DE102010033610B4 - Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens und entsprechend ausgestaltete kombinierte MR-/PET-Einrichtung - Google Patents

Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens und entsprechend ausgestaltete kombinierte MR-/PET-Einrichtung Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mit einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:Erfassen (S2) von PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Positronen-Emissions-Detektors (30), um mittels der PET-Daten eine Stoffwechselaktivität pro PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumens zu erfassen,Erfassen (S3) von MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Magnetresonanzsystems, um mittels der MR-Daten einen für Lymphknoten spezifischen Kontrast pro Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erfassen, undErstellen (S6) eines Bildes abhängig von der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und abhängig von dem pro Bereich erfassten für Lymphknoten spezifischen Kontrast,wobei das Bild erstellt wird, indem mittels der erfassten MR-Daten eine Maske für die PET-Daten erstellt wird,wobei die Opazität der Maske in einem Bereich des Bildes abhängig von einer mittels der MR-Daten erfassten Signalintensität in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts eingestellt wird,wobei aus den PET-Daten ein PET-Bild erstellt wird, undwobei das Bild erstellt wird, indem das PET-Bild durch die Maske maskiert wird,wobei die Opazität in einem Bereich des Bildes hoch ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist, oderdie Opazität in einem Bereich des Bildes niedrig ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Darstellung eines Lymphknoten, insbesondere eines malignen Lymphknotens, in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Patienten mittels einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung sowie eine entsprechend ausgestaltete kombinierte MR-/PET-Einrichtung.
  • „Additional value of MR/PET fusion compared with PET/CT in the detection of lymph node metastases in cervical cancer patients", S.K. Kim u.a., European Journal of Cancer 45 (2009), Seiten 2103-2109 beschreibt die Kombination von Magnetresonanztomographie und Positronenemissionstomographie bei der Erkennung von metastasenbildenden Lymphknoten.
  • Der Bericht „Experimentelle und klinische Ansätze zur Lymphknotenbildgebung", P. Wunderbaldinger u.a., Radiologe 2001-41, Seiten 121-130, Springer Verlag beschreibt experimentelle und klinische Ansätze zur Lymphknotenbildgebung. Dabei werden Eisenoxid-Nanopartikel als lymphotrophe MR-Kontrastmittel und PET-MRT-Kombinationsgeräte erwähnt.
  • Die US 2010 / 0 134 106 A1 beschreibt Möglichkeiten zur Maskierung von medizinischen Bilddaten.
  • Nach dem Stand der Technik ist die Beurteilung von Lymphknoten bei malignen Erkrankungen (Krebserkrankungen) in der diagnostischen Radiologie ein wichtiges und nach wie vor ungelöstes Problem. Der heutige Ansatz beruht darauf, dass Lymphknoten mit einer Größe von mehr als 10 mm maligne befallen sind und dass Lymphknoten, welche eine Größe von weniger als 10 mm aufweisen, benigne (gutartig) sind. Diese grobe morphologische Einteilung ist allerdings nicht immer korrekt, da selbstverständlich auch Lymphknoten mit einer Größe von weniger als 10 mm von Tumorzellen befallen sein können und da Lymphknoten mit einer Größe von mehr als 10 mm auch nur entzündlich verändert sein können und daher nicht maligne befallen sind. Darüber hinaus existieren noch fibrotische Lymphknoten, welche als Folge eines zurückliegenden Entzündungsprozesses in Bindegewebe umgebaut wurden und daher ebenfalls vergrößert sind.
  • Zur Diagnose von Lymphknoten wird nach dem Stand der Technik häufig die Positronenemissionstomographie (PET) eingesetzt. Nach Verabreichung eines Tracers, beispielsweise Fluordesoxyglucose (FDG), stellt die PET die lokale Aktivität des Glukosestoffwechsels dar, welche bei malignen Erkrankungen deutlich erhöht ist. Ungünstigerweise ist die Aktivität des Glukosestoffwechsels allerdings auch bei Entzündungen erhöht, so dass aufgrund einer erhöhten Aktivität des Glukosestoffwechsels nicht auf eine maligne Erkrankung geschlossen werden kann. Der Einsatz des Tracers Fluorothymidin (FLT) bei der PET zeigt zwar eine höhere Spezifität für maligne Erkrankungen, versagt allerdings bei Lymphknoten ebenfalls sehr häufig. Auch Versuche mit anderen PET-Tracern, beispielsweise auf Basis von 11C-Cholin, haben bisher ebenfalls keine guten Ergebnisse erbracht und werden daher nicht kommerziell eingesetzt.
