DE102009017439A1

DE102009017439A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts mittels PET-Daten

Info

Publication number: DE102009017439A1
Application number: DE102009017439A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dr. Schmidt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-04-15
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2010-10-21
Also published as: US20100268063A1; US8600482B2

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung (6) zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mittels PET-Daten werden beschrieben. Dabei werden die PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mittels eines Positronen-Emissions-Detektors (1) erfasst (S2), und die MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) werden mittels eines Magnetresonanzsystems (4) erfasst (S2). Über die MR-Daten werden PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) bestimmt (S3), aus welchen eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird. Die Bilddaten werden aus den PET-Daten rekonstruiert (S4), indem berücksichtigt wird, dass die PET-Daten nur durch eine Strahlung aus den PET-Voxeln erzeugt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um mittels PET (PositronenEmissionsTomographie) und Magnetresonanztomographie PET-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts zu ermitteln und um diese PET-Daten für eine Bildgebung des vorbestimmten Volumenabschnitts einzusetzen.
Die Positronenemissionstomographie spielt heute beispielsweise in der onkologischen Diagnostik eine wichtige Rolle. Bei der FDG-PET (PET mit Fluordesoxyglucose als Radiopharmakon) liegt ein besonderer Vorteil darin, dass eine Information über einen Stoffwechselstatus einer Läsion anhand ihres Zuckerstoffwechsels gewonnen werden kann. Allerdings gestaltet sich eine PET-Untersuchung im Bereich des Darms aus folgenden Gründen als schwierig:

• Im Bereich des Darmes befinden sich verschiedene Gewebetypen (im Wesentlichen Weichteile, Flüssigkeit, Luft, Knochen) im Blickfeld des PET-Systems, was eine Berechnung einer Schwächungskorrektur erschwert. Dies gilt insbesondere dann, wenn ein kombiniertes MR-PET-Gerät verwendet wird und keine Computertomographie-Daten für die Schwächungskorrektur verwendet werden können.
• Der zu untersuchende Volumenabschnitt bewegt sich aufgrund der Peristaltik während der Untersuchung. Aufgrund der dadurch verursachten Bewegungsunschärfe und aufgrund einer langen PET-Messzeit sinkt die Bildqualität bei der PET.
• Die Darmwand ist dünner als die von dem PET-System zu erzielende Auflösung, wodurch Läsionen nur schlecht zu erkennen sind.

Im Allgemeinen gilt für die PET, dass zu jedem gemessenen Ereignis lediglich die Linie angegeben werden kann, auf welcher sich ein „Beta⁺”- oder Positronen-Zerfall ereignet hat. Darüber hinaus bewegt sich ein Positron nach seiner Entstehung noch eine kurze Strecke, welche nicht aus den Messwerten rekonstruiert werden kann. Daher lässt sich bei der PET stets nur eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Lokalisation eines Ereignisses angeben. Dazu kommen eine Reihe weiterer Fehlerquellen, wie beispielsweise eine fälschliche Koinzidenz, welche auftritt, wenn zwei Photonen, die nicht vom gleichen Zerfall stammen, innerhalb des Koinzidenzintervalls am Detektorring eintreffen.
Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bildgebung mittels der PET zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts mittels PET-Daten nach Anspruch 1, eine Vorrichtung für eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts nach Anspruch 10, eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung nach Anspruch 20, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 21 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 22 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts mittels PET-Daten, welche durch eine PET ermittelt werden, bereitgestellt. Dabei werden die PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit Hilfe eines Positronen-Emissions-Detektors erfasst. Zusätzlich werden MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit Hilfe eines Magnetresonanzsystems erfasst. Mit den MR-Daten werden nun diejenigen PET-Voxel innerhalb aller Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts bestimmt, aus welchen eine aufgrund einer Annihilation, welche bei ei ner PET stattfindet, auftretende Strahlung emittiert wird. Die Bilddaten werden aus den PET-Daten rekonstruiert, indem bei der Rekonstruktion berücksichtigt wird, dass die PET-Daten nur durch eine Strahlung aus den PET-Voxeln und nicht aus anderen Voxeln in dem vorbestimmten Volumenabschnitt erzeugt werden.
