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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von der Berechnung eines Bestrahlungsplans zugrunde zu legenden Informationen sowie eine zugehörige kombinierte Magnetresonanz-PET-Vorrichtung.
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Es sind Behandlungsmethoden, insbesondere in der Tumorbehandlung, bekannt, bei denen eine Bestrahlung der zu behandelnden Zielregion mit bestimmten Dosen stattfindet, indem beispielsweise Teilchen in einem Linearbeschleuniger auf bestimmte Energien beschleunigt und die Zielregion damit beschossen wird. Häufig werden dabei die Zielregion und die Strahlenquelle relativ zueinander bewegt, um eine maximale Bestrahlungswirkung am zu behandelnden Punkt, beispielsweise dem Tumor, zu erreichen. Solche Bestrahlungsvorgänge werden üblicherweise durch einen Bestrahlungsplan beschrieben, der insbesondere die Abschwächung der Strahlung im menschlichen Korper zu berücksichtigen sucht.
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Dies ist von besonderer Relevanz bei der gezielten Anpassung der Dosis für Teile der Zielregion, dem sogenannten „dose painting”. Beispielsweise wird bei einem Prostatakarzinom nicht mehr wie traditionell die gesamte Prostata mit ca. 70 Gy bestrahlt, sondern es wird im Bereich des Tumors eine höhere Dosis, beispielsweise 78 Gy, eingesetzt. Zudem kann die Dosis in nicht-malignen Gebieten reduziert werden.
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Auch wird die unterschiedliche Strahlungsempfindlichkeit innerhalb des Tumors in manchen Varianten gezielt in die Planung einbezogen. So hat hypoxisches Gewebe eine geringe Strahlungsempfindlichkeit und erfordert deswegen eine höhere Dosis, während gut mit Sauerstoff versorgtes Gewebe eine höhere Strahlungsempfindlichkeit aufweist.
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Es ist bekannt, bei der Erstellung des Bestrahlungsplans CT-Bilder zugrunde zu legen. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie nur wenig Weichteilkontrast und fast keine Information über die Funktion des Gewebes bieten.
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Sowohl die PET (Positronen-Emissions-Tomographie) als auch die Magnetresonanz (MR) sind dabei vorteilhafter. So kann die Positronen-Emissions-Tomographie je nach verwendetem Tracer Informationen zum Stoffwechsel, zur Hypoxie und zur Zellvermehrung liefern, jedoch immer nur einen Parameter pro Untersuchung, da sich die verschiedenen Tracer nicht gleichzeitig einsetzen und unterscheiden lassen. Die Magnetresonanz kann neben anatomischen Informationen auch Informationen zur Zelldichte (diffusionsgewichtete Bildgebung), Durchblutung (DCE), chemischer Zusammensetzung (Magnetresonanzspektroskopie) und Sauerstoffversorgung (BOLD-Bildgebung) liefern. Außerdem können mehrere Kontraste in einer einzigen Untersuchung ermittelt werden.
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Eine kombinierte Verwendung von PET- und MR-Bildern zur Bestrahlungsplanung ist jedoch bislang nicht sinnvoll einsetzbar, da eine Reihe von Einschränkungen besteht.
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Zum einen ist die Magnetresonanz nicht ortsgetreu. Denn die Ortszuordnung bei der Magnetresonanz hängt von verschiedenen Faktoren ab, die nicht hinreichend genau kontrolliert werden können. Beispielsweise können Nichtlinearitäten des Gradientensystems, Inhomogenitäten im Grundmagnetfeld oder Einflüsse des Patientenkörpers selber zur Verzeichnung der Bilder führen, so dass im ungünstigsten Fall die falsche Zielregion bestrahlt wird.
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Weiterhin liefert die Magnetresonanz keine Schwächungsinformation. Für die Bestrahlungsplanung sind jedoch Informationen zur Schwächung der Strahlen im Gewebe nötig, d. h., die Absorptionskoeffizienten für die zur Bestrahlung eingesetzten Strahlen müssen für jedes Voxel bekannt sein.
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Ein weiteres Problem ist das limitierte Messfeld (field of view) der Magnetresonanz, so dass peripher liegende Teile des Körpers, beispielsweise Schultern und Arme, nicht im Bild erscheinen. Diese sind jedoch für die Bestrahlungsplanung wichtig, da sie die eindringende Strahlung ebenfalls schwächen bzw. diese Teile ebenfalls strahlenempfindlich sind und bei der Planung berücksichtigt werden müssen.