  • Der Einsatz der PET zur Diagnose von Lymphknoten ist darüber hinaus aufgrund der geringen Ortsauflösung problematisch. Ein kleiner Lymphknoten ist bei der PET aufgrund des Partialvolumeneffekts in der Regel nicht gut sichtbar. Aufgrund des Partialvolumeneffekts werden Objekte im PET-Bild mit zu kleiner Aktivitätskonzentration dargestellt, wenn ihre Größe im Bereich der PET-Auflösung oder darunter liegt.
  • Auch der kombinierte Einsatz einer PET und einer Computertomographie (CT) erzielt bezüglich dieser Problematik keinen weiteren Vorteil gegenüber der PET, da die CT lediglich eine Aussage über die Größe des Lymphknotens ermöglicht und keine Information über den Grund der Vergrößerung (z.B. malignes Geschehen) liefert.
  • Auch mittels der Magnetresonanztomographie (MRT) können nach dem Stand der Technik nur Aussagen hinsichtlich der Größe eines Lymphknotens ermittelt werden, da Versuche, beispielsweise mittels einer MR-Spektroskopie Aussagen zur Dignität eines Lymphknotens zu treffen, bisher zu keinen guten Ergebnissen führte. Bekannt sind darüber hinaus lymphotrope Kontrastmittel für die MRT, welche von Entzündungszellen aufgenommen werden und sich selektiv in dem lympathischen Gewebe anreichern. Beispiele für derartige Kontrastmittel sind Eisenoxide, wie Sinerem (Guerbet) und Perfluorocarbone (experimentelle Kontrastmittel). Diese Kontrastmittel führen allerdings ebenfalls nicht in jedem Fall zu einer korrekten Diagnose, da sie nur anzeigen, falls sich Entzündungszellen (Makrophagen) in einem Lymphknoten befinden und keinen direkten Hinweis geben, ob maligne Zellen in einem Lymphknoten enthalten sind. Wenn ein Lymphknoten fibrotisch ist und weder Makrophagen noch Tumorzellen enthält, kann der Einsatz solcher Kontrastmittel zu einer Fehldiagnose führen, indem der Lymphknoten fälschlicherweise als von Krebs befallen eingestuft wird.
  • Die Verwendung von Eisenoxiden als Kontrastmittel führt zu einem weiteren Nachteil, da Eisenoxid zu einem Negativkontrast (zu einem lokalen Signalverlust) führt, so dass die Lymphknoten nicht mehr sichtbar sind. Daher muss zur Beurteilung nach dem Stand der Technik eine zweite MR-Aufnahme erzeugt werden, welche vor der Verabreichung des Kontrastmittels (d.h. zumindest 24 Stunden vorher) erzeugt wird. Da sich die Lymphknoten innerhalb von 24 Stunden (d.h. zwischen der Erzeugung der beiden MR-Bilder) verschieben können, ist eine entsprechende Auswertung problematisch. Andere MR-Kontrastmittel (z.B. Gadoliniumchelate) weisen nur eine sehr unspezifische Kontrastierung der Lymphknoten auf und führen daher zu keinen guten Ergebnissen bei der Beurteilung der Malignität.
  • Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, Lymphknoten derart darzustellen, dass ein anormaler Lymphknoten (insbesondere ein Lymphknoten mit einer malignen Erkrankung) aus der Darstellung (aus dem Bild) zu entnehmen ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens nach Anspruch 1, durch eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung nach Anspruch 8, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 10 und durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts, d.h. eines Patienten, mit einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung bereitgestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
    • In einem ersten Schritt werden PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Positronen-Emissions-Detektors erfasst, wobei mit Hilfe der PET-Daten eine Stoffwechselaktivität (z.B. eine Aktivität des Glukosestoffwechsel) pro PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumens erfasst wird. Um die Stoffwechselaktivität zu erfassen, wird insbesondere ein Tracer (z.B. Fluordesoxyglucose) vor der Erfassung der PET-Daten verabreicht.
  • In einem zweiten Schritt werden MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels einer Magnetresonanzanlage erfasst, wobei mit Hilfe der MR-Daten ein für Lymphknoten spezifischer Kontrast (d.h. die Lymphknoten unterscheiden sich hinsichtlich des Kontrastes von dem Rest des vorbestimmten Volumenabschnitts) pro Bereich des vorbestimmten Volumens erfasst wird. Der für Lymphknoten spezifische Kontrast wird insbesondere erzielt, indem vor dem Erfassen der MR-Daten ein lymphotropes