Indem bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt wird, dass die für die Erstellung der PET-Daten wesentliche Strahlung nur aus einem bestimmten Anteil der Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts austreten kann, der mit Hilfe der MR-Daten bestimmt wird, ist die erfindungsgemäße Rekonstruktion der Bilddaten genauer als nach dem Stand der Technik. Nach dem Stand der Technik wird bei der Rekonstruktion von Bilddaten davon ausgegangen, dass die Annihilation in jedem Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts auftreten kann, so dass nach dem Stand der Technik davon ausgegangen wird, dass die PET-Daten durch eine Strahlung aus jedem Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts erzeugt werden können.
Dabei werden die MR-Daten und die PET-Daten insbesondere im Wesentlichen gleichzeitig oder überlappend akquiriert oder erfasst. Das bedeutet, dass in einem Zeitinterval, in welchem die PET-Daten erfasst werden, auch die MR-Daten erfasst werden. Mit anderen Worten werden sowohl die MR-Daten als auch die PET-Daten insbesondere mittels eines kombinierten MR- und PET-Systems, welches gleichzeitige MR-Messungen und PET-Messungen durchführen kann, erfasst. Ein solches kombiniertes MR- und PET-System ist aus der US 2007-0102641 A1 bekannt.
Unter einer im Wesentlichen gleichzeitigen Erfassung von MR-Daten und PET-Daten wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum einen das gleichzeitige Erfassen der MR-Daten und der PET-Daten verstanden. Zum anderen wird unter einer im Wesentlichen gleichzeitigen Erfassung der MR-Daten und der PET-Daten auch ein Vorgehen verstanden, wobei jeweils abwechselnd von demselben System ein Teil der MR-Daten und ein Teil der PET-Daten erfasst wird, solange bis alle MR-Daten und PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts erfasst worden sind. Dabei kann mehrfach ein vollständiger Satz von MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts erfasst werden, so dass mehrere MR-Datensätze des vorbestimmten Volumenabschnitts zu verschiedenen Zeitpunkten vorliegen.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird mit Hilfe der MR-Daten eine Segmentierung des Volumenabschnitts durchgeführt, wodurch die Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts in zwei verschiedene Gewebetypen oder Materialtypen eingeteilt werden. Dabei ist ein erster Gewebetyp dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gewebe kennzeichnet, in welchem aufgrund einer Zuführung eines Radiopharmakons (einer radioaktiven Substanz), welches einem Patienten bei einer PET zugeführt wird, keine Annihilation und damit auch keine durch eine Annihilation auftretende Strahlung emittiert werden kann. Ein zweiter Gewebetyp ist dadurch gekennzeichnet, dass er ein Gewebe kennzeichnet, in welchem aufgrund der Zuführung eines Radiopharmakons eine Annihilation und damit eine entsprechende Strahlung emittiert werden kann.
Mit anderen Worten werden die Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels der anhand der MR-Daten durchgeführten Segmentierung in PET-Voxel, welche eine bei der PET relevante Strahlung emittieren können, und Nicht-PET-Voxel, welche keine bei der PET relevante Strahlung emittieren können, unterschieden.
Bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten wird insbesondere von einer Gleichverteilung der Annihilationsereignisse in den PET-Voxeln ausgegangen.
Während also in der Regel nach dem Stand der Technik von einer Gleichverteilung der Annihilationsereignisse in allen Voxeln des vorbestimmten Volumenabschnitts ausgegangen wird, geht das erfindungsgemäße Verfahren nur von einer Gleichverteilung der Annihilationsereignisse in den PET-Voxeln aus, wodurch die Rekonstruktion der Bilddaten genauer als nach dem Stand der Technik ist.
Dabei kann bei der Rekonstruktion der Bilddaten ein Expectation-Maximization-Algorithmus eingesetzt werden. Dabei ist der Expectation-Maximization-Algorithmus, welcher häufig auch kurz als EM-Algorithmus bezeichnet wird, ein aus der statistischen Mathematik bekannter Algorithmus.
Eine Wiederholungsfrequenz, mit welcher ein vollständiger MR-Datensatz des vorbestimmten Volumenabschnitts wiederholt erfasst wird, ist dabei idealerweise höher als eine Frequenz, mit welcher sich eine im Wesentlichen periodische Bewegung innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts vollzieht.
Wenn es sich bei dem vorbestimmten Volumenabschnitt um einen Bereich eines Darms eines Menschen handelt, sollte die Wiederholungsfrequenz beispielsweise über der typischen Frequenz der peristaltischen Wellen liegen. Dabei werden demnach 3–4 MR-Datensätze des vorbestimmten Volumenabschnitts pro Minute erfasst. Die PET-Messung erfolgt dabei idealerweise kontinuierlich über eine Gesamtmesszeit von typischerweise 15–20 min.