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Die Positronen-Emissions-Tomographie liefert dahingegen nur sehr wenig oder gar keine anatomische Information, so dass auf den PET-Bildern nicht geplant werden kann.
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Es wurde vorgeschlagen, eine kombinierte PET-CT-Vorrichtung zu verwenden, um unmittelbar miteinander registrierte CT-Bilder und PET-Bilder zu erhalten. Jedoch können, wie oben erwähnt, PET-Bilder immer nur einen Parameter pro Untersuchung liefern.
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Es ist grundsätzlich bekannt, Bilder verschiedener Modalitäten zu fusionieren, indem sie aufeinander registriert werden. Dies ist jedoch mit einem hohen Risiko von Fehlern behaftet. Da zwischen einer PET/CT-Messung und einer MR-Messung der Patient umgelagert wird, verschieben sich Organe, so dass die Registrierung nicht mehr problemlos möglich ist. Es sind zwar spezielle Lagerungshilfen, beispielsweise Tische oder Fixationseinrichtungen, bekannt, mit denen versucht wird, eine gleiche Lagerung sicherzustellen, jedoch sind auch diese Maßnahmen nicht in jedem Fall erfolgreich.
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In einer kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2005 015 071 A1 bekannt ist, können zwar PET-Bilder und MR-Bilder gleichzeitig erfasst werden. Diese müssen dann jedoch noch immer mit einem CT-Datensatz fusioniert werden, um die oben genannten Probleme bezüglich der Verzeichnung und der Schwächungskorrektur zu lösen.
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Es sind zwar zudem Verfahren zur Verzeichnungskorrektur von MR-Bildern bekannt, beispielsweise aus der
DE 195 40 837 A1 , die jedoch grundsatzlich nicht in der Lage sind, speziell die durch den Patienten verursachten Feldverzerrungen komplett zu kompensieren.
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Schließlich sind Verfahren zur Erstellung von Schwächungskarten aus MR-Bildern bekannt, beispielsweise aus der
DE 10 2004 043 889 A1 , die jedoch lediglich ausreichend sind, um eine Korrektur von PET-Bildern zu erlauben. Sie weisen nicht die Genauigkeit auf, um darauf basierend einen Bestrahlungsplan erstellen zu können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem allein auf Grundlage von mittels einer kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung aufgenommenen PET-Daten und Magnetresonanzdaten eine hinreichend genaue Ermittlung von einem Bestrahlungsplan zugrunde zu legenden Informationen zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß folgende Schritte vorgesehen:
- – im Wesentlichen gleichzeitige Aufnahme von PET-Daten und Magnetresonanzdaten mit einer kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung und Ermittlung wenigstens eines Magnetresonanzdatensatzes und wenigstens eines PET-Datensatzes aus den Daten,
- – Ermittlung eines verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdatensatzes und eines Schwächungsdatensatzes aus den Magnetresonanzdaten, wobei bei der Verzeichnungskorrektur und/oder bei der Ermittlung des Schwächungsdatensatzes PET-Daten berucksichtigt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt also zunächst vor, gleichzeitig PET-Daten und Magnetresonanzdaten des letztlich zu bestrahlenden Patienten aufzunehmen. Diese PET-Daten und Magnetresonanzdaten umfassen idealerweise den gesamten Körper des Patienten, bei Magnetresonanzdaten im Fall eines zu kleinen field of view das gesamte field of view. Erstmalig wird nun vorgeschlagen, für die Berechnung der Verzeichnungskorrektur und/oder den Schwächungsdatensatz sowohl Magnetresonanzdaten als auch PET-Daten zu verwenden. Die ohnehin miteinander registrierten Daten ergänzen sich vorteilhafterweise gegenseitig soweit, dass eine genauere Dosisverteilung unter Berücksichtigung der biologischen Eigenschaften des Gewebes genau wie die Vermeidung von Planungsfehlern, insbesondere solchen, die durch die Patientenumlagerung bei verschiedenen Modalitäten entstehen, vermieden werden können. Gerade Magnetresonanzdaten und PET-Daten enthalten nämlich durch ihre unterschiedlichen Aufnahmetechniken eine Vielzahl von für die Erstellung eines Bestrahlungsplanes wichtigen und nützlichen Informationen, insbesondere auch im Hinblick auf das Verfahren des „dose painting”.
