrechen. Als weitere
Alternative kann der Untergrundsignaldiskriminator 15 die
Integration dann abbrechen, wenn er ein zweites Flankensignal von
dem Fenstergenerator 13 erhält. Dazu muss die Verzögerungsleitung 16 entsprechend
ausgelegt sein. In allen Fällen
kann die Verwendung von Zwischenspeichern für die Ergebnisse des Integrators 14 und
des Untergrundsignaldiskriminators 15 notwendig werden.
Die Einzelheiten für
die Umsetzung der einzelnen Alternativen sind dem Fachmann bekannt
und werden hier nicht weiter erläutert.
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Analog
zu dem Vorlaufintervall ergibt sich die Möglichkeit, ein Zeitintervall
für die
Bestimmung des Untergrundsignals zu verwenden, das sich unmittelbar
nach dem PET-Puls anschließt.
In diesem Fall müssen
nicht die Abtastwerte von dem Abtast-Halte-Glied 10 vom Untergrundsignaldiskriminator 15 verzögert eingelesen
werden, sondern es muss das Fenstersignal von dem Fenstergenerator 13 vom
Untergrundsignaldiskriminator 15 verzögert eingelesen werden. Diese
Alternative oder zusätzliche
Möglichkeit
zum Verwenden des Vorlaufintervalls ist in 2 durch
die gestrichelt gezeichnete Verzögerungsstrecke 16 angedeutet.
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Der
von dem Untergrundsignaldiskriminator 15 ermittelte Integralwert
bzw. Summenwert entspricht dem Untergrundsignal des eigentlichen PET-Pulses.
Dabei versteht es sich von selbst, dass dieser Wert gegebenenfalls
noch mit der Dauer des tatsächlichen
PET-Pulses gewichtet werden muss. Auch diese Einzelheiten sind dem
Fachmann bekannt.
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Der
Summenwert des Untergrundsignals wird in einem Subtrahierer 17 von
dem Summenwert von dem PET-Puls abgezogen, gegebenenfalls nach entsprechender
Wichtung, so dass am Ausgang des Subtrahierers 17 ein Signal
anliegt, das der Fläche unter
dem PET-Puls und damit der bereinigten Energie des PET-Pulses entspricht.
Dieses Signal wird gegebenenfalls mit dem Zeitsignal von dem Flankendiskriminator 11 in
der Anzeigeeinrichtung 6 dargestellt. Das Ergebnis nach
dieser Signalverarbeitung wird im folgenden anhand der 3 und 4 erläutert.
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In 3 ist
ein typisches PET-Spektrum 18 dargestellt. Deutlich erkennbar
ist in der Darstellung, dass das eigentliche Signal der PET-Detektoren
einem Untergrundsignal überla gert
ist, dessen interpolierter Verlauf als durchbrochene Linie 19 gezeigt
ist. Das Untergrundsignal wird bei einer kombinierten PET-MR-Vorrichtung
insbesondere durch geschaltete Magnetfelder hervorgerufen. Den größten Beitrag leisten
dabei die Gradientenfelder des MR-Tomographen. Der Verlauf der Gradientenfelder
in einer MR-Aufnahmevorrichtung ist für eine der drei Achsen in der
Regel trapezförmig
mit einer jeweiligen Dauer von einigen Millisekunden. Der für das Erzeugen
der Gradientenfelder benötigte
Strom wird üblicherweise durch
einen Schaltverstärker
erzeugt, der mit einer Schaltfrequenz von ca. 40 kHz betrieben wird.
Das Schalten der Schaltverstärker
ist der Grund für
das Schaltrauschen in den Spektren.
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Erfindungsgemäß wird die
Amplitude und Phase der Störsignale
in dem Zeitintervall vor den PET-Signalen erfasst. In 4 ist
ein einzelnes PET-Signal mit Untergrundsignal idealisiert in seinem Verlauf
gezeigt. Der Signalverlauf 20 unterteilt sich im wesentlichen
in die drei Abschnitte vor, während
und nach dem PET-Puls. Der Signalverlauf 20 wird laufend
abgetastet und wird als Folge von Abtastwerten 21 dargestellt
und verarbeitet. Der ansteigenden Flanke 22 des Pulses
wird ein Zeitwert 24 zugeordnet, auf den sich sowohl die
Analyse des PET-Pulses selbst als auch die Bestimmung des Untergrundsignals
bezieht. In einem Vorlaufintervall 25 vor dem Zeitwert 24 der
ansteigenden Flanke 22 werden die Abtastwerte 21 analysiert.