Die sich wiederholenden MR-Messungen können erfindungsgemäß mit unterschiedlichen Auflösungen durchgeführt werden. Eine erste oder initiale MR-Messung kann beispielsweise mit einer hohen Auflösung und einer vergleichsweise längeren Messdauer erfolgen als die sich daran anschließenden MR-Messungen, welche mit einer niedrigeren Auflösung und einer kürzeren Messdauer durchgeführt werden.
Eine Bewegungskorrektur der PET-Daten erfolgt im einfachsten Fall dadurch, dass eine Transformationsvorschrift aus den erfassten MR-Daten erstellt wird, indem die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen MR-Daten nicht-rigide miteinander registriert werden. Dadurch können Teile der PET-Daten derart rekonstruiert werden, dass die PET-Daten anhand der erhalte nen Transformationsvorschrift verformt und miteinander verrechnet werden.
Mit anderen Worten wird anhand der MR-Daten bestimmt, wohin sich ein bestimmtes Voxel aufgrund einer innerhalb des Volumenabschnitts stattfindenden Bewegung (z. B. des Darms) bewegt hat. Wenn für jedes Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts eine entsprechende Verschiebungsvorschrift oder Transformationsvorschrift bestimmt worden ist, kann diese Transformationsvorschrift auch bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt werden.
Die PET-Daten enthalten zu wenig Bildinformation, um daraus eine ausreichend genaue Transformationsvorschrift ableiten zu können. Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß mit Hilfe der erfassten MR-Daten und der mittels dieser MR-Daten berechneten Transformationsvorschrift beseitigt. Dabei können vorteilhafterweise zur Bestimmung der Transformationsvorschrift und damit zur Bewegungskorrektur dieselben MR-Daten eingesetzt werden, welche bereits zur Segmentierung und damit zur Unterscheidung zwischen den PET-Voxeln und den Nicht-PET-Voxeln erfasst worden sind, so dass zur Bestimmung der Transformationsvorschrift und damit zur Bewegungskorrektur keine zusätzliche Messzeit erforderlich ist.
Darüber hinaus können aus den MR-Daten für die verschiedenen Zeitabschnitte während der PET-Messung unterschiedliche Daten für die Schwächungskorrektur ermittelt werden, welche anschließend in die Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten einfließen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung für eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, um sowohl einen Positronen-Emissions-Detektor der MR-/PET-Einrichtung als auch ein Magnetresonanzsystem der MR-/PET-Einrichtung zu steuern, und eine Bildrecheneinheit, welche zum einen von dem Positronen-Emissions-Detektor erfasste PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts und zum anderen von dem Magnetresonanzsystem aufgenommene MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts entgegennimmt und aus dem PET-Daten Bilddaten rekonstruiert. Die Vorrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass die Vorrichtung anhand der MR-Daten PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts bestimmt, aus welchen eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird. Mittels der Bildrecheneinheit rekonstruiert die Vorrichtung die Bilddaten aus den PET-Daten, indem dabei berücksichtigt wird, dass die PET-Daten nur durch eine Strahlung, welche aus den PET-Voxeln (und nicht aus anderen Voxeln innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts) emittiert wird, erzeugt werden.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab ausführlich dargelegt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Des Weiteren offenbart die vorliegende Erfindung eine Magnetresonanzanlage, welche eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.
Darüber hinaus beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche man in einen Speicher einer programmierbaren Steuerung bzw. einer Recheneinheit einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung laden kann. Mit diesem Computerprogrammprodukt können alle oder verschiedene vorab beschriebene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Steuerung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen der Verfahren zu realisieren. Mit anderen Worten soll mit dem auf das Computerprogrammprodukt gerichteten Anspruch insbesondere eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsfor men des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z. B. in C++), der noch kompiliert und gebunden oder der nur interpretiert werden muss, oder um einen ausführbaren Softwarecode handeln, der zur Ausführung nur noch in die entsprechende Recheneinheit zu laden ist.
Schließlich offenbart die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software (vgl. oben), gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen (Software) von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts im Darmbereich mittels PET-Daten geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, sondern kann prinzipiell zur Verbesserung der Bildqualität zur Bildgebung beliebiger Volumenabschnitte außerhalb des Darmbereichs eingesetzt werden.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
In 1 ist schematisch eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung dargestellt.