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Mit Hilfe des PET-Datensatzes, des verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdatensatzes und des Schwächungsdatensatzes kann folglich ein Bestrahlungsplan ermittelt werden. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der verzeichnungskorrigierte Magnetresonanzdatensatz und der PET-Datensatz überlagert dargestellt werden, beispielsweise in einer Falschfarbendarstellung. Dann ist es zunächst denkbar, die Zielregion, welche beispielsweise einen Tumor enthalten kann, zu markieren. Erkennbar sind beispielsweise Tumorareale durch eine hohe Stoffwechselaktivität im FDG-PET oder eine hohe Kontrastmittelaufnahme eines Magnetresonanz-Kontrastmittels. Es kann also die Zielregion segmentiert werden. Anschließend werden Bereiche, die eine besonders hohe oder eine besonders geringe Strahlungsempfindlichkeit aufweisen, segmentiert und entsprechend zugewiesen. Hierin zeigt sich der besondere Vorteil der Nutzung von gleichzeitig aufgenommenen Magnetresonanz- und PET-Daten. So können beispielsweise hypoxische Bereiche durch die BOLD-Bildgebung in der Magnetresonanz oder durch die Gabe des F-MISO-Tracers in der PET sichtbar gemacht werden. Diese weisen eine verringerte Strahlungsempfindlichkeit auf. Aus Diffusions-Magnetresonanzaufnahmen oder bei Verwendung des FLT-Tracers bei der PET kann eine hohe Zellteilungsaktivität sichtbar gemacht werden. Diese weist auf eine erhöhte Strahlungsempfindlichkeit hin. Dasselbe gilt für Bereiche mit einer hohen Durchblutung, die durch Perfusions-Magnetresonanz sichtbar gemacht werden können, und Bereiche mit hohem Cholingehalt oder einem hohen Cholin/Zitrat-Verhältnis, die durch die Magnetresonanzspektroskopie identifiziert werden können. Allgemein kann also gesagt werden, dass aus dem PET-Datensatz und/oder dem verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdatensatz Bereiche abweichender Strahlungsempfindlichkeit identifiziert, insbesondere segmentiert, werden können. Als Grundlage für den Bestrahlungsplan kann diesen Bereichen dann jeweils ein gewollter Strahlungswert, insbesondere eine Dosis, zugeordnet werden.
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Diese so ermittelten Informationen dienen gemeinsam mit dem Schwächungsdatensatz als Eingabewerte für die Berechnung des Bestrahlungsplanes. Verfahren, mit denen ein Bestrahlungsplan errechnet werden kann, sind im Stand der Technik weithin bekannt und müssen hier nicht näher dargelegt werden. Beispielsweise können Monte-Carlo-Simulationen und eine iterative Optimierung des Bestrahlungsplanes verwendet werden.
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Ersichtlich bietet die Verwendung der verbessert verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdaten einen hervorragenden Ausgangspunkt, um Bereiche besonderer Strahlungsempfindlichkeit feststellen zu können. Gemeinsam mit dem Schwächungsdatensatz ist es dann möglich, hieraus einen hoch genauen Strahlungsplan unter Berücksichtigung der biologischen Eigenschaften des Gewebes zu erstellen.