Dazu wird das Zeitintervall mit einer Dauer von einigen Mikrosekunden
vor dem durch den Nulldurchgangsdiskriminator festgelegten Zeitpunkt
des PET-Pulses betrachtet. Vorzugsweise wird dazu das Signal ununterbrochen
abgetastet und in Abhängigkeit
von dem Signal des Flankendiskriminators 11 (Trigger) ausgewertet.
Aufgrund der niedrigen Frequenz des Gradientenfeldes 9 kann
das Untergrundsignal von der Vorderflanke des PET-Signals extrapoliert
werden. Insbesondere werden die Abtastwerte 21 wie oben
beschrieben durch den Untergrundsignaldiskriminator 15 aufsummiert,
so dass man einen Wert für
den Signaluntergrundsignal, der von der Gesamtfläche unter dem PET-Puls abgezogen
werden muss, um in guter Nähe rung
den tatsächlichen
Flächeninhalt
des PET-Pulses zu erhalten.
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Analog
kann das Untergrundsignal aber auch mit einem Wert korrigiert werden,
der aus dem Intervall nach Abklingen des PET-Pulses ermittelt wurde.
Dazu wird der abfallenden Flanke 23 ein Zeitwert 26 zugeordnet.
Die Abtastwerte 21, die nach diesem Zeitwert 26 eingelesen
werden, werden ebenfalls als Untergrundsignale betrachtet, so dass aus
ihnen wiederum eine Abschätzung
des Untergrundes abgeleitet werden kann. Das entsprechende Nachlaufintervall
ist in 4 mit 27 bezeichnet.
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Es
versteht sich für
den Fachmann von selbst, dass sowohl das Vorlaufintervall 25 wie
auch das Nachlaufintervall 27 isoliert für die Abschätzung des
Untergrundsignals verwendet werden können. Die Beschränkung auf
eines der Intervalle ist insbesondere dann ausreichend und in Bezug
auf den notwendigen Rechenaufwand von Vorteil, wenn der Untergrund
relativ stabil ist. Andererseits sind – wie in 3 durch
die Linie 19 angedeutet – niederfrequente Schwankungen
oder eine Drift des Untergrundes nicht grundsätzlich auszuschließen, so
dass eine genauere Abschätzung
dadurch erreicht werden kann, dass sowohl die Abtastwerte im Vorlaufintervall
als auch die Abtastwerte im Nachlaufintervall für die Bestimmung des Untergrundes
herangezogen werden. Insbesondere wird der Untergrund dann durch
Interpolation der beiden Intervalle bestimmt.
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Wie
sich unmittelbar aus dem idealisierten Verlauf 20 des Signals
in 4 ergibt, darf der Zeitpunkt 24 und 26 nicht
abhängig
sein von der jeweiligen Amplitude des PET-Signals. Daher wird der
Zeitpunkt 24 und 26 mit Hilfe eines Nulldurchgangsdiskriminators
(constant fraction discriminator, CFD) ermittelt, bei dem das ankommende
Signal mit seinem definiert verzögerten
Inversen überlagert
wird und der Nulldurchgang des Gesamtsignals für die Festlegung des Zeitwertes
verwendet wird. Dieser Zeitpunkt wird dem PET-Signal zugeordnet
und als sein Entstehungszeitpunkt angesehen. Damit besteht die Möglichkeit,
das Zeitintervall 25 unmittelbar vor dem eigentli chen PET-Signalpuls
festzulegen, in welchem der Einfluss der Gradientenfelder und anderer
Störungen
erfasst werden kann. Gleiches gilt für das Zeitintervall 27 unmittelbar
nach dem eigentlichen PET-Puls.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens zur Erkennung der Nullinie und anschließender Subtraktion
des durch Gradientenfelder bedingten Signals von dem eigentlichen
PET-Signal wird anhand von dem Flussdiagramm in 5 erläutert.
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In
Schritt 28 wird fortwährend
das Spektrum von der APD 3 abgetastet, und die Abtastwerte
werden in einem Register abgespeichert. Dieses Register kann ein
Schieberegister sein, in welchem je nach Registerbreite immer eine
vorgegebene Anzahl von Abtastwerten zwischengespeichert ist, die
nach und nach mit neueren Abtastwerten überschrieben werden. Ein solches
Register erlaubt es, auch noch nachträglich auf bereits zurückliegende
Abtastwerte zurückzugreifen.