2 stellt einen Programmablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
In 1 ist eine erfindungsgemäße kombinierte MR-/PET-Einrichtung 5 schematisch dargestellt. Die kombinierte MR-/PET-Einrichtung 5 umfasst im Wesentlichen eine Messeinrichtung 3 zur Erfassung von MR- und PET-Daten, einen Tisch 2, eine Vorrichtung 6, mit welcher die Messeinrichtung 3 gesteuert wird, und ein an die Vorrichtung 6 angeschlossenes Terminal 7.
Die Messeinrichtung 3 umfasst ihrerseits einen Positronen-Emissions-Detektor 1, mit welchem PET-Daten eines vorbestimmten Volumenabschnitts 15 eines auf dem Tisch 2 liegenden Patienten O erfasst werden, und ein Magnetresonanzsystem 4, mit welchem das für die MR-Messung notwendige Magnetfeld erzeugt und MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts 15 erfasst werden.
Die Vorrichtung 6 umfasst ihrerseits eine Ansteuereinheit 11 und eine Bildrecheneinheit 12. Während einer PET-Messung werden die PET-Daten und die MR-Daten mittels der Messeinrichtung 3 erfasst, wobei die Messeinrichtung 3 und der Tisch 2 von der Ansteuereinheit 11 angesteuert werden.
Die Bildrecheneinheit 12 bereitet dann die PET-Daten anhand der MR-Daten derart auf, dass erfindungsgemäß Bilddaten rekonstruiert werden, welche auf einem Bildschirm 8 des Terminals 7 grafisch dargestellt werden können. Neben der grafischen Darstellung der PET-Daten können mit dem Terminal 7, welches neben dem Bildschirm 8 eine Tastatur 9 und eine Maus 10 umfasst, von einem Anwender bestimmte Parameter, wie z. B. Gesamtmesszeit, Lage des vorbestimmten Volumenabschnitts 15, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden. Über das Terminal 7 kann auch die Software für die Vorrichtung 6, insbesondere in die Bildrecheneinheit 12, geladen werden. Diese Software der Vorrichtung 6 kann dabei auch das erfindungsgemäße Verfahren umfassen. Es ist dabei auch möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren in einer Software enthalten ist, welche in dem Terminal 7 abläuft. Unabhängig davon, in welcher Software das erfindungsgemäße Verfahren enthalten ist, kann die Software auf einer DVD 14 gespeichert sein, so dass diese Software dann von dem Terminal 7 von der DVD 14 gelesen und entweder in die Vorrichtung 6 oder in eine Recheneinheit des Terminals 7 selbst kopiert werden kann.
In 2 ist ein Programmablaufplan einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Dabei werden in einem ersten Verfahrensschritt S1 hintereinander mehrere MR-Datensätze für denselben Volumenabschnitt 15, welcher zumindest teilweise einen Bereich eines menschlichen Darms umfasst, zu verschiedenen Zeitpunkten erstellt. Dabei wird eine MR-Sequenz gewählt, welche Kontraste (z. B. T2-Kontrast (Kontrast aufgrund unterschiedlicher T2-Zeiten)) ermöglicht, die bei einer nachfolgenden Segmentierung (siehe Verfahrenschritt S3) zu guten Ergebnissen führen. In dem Verfahrensschritt S1 können dabei mehrere verschiedene MR-Kontraste (Kontraste aufgrund unterschiedlicher Messwerte, wie z. B. T1, T2) während der MR-Messungen gemessen werden.
Gleichzeitig mit dem Verfahrensschritt S1 werden in einem zweiten Verfahrensschritt S2 PET-Daten desselben Volumenabschnitts 15 erfasst.
Bei einer PET-Messung des Darmbereichs kann die Peristaltik des Patienten O durch Medikamente (z. B. Buscopan) gehemmt werden. Dadurch wird die Darmkontraktion und somit die Bewegung der Darmwand verringert, wodurch insgesamt eine zu korrigierende Bewegung des vorbestimmten Volumenabschnitts zumindest eingeschränkt wird. Darüber hinaus wird der Darm des Patienten O für die kombinierte MR/PET-Messung mit einem Kontrastmittel gefüllt werden, welches in einem MR-Bild einfach zu identifizieren ist. Ein solches Kontrastmittel kann z. B. aus Wasser bestehen, welchem eventuell ein Verdickungsmittel (z. B. Methylzellulose) hinzugefügt ist.