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Wie bereits erwähnt, lassen sich eine Vielzahl von Gewebeeigenschaften durch PET und Magnetresonanz bestimmen. Dafür sind jeweils bestimmte Tracer bzw. Aufnahmetechniken zu verwenden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die PET-Daten nach Gabe eines PET-Tracers, insbesondere FDG oder F-MISO oder FLT oder F-Uracil oder 11C-Cholin oder 11C-Methionin, aufgenommen werden und/oder die Magnetresonanzdaten mit wenigstens einer Bildaufnahmetechnik, insbesondere T1-gewichtet und/oder T2-gewichtet und/oder diffusionsgewichtet und/oder mit einer BOLD-Technik und/oder mit einer Spektroskopie-Technik und/oder mit Aufnahmetechniken mit einer niedrigen Echozeit, aufgenommen werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die PET-Daten mit FDG als Tracer aufgenommen werden und MR-Daten zur Bildung von drei Datensätzen T1-gewichtet, T2-gewichtet und diffusionsgewichtet (DWI – diffusion weighted imaging) aufgenommen werden. Bei der diffusionsgewichteten Magnetresonanzbildgebung wird letztlich die Bewegung entlang des Gradienten analysiert. In einem Tumor liegt sehr dichtes Gewebe vor, so dass die mittlere freie Weglänge eher klein ist, während beispielsweise in der Blase, in der hauptsächlich Wasser vorhanden ist, ein großer Diffusionsweg möglich ist. Selbstverständlich sind abhängig von den Informationen, die für die spezielle Bestrahlungsplanung am nützlichsten sind, auch andere Kombinationen von Bildaufnahmetechniken und Tracern denkbar. Messsequenzen mit sehr kurzen Echozeiten sind beispielsweise unter den Namen UTE, RASP oder SWIFT bekannt.
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In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Verzeichnungskorrektur der Magnetresonanzdatensatz auf den PET-Datensatz elastisch registriert wird, insbesondere anhand von in dem PET-Datensatz und dem Magnetresonanzdatensatz bestimmten Landmarken. Beispielsweise enthält ein mit dem Tracer FDG aufgenommener PET-Datensatz eine Vielzahl anatomischer Informationen zur Lage verschiedener Organe, in denen Landmarken bestimmt werden können, die mit korrespondierenden Landmarken im Magnetresonanzdatensatz durch „Verformung” des Magnetresonanzbildes zur Deckung gebracht werden können. Die Bereiche zwischen den Landmarken können dabei durch Interpolation angepasst werden. Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Registrierung, insbesondere eine im Rahmen der Registrierung erfolgende Verformung des Magnetresonanzdatensatzes, unter Berücksichtigung von die Ortsgenauigkeit der Magnetresonanzdaten beschreibenden Zusatzparametern erfolgt. So ist beispielsweise als Hintergrundinformation bekannt, dass nah am Isozentrum des Magnetresonanzsystems die Ortstreue eher hoch ist. Dann kann vorgesehen sein, dass dort nur geringe Verformungen gestattet werden. Der umgekehrte Fall zeigt sich in der Peripherie, wo dann große Verformungen durchaus möglich sein können. Auf diese Weise wird die letztlich bekannte Information über die lokale Ortstreue des Magnetresonanzsystems genutzt. Ergebnis der hier beschriebenen Registrierung ist dann ein ortsgetreuer, also verzeichnungskorrgierter Magnetresonanzdatensatz, der für die Planung verwendet werden kann.
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Vorzugsweise kann zur Ermittlung des Schwächungsdatensatzes zunächst durch Segmentierung des Magnetresonanzdatensatzes oder Registrierung des Magnetresonanzdatensatzes auf einen Atlas eine initiale Schwächungskarte ermittelt werden, wobei den jeweiligen Segmenten Schwächungswerte und/oder Dichtewerte zugewiesen werden, wonach durch Anpassung und/oder Erweitung der initialen Schwächungskarte der Schwächungsdatensatz ermittelt wird. Insbesondere wird hierzu selbstverständlich der bereits verzeichnungskorrigierte Magnetresonanzdatensatz verwendet. Eine derartige erste Schwächungskarte (μ-Karte) kann beispielsweise erzeugt werden, indem der Magnetresonanzdatensatz segmentiert wird und den einzelnen Segmenten Dichtewerte zugewiesen werden. Denkbar ist es auch, dass ein anatomischer Atlas auf den Magnetresonanzbilddatensatz registriert wird. Derartiges ist beispielsweise in der
DE 10 2004 043 889 A1 beschrieben.