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Sobald
in Schritt 29 eine Flanke des abgetasteten Eingangssignals
erkannt wird, wird das Signal vor und nach diesem Zeitpunkt analysiert.
In Schritt 30 werden die Abtastwerte in dem Vorlaufintervall
vor der auslösenden
Flanke wie oben in Zusammenhang mit 2 und 4 beschrieben
verarbeitet. Aufgrund der Verwendung eines Schieberegisters ist
es möglich,
auf bereits zurückliegende Werte
für die
Analyse des Vorlaufintervalls zurückzugreifen. Das Schieberegister ”ersetzt” damit
die Verzögerungsleitung(en) 16 nach 2.
Da außerdem der
aktuellste Wert immer an erster Stelle im Schieberegister steht,
kann statt des Fenstergenerators 13 die Summation über die
gesamte Registerbreite durchgeführt
werden. Damit kann der Fenstergenerator 13 in 2 entfallen.
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Das
in Schritt 30 ermittelte Untergrundintegral wird in Schritt 31 in
einem (nicht dargestellten) Zwischenspeicher abgelegt, um es später im Verlauf des
Verfahrens von dem Gesamtergebnis des PET-Pulses abziehen zu können.
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In
Schritt 32 werden die Abtastwerte aufsummiert, die nach
der Flanke eingelesen wurden. Diese Summe stellt damit den gesamten
Flächeninhalt
unter dem PET-Puls dar. Zu dem Flächeninhalt gehört sowohl
das eigentliche Ausgangssignal der APD 3, das durch eine
Positronenvernichtung hervorgerufen wurde, als auch das Hintergrundrauschen,
das insbesondere durch Gradientenfelder hervorgerufen wurde.
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Die
Integration des PET-Pulses endet in Schritt 33, sobald
das Ende des PET-Pulses erkannt wurde. Dies kann wiederum durch
einen Nullpunktdiskriminator definiert werden.
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Sobald
das Ergebnis der Nullinienintegration und das Ergebnis der Puls-Integration
vorliegen, wird von dem Puls die Nullinie abgezogen, so dass man eine
deutlich verbesserte Energieauflösung
der PET-Aufnahme erreicht. Es handelt sich also bei dem Verfahren
um eine dynamische Nullpunktanpassung bzw. Nullpunktnachführung.
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- 1
- PET-Detektor
- 2
- Szintillationskristall
- 3
- (Avalanche-)Photodiode
- 4
- Vorverstärker
- 5
- Auswerteelektronik
- 6
- Anzeigeeinrichtung
- 7
- Gradientenmagnete
- 8
- Schalter
- 9
- Gradientenfeld,
elektromagnetisches Störfeld
- 10
- Abtast-Halte-Glied
(sample & hold)
- 11
- Flankendiskriminator
- 12
- zentraler
Taktgeber (master clock)
- 13
- Fenstergenerator
- 14
- Integrator
- 15
- Untergrundsignaldiskriminator
- 16
- Verzögerungsstrecke
(delay)
- 17
- Subtrahierer
- 18
- PET-Spektrum
- 19
- Untergrundlinie
- 20
- idealisierter
Signalverlauf
- 21
- Abtastwertedes
Signalverlaufs
- 22
- Anstiegsflanke
eines PET-Pulses
- 23
- Abklingflanke
des PET-Pulses
- 24
- Zeitwert
t1 von Anstiegsflanke des PET-Pulses
- 25
- Signalverlauf
in Vorlaufintervall vor dem Zeitwert t1
- 26
- Zeitwert
t2 von Abklingflanke des PET-Pulses
- 27
- Signalverlauf
in Nachlaufintervall nach dem Zeitwert t2
- 28
- Abtasten
von Spektrum und Abspeichern von Abtastwerten in Register
- 29
- Abfrage:
Flanke erkannt?
- 30
- Auswertung
der vorangegangenen Abtastwerte in Register
- 31
- Abspeichernvon
Untergrundintegral in Speicher
- 32
- Summierung
von Abtastwerten nach Flanke
- 33
- Abfrage:
Pulsende erkannt?
- 34
- Abziehen
von Untergrundintegral von Summenwert