In dem dritten Verfahrensschritt S3 werden mittels der MR-Datensätze MR-Bilddaten rekonstruiert und anhand dieser MR-Bilddaten eine Segmentierung in verschiedene Gewebetypen durchgeführt, wobei mindestens drei Arten von Voxeln (Luft, Darminhalt, Gewebe) unterschieden werden. Eine Unterscheidung zwischen diesen drei Arten von Voxeln kann dabei über eine einfache Schwellenwertbildung erfolgen, da sich diese drei Gewebetypen bei einer MR-Messung sehr unterschiedlich darstellen (Luft erzeugt kein Signal, der Darminhalt erzeugt nur ein Wassersignal und das Gewebe erzeugt ein Wasser- und ein Fettsignal). Bei der Segmentierung können Standardkontraste (z. B. eine T1- und T2-Wichtung (Aufteilung anhand der T1- und T2-Zeiten)), aber auch bekannte Techniken zur Fett-Wasser-Trennung, z. B. das Dixon-Verfahren oder eine spektrale Trennung, verwendet werden. Dabei werden mit dem Dixon-Verfahren aus den Phasenbeziehungen zwischen Wasser- und Fettspins durch geeignete Linearkombination zweier zu verschiedenen Zeitpunkten mit einer Spin-Echo-Sequenz aufgenommen Bilder ein Wasser- und ein Fettbild gewonnen (siehe Dixon WT. Simple Proton Spectroscopic Imaging, Radiology 153: 189–194, 1984).
Damit entstehen drei Datensätze, wobei ein erster von diesen Datensätzen die Voxel des Darminhalts, ein zweiter dieser Datensätze die Voxel des Gewebes bzw. der Weichteile und ein dritter dieser Datensätze die Voxel der Luft umfasst. Gegebenenfalls kann noch ein weiterer Datensatz segmentiert werden, welcher die Voxel der knochenartigen Strukturen bzw. Knochen umfasst, um diesen Datensatz für die Schwächungskorrektur der PET-Daten zu verwenden. Diese Datensätze weisen im einfachsten Fall nur eine binäre Information auf, was bedeutet, dass sie nur eine Information enthalten, ob das jeweilige Voxel Darminhalt, Luft, Weichteil oder gegebenenfalls Knochen ist oder nicht.
Falls es notwendig ist, kann zusätzlich eine Korrektur von durch die Magnetresonanztomographie bedingten Verzeichnungen bei der MR-Messung durchgeführt werden.
Im vierten Verfahrensschritt S4 werden Bilddaten aus den PET-Daten rekonstruiert, wobei die im ersten Verfahrensschritt S1 erfassten MR-Daten zur Verbesserung der Bildschärfe und zur Bewegungskorrektur genutzt werden. Die Verbesserung der Bild schärfe ergibt sich dabei aus der Information, dass die relevanten Zerfallsereignisse bei der PET stets in Voxeln stattfinden müssen, die Gewebe enthalten, da weder der Darminhalt noch die Luft Radiotracer (d. h. für die PET-Messung dem Patienten zugeführtes radioaktives Material) enthalten können.
Die in den MR-Daten enthaltene Information wird dabei erfindungsgemäß derart berücksichtigt, dass anstelle der nach dem Stand der Technik üblichen gefilterten Rückprojektion eine iterative PET-Rekonstruktion, beispielsweise mit einem EM-Algorithmus oder einem davon abgeleiteten Algorithmus, durchgeführt wird. Dabei wird als Ausgangsdatensatz für die Rekonstruktion nicht, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, eine Gleichverteilung der Zerfälle über alle Voxel angenommen, sondern nur eine Gleichverteilung über alle Voxel, die Gewebe enthalten, angenommen, da Zerfälle in allen anderen Voxeln, die Luft, Darminhalt oder Knochen enthalten, nicht auftreten können.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise weist zusätzlich zu der besseren Bildqualität noch den Vorteil einer kürzeren Rekonstruktionszeit auf, da bei dem iterativen Verfahren weniger Schritte als nach dem Stand der Technik notwendig sind. Dies ist dadurch begründet, dass der Ausgangsdatensatz bereits näher am Endergebnis der Iteration liegt, da bei diesem erfindungsgemäßen Ausgangsdatensatz bereits keine Zerfälle in den Nicht-PET-Voxeln berücksichtigt werden, was nach dem Stand der Technik erst teilweise bei der Iteration berücksichtigt wird. Da der Ausgangsdatensatz bereits näher am Endergebnis liegt, konvergiert das erfindungsgemäße Verfahren schneller, was zu der kürzeren Rekonstruktionszeit führt.