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Diese erste Schwächungskarte wird nach ihrer Ermittlung anhand der PET-Daten angepasst. Dabei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Schwächungskarte um anatomische Informationen, insbesondere eine Oberflächenkontur, in durch den Magnetresonanzdatensatz nicht/oder in schlechter Qualität erfassten Bereichen aus den PET-Daten ergänzt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die Oberflächenkontur des Körpers eines Patienten aus den PET-Daten ergänzt werden. Da die PET ein größeres field of view als das Magnetresonanzsystem hat, ist die Körperoberfläche des aufgenommenen Patienten im PET-Datensatz komplett dargestellt, während im Magnetresonanzdatensatz periphere Anteile fehlen oder nur in schlechter Qualität dargestellt werden. Anhand der PET-Daten kann folglich eine Ergänzung stattfinden. Für die hinzugefügten Bereiche können dann beispielsweise fixe Schwächungswerte angenommen werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die initiale Schwächungskarte durch ein iteratives Verfahren anhand der PET-Daten angepasst wird. Beispielsweise kann dabei die erste Schwächungskarte als Initialisierungsgrundlage eines sogenannten MLEM-Algorithmus (maximum likelihood expectation maximization) genutzt werden. Dabei kann beispielsweise ein Modell angesetzt werden, welches so angepasst wird, dass es am besten auf die gemessenen PET-Daten passt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Anpassung der Schwächungskarte ist dabei das beispielsweise in der Dissertation von Kilian Bilger, „Verkürzung der Transmissionszeit bei einem Positronen-Emissions-Tomographen (PET) durch die segmentierte Schwächungskorrektur”, Kapitel 2.3, beschriebene ESF-Verfahren („Emission Segmentation by Fuzzy-Inference”). Im Unterschied zum dort Dargestellten werden beim erfindungsgemäßen Verfahren die Maskenwerte nicht aus den PET-Daten, sondern aus dem Magnetresonanzdatensatz ermittelt. In diesem Fall erfolgt also die Ermittlung des Schwächungsdatensatzes unter Verwendung eines ESF-Verfahrens, wobei Maskenwerte aus den Magnetresonanzdaten bestimmt werden bzw. die initiale Schwächungskarte als Maske verwendet wird.
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Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass der sich auf PET-Photonen beziehende Schwächungsdatensatz auf die zur Bestrahlung benutzte Energie umgerechnet wird. Bezieht sich der im Ergebnis entstehende Schwächungsdatensatz auf die Schwächung von PET-Photonen (Energie etwa 500 keV), so kann folglich noch eine Umrechnung der darin enthaltenen Schwächungswerte auf hochenergetische Strahlung, wie sie beispielsweise ein Linearbeschleuniger erzeugt, erfolgen.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine kombinierte Magnetresonanz-PET-Vorrichtung, ausgebildet zur gleichzeitigen Aufnahme von Magnetresonanzdaten und PET-Daten, die ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildetes Steuergerät umfasst. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf die erfindungsgemäße Vorrichtung übertragen.
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Kombinierte Magnetresonanz-PET-Vorrichtungen, die die gleichzeitige Aufnahme von Magnetresonanzdaten und PET-Daten erlauben, sind weithin bekannt und brauchen hier nicht näher dargelegt werden. Sie umfassen eine PET-Aufnahmevorrichtung, die häufig einen in eine Patientenaufnahme eines Magnetresonanzsystems eingeschoben oder einschiebbaren ringförmigen PET-Detektor umfasst. Jedoch sind auch andere Geometrien denkbar.
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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:
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1 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 eine kombinierte Magnetresonanz-PET-Vorrichtung.
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1 zeigt einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, das mit Hilfe einer kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung durchgeführt wird. Zunächst erfolgt in einem Schritt 1 eine gleichzeitige Aufnahme von Magnetresonanzdaten und PET-Daten. Dabei kann als Tracer beispielsweise FDG verwendet werden, als Magnetresonanz-Bildaufnahmetechniken eine T1-gewichtete Technik, eine T2-gewichtete Technik und eine diffusionsgewichtete Technik. Aus den so aufgenommenen Daten wird dann wenigstens ein MR-Datensatz 2 und wenigstens ein PET-Datensatz 3 ermittelt.
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In einem Schritt 4 wird der Magnetresonanzdatensatz 2 verzeichnungskorrigiert, wobei der PET-Datensatz 3 berücksichtigt wird. Hierzu erfolgt zunächst eine Registrierung des Magnetresonanzdatensatzes 2 auf den PET-Datensatz 3 anhand anatomischer Landmarken. Dabei handelt es sich um einen elastischen Registrierungsprozess, das bedeutet, der Magnetresonanzbilddatensatz 2 wird durch Verformung so angepasst, dass die Landmarken zur Deckung gebracht werden können. Dabei werden die Regionen zwischen den Landmarken durch Interpolation angepasst.
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Dabei ist vorgesehen, dass bei 5 angedeutete Zusatzinformationen berücksichtigt werden, die die voraussichtliche Ortstreue, also Ortsgenauigkeit, der Magnetresonanzdaten beschreiben. Mittels dieser Daten kann die Verformung beschränkt werden. So sind die Magnetresonanzdaten nahe des Isozentrums meist sehr ortsgenau, so dass nur sehr geringe Verformungen erlaubt werden. An der Peripherie des field of view ist die Ortstreue jedoch sehr niedrig, so dass auch starke Verformungen gestattet werden können.
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Das Ergebnis der so durchgeführten Registrierung ist ein verzeichnungskorrigierter Magnetresonanzdatensatz 6. Es sei angemerkt, dass, falls mehrere Magnetresonanzbildaufnahmetechniken verwendet werden, alle hieraus entstehenden Magnetresonanzdatensätze selbstverständlich auch entsprechend verzeichnungskorrigiert werden, so dass dann lediglich noch verzeichnungskorrigierte Magnetresonanzdatensätze vorliegen. Diese verzeichniskorrigierten Magnetresonanzdatensätze stellen auch bereits eine erste Grundlage für die später erfolgende Erstellung eines Bestrahlungsplanes dar.
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Zunächst jedoch wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in einem Schritt 7 noch ein Schwächungsdatensatz 8 ermittelt. Hierzu ist zunächst vorgesehen, aus dem verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdatensatz 6 eine initiale Schwächungskarte zu ermitteln, indem der Magnetresonanzdatensatz – soweit möglich – nach verschiedenen Gewebearten segmentiert wird, denen dann entsprechende lineare Schwächungskoeffizienten zugeordnet werden können. So dann gibt es mehrere Möglichkeiten, hieraus unter Verwendung der PET-Daten des PET-Datensatzes 3 einen Schwächungsdatensatz 8 zu ermitteln.
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Zum einen kann vorgesehen sein, dass die PET-Daten verwendet werden, um Bereiche zu ergänzen, die nicht im field of view des Magnetresonanzsystems enthalten sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Arme und Schultern handeln, die aufgrund des größeren field of view der PET-Aufnahmevorrichtung dort noch deutlich zu erkennen sind. Die hinzugefügten Bereiche können dann ebenso mit linearen Schwächungskoeffizienten versehen werden, so dass der Schwächungsdatensatz 8 entsteht.
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Bevorzugt kann jedoch ein Verfahren unter Verwendung eines MLEM-Algorithmus genutzt werden. Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten. Zum einen kann ein solcher MLEM-Algorithmus durch die initiale Schwächungskarte initialisiert werden, um dann hieraus den Schwächungsdatensatz 8 zu erhalten. Denkbar ist es jedoch auch, von einem einen Durchschnittsschwächungswertedatensatz, erlaubte Abweichungen davon und die Lage und Orientierung bzw. Größe des Schwächungsdatensatzes beschreibenden Modell auszugehen, wobei eine Modellinstanz erzeugt wird, die auf die PET-Daten angeglichen wird, wozu wiederum ein MLEM-Algorithmus verwendet werden kann. Dieser MLEM-Algorithmus wird weiter eingeschränkt durch die initiale Schwächungskarte.
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Schließlich ist es noch denkbar, ein aus dem Stand der Technik bekanntes ESF-Verfahren (emission segmentation by fuzzy-inference) zu verwenden, wobei Maskenwerte aus dem verzeichniskorrigierten Magnetresonanzdatensatz 6 abgeleitet werden.
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In allen diesen Fällen wird ein sehr genauer Schwächungsdatensatz 8 ermittelt, der sich allerdings im Fall der Verwendung eines MLEM-Algorithmus, gegebenenfalls aber auch bei der Verwendung anderer Algorithmen, auf die Energie der PET-Photonen oder eine andere Energie bezieht. Dann kann es notwendig sein, den Schwächungsdatensatz 8 auf die später zur Bestrahlung genutzte Energie umzurechnen.