Die Bewegungskorrektur der PET-Daten erfolgt dabei im Verfahrensschritt S4, indem eine Transformationsvorschrift aus den MR-Daten erstellt wird. Dazu werden die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommenen MR-Datensätze des vorbestimmten Volumens 15 derart aufeinander registriert, dass dabei eine Verformung und Verschiebung der Segmente zugelassen wird, was auch als nicht-rigide Registrierung bekannt ist. Bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten werden dann die PET-Daten anhand der erstellten Transformationsvorschrift verformt und miteinander verrechnet, wodurch eine Bewegungskorrektur der PET-Daten erfolgt und Bewegungsartefakte vermieden werden.
Durch die Nicht-Einbeziehung von fälschlich registrierten Zerfällen in die Rekonstruktion und durch die Bewegungskorrektur wird eine bessere Bildqualität mit geringerem Rauschen gegenüber dem Stand der Technik erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die gemessenen MR-Daten gleich mehrfach zur Verbesserung der Bildqualität der aus den PET-Daten rekonstruierten Bilddaten beitragen. Zum einen durch die Verbesserung der Rekonstruktionsgenauigkeit, zum anderen durch die Verminderung der Bewegungsunschärfe und schließlich durch die Schwächungskorrektur.
Schließlich werden in dem fünften Verfahrensschritt S5 die derart rekonstruierten Bilddaten dargestellt, wobei die aus den PET-Daten rekonstruierten Bilddaten gemeinsam oder getrennt mit den aus den MR-Daten rekonstruierten Bilddaten dargestellt werden können.

1: Positronen-Emissions-Detektor
2: Liegenbrett
3: Messeinrichtung zur Erfassung von MR- und PET-Daten
4: Magnetresonanzsystem
5: kombinierte MR-/PET-Einrichtung
6: Vorrichtung
7: Rechner
8: Bildschirm
9: Tastatur
O: Patient
10: Maus
11: Ansteuereinheit
12: Bildrecheneinheit
14: DVD
15: Volumenabschnitt
S1–S6: Verfahrensschritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 2007-0102641 A1 [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Dixon WT. Simple Proton Spectroscopic Imaging, Radiology 153: 189–194, 1984 [0039]

Claims

Verfahren zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mittels PET-Daten, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen der PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mittels eines Positronen-Emissions-Detektors (1), Erfassen von MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mittels eines Magnetresonanzsystems (4), Bestimmen von PET-Voxel und Nicht-PET-Voxeln innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) über die MR-Daten, wobei aus den PET-Voxeln eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird und aus den Nicht-PET-Voxeln keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird, und Rekonstruieren von Bilddaten aus den PET-Daten, indem berücksichtigt wird, dass die PET-Daten nur durch eine Strahlung aus den PET-Voxeln erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PET-Daten und die MR-Daten im Wesentlichen gleichzeitig erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der MR-Daten eine Segmentierung des Volumenabschnitts (15) anhand verschiedener Gewebetypen, welche mittels der MR-Daten unterscheidbar sind, vorgenommen wird, wobei die Gewebetypen einen ersten Gewebetyp, welcher eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert, und einen zweiten Gewebetyp, welcher keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert, umfassen, und dass die PET-Voxel aus den Voxeln der Segmente des ersten Gewebetyps gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rekonstruktion der Bilddaten von einer Gleichverteilung der Annihilationsereignisse in den PET-Voxeln ausgegangen wird, wobei vorausgesetzt wird, dass aus den übrigen Voxeln des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Rekonstruktion der Bilddaten ein Expectation-Maximization-Algorithmus eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wiederholungsfrequenz, mit welcher die MR-Daten wiederholt für den vorbestimmten Volumenabschnitt (15) erfasst werden, höher als eine Frequenz ist, mit welcher sich eine im Wesentlichen periodische Bewegung innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) bewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste MR-Messung der MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mit einer höheren Auflösung durchgeführt wird, als der ersten MR-Messung folgende MR-Messungen, mit welchen wiederholt MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der MR-Daten eine Transformationsvorschrift für sich bewegende Gewebe-Voxel erstellt wird, indem die zu verschiedenen Zeitintervallen erfassten MR-Daten miteinander nicht-rigide registriert werden, und dass die Transformationsvorschrift bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der MR-Daten zu unterschiedlichen Zeitintervallen innerhalb einer Erfassungszeit der MR-Daten und der PET-Daten unterschiedliche Schwächungskorrekturwerte erfasst werden, und dass die unterschiedlichen Schwächungskorrekturwerte bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt werden.