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Mit dem PET-Datensatz 3, dem verzeichnungskorrigierten Magnetresonanzdatensatz 6 und dem Schwächungsdatensatz 8 liegen nun wichtige Informationen vor, die letztlich zur Berechnung eines Bestrahlungsplans im Schritt 9 dienen. Dazu werden der wenigstens eine verzeichnungskorrigierte Magnet resonanzdatensatz 6 und der PET-Datensatz 3 in einer Falschfarbendarstellung überlagert dargestellt. Aufgrund der speziellen Aufnahmetechniken und dem verwendeten Tracer können neben dem Auffinden des zu bestrahlenden Tumors in der Zielregion verschiedenste Gewebebereiche segmentiert werden. So sind in Aufnahme mit dem PET-Tracer F-MISO oder Magnetresonanzdatensätzen der BOLD-Technik hypoxische Gewebe zu erkennen, die eine verringerte Strahlungsempfindlichkeit aufweisen. Analog lassen sich aus Diffusions-Magnetresonanzdatensätzen bzw. PET-Aufnahmen mit dem FLT-Tracer hohe Zellteilungsaktivitäten feststellen, was für eine höhere Strahlungsempfindlichkeit spricht und dergleichen.
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Entsprechend segmentierte Bereiche werden mithin bezüglich ihrer Strahlungsempfindlichkeit markiert. Diese Informationen dienen gemeinsam mit dem Schwächungsdatensatz 8 als Eingabewerte für die Berechnung des Bestrahlungsplanes, was beispielsweise über Monte-Carlo-Simulationen und iterative Optimierungen erfolgen kann.
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Dies sei am Beispiel einer Prostatabestrahlung kurz näher erläutert. Dabei wurden mit einer kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung folgende Aufnahmen in einer einzigen Untersuchung durchgeführt: Es wurde nach Gabe des Tracers F-MISO ein PET-Datensatz aufgenommen, zudem ein T2-gewichteter Magnetresonanzdatensatz und ein T1-gewichteter Magnetresonanzdatensatz nach Kontrastmittelgabe. Dabei kann sich beispielsweise innerhalb der Prostata eine linksseitig gelegene Läsion im T2-gewichteten Magnetresonanzdatensatz zeigen, die Kontrastmittel aufnimmt: Ein Tumor. Innerhalb dieser Läsion zeigt sich im PET-Datensatz ein hypoxisches Areal. Daher wird in diesem Beispiel die Prostata segmentiert und eine Dosis von beispielsweise 70 Gy zugewiesen. Dem Tumorareal wird eine höhere Dosis, beispielsweise 75 Gy zugewiesen. Dem hypoxischen Teil des Tumors wird eine noch höhere Dosis zugeordnet, beispielsweise 80 Gy. Damit wird eine optimale Wirkung erzielt, und dies bei gleichzeitiger Schonung angrenzender Gewebe (beispielsweise Rektum, Nerven).
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass selbstverständlich auch – je nach gewünschten Informationen – andere Kombinationen von PET-Tracer und Magnetresonanz-Bildaufnahmetechniken verwendet werden können.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es im Allgemeinen folglich, allein aus Magnetresonanzdaten und PET-Daten die Informationen zur Erstellung eines hochgenauen Bestrahlungsplanes zu erhalten, indem sowohl bei der Verzeichnungskorrektur der Magnetresonanzdaten wie auch bei der Ermittlung eines Schwächungsdatensatzes sowohl Magnetresonanzdaten wie auch PET-Daten berücksichtigt werden.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Magnetresonanz-PET-Vorrichtung 10. Mit dieser ist es möglich, gleichzeitig Magnetresonanzdaten und PET-Daten aufzunehmen, indem in die Patientenaufnahme 11 eines Magnetresonanzsystems 12 ein PET-Detektorring 13 eingeschoben ist.
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Der Datenaufnahmebetrieb wird durch ein Steuergerät 14 gesteuert. Dieses ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, so dass unmittelbar an der kombinierten Magnetresonanz-PET-Vorrichtung 10 alle Daten, die zur Erstellung eines Bestrahlungsplans benötigt werden, ermittelt werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schritt
- 2
- Magnetresonanzdatensatz
- 3
- PET-Datensatz
- 4
- Schritt
- 5
- Zusatzinformation
- 6
- Magnetresonanzdatensatz
- 7
- Schritt
- 8
- Schwächungsdatensatz
- 9
- Schritt
- 10
- Magnetresonanz-PET-Vorrichtung
- 11
- Patientenaufnahme
- 12
- Magnetresonanzsystem
- 13
- PET-Detektorring
- 14
- Steuergerät