Vorrichtung für eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung zur Bildgebung eines vorbestimmten Volumenabschnitts (15), wobei die Vorrichtung (6) eine Steuereinheit (11) zur Ansteuerung eines Positronen-Emissions-Detektors (1) der MR-/PET-Einrichtung (5) und zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (4) der MR-/PET-Einrichtung (5) und eine Bildrecheneinheit (12) zum Empfang von von dem Positronen-Emissions-Detektor (1) erfassten PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15), zum Empfang von von dem Magnetresonanzsystems (4) aufgenommenen MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) und zur Rekonstruktion von Bilddaten aus den PET-Daten umfasst, Bestimmen von PET-Voxel und Nicht-PET-Voxeln innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) über die MR-Daten, wobei aus den PET-Voxeln eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird und aus den Nicht-PET-Voxeln keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird, und dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) mittels der MR-Daten PET-Voxel und Nicht-PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) bestimmt, wobei aus den PET-Voxeln eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird und aus den Nicht-PET-Voxeln keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird, und dass die Vorrichtung (6) die Bilddaten aus den PET-Daten rekonstruiert, indem die Vor richtung (6) berücksichtigt, dass die PET-Daten nur durch eine Strahlung aus den PET-Voxeln erzeugt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) die PET-Daten und die MR-Daten im Wesentlichen gleichzeitig erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) mittels der MR-Daten eine Segmentierung des Volumenabschnitts (15) anhand verschiedener Gewebetypen, welche mittels der MR-Daten unterscheidbar sind, vornimmt, wobei die Gewebetypen einen ersten Gewebetyp, welcher eine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert, und einen zweiten Gewebetyp, welcher keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert, umfassen, und dass die Vorrichtung (6) die PET-Voxel aus den Voxeln der Segmente des ersten Gewebetyps bildet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) bei der Rekonstruktion der Bilddaten von einer Gleichverteilung der Annihilationsereignisse in den PET-Voxeln ausgeht, und dass die Vorrichtung (6) bei der Rekonstruktion der Bilddaten voraussetzt, dass aus den übrigen Voxeln des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) keine aufgrund einer Annihilation auftretende Strahlung emittiert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) bei der Rekonstruktion der Bilddaten einen Expectation-Maximization-Algorithmus einsetzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) eine Wiederholungsfrequenz, mit welcher die MR-Daten wiederholt für den vorbestimmten Volumenabschnitt (15) erfasst werden, einsetzt, welche höher als eine Frequenz ist, mit welcher sich eine im Wesentlichen periodische Bewegung innerhalb des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) bewegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) eine erste MR-Messung der MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) mit einer höheren Auflösung als der ersten MR-Messung folgende MR-Messungen durchführt, wobei die Vorrichtung (15) mit der ersten MR-Messung und mit den der ersten MR-Messungen folgenden MR-Messungen wiederholt MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts (15) erfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) mittels der MR-Daten eine Transformationsvorschrift für sich bewegende Gewebe-Voxel erstellt, indem die Vorrichtung (6) zu verschiedenen Zeitintervallen erfasste MR-Daten miteinander nicht-regide registriert und dass die Vorrichtung (6) die Transformationsvorschrift bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (6) mittels der MR-Daten zu unterschiedlichen Zeitintervallen innerhalb einer Erfassungszeit der MR-Daten und der PET-Daten unterschiedliche Schwächungskorrekturwerte erfasst und dass die Vorrichtung (6) die unterschiedlichen Schwächungskorrekturwerte bei der Rekonstruktion der Bilddaten aus den PET-Daten berücksichtigt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10–18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6) zur Durchführung des Verfahrens nach
Kombinierte MR-/PET-Einrichtung mit einer Vorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 10–19.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinheit (6) einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinheit (6) der kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (14) in einer Steuereinheit (6) einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 durchführen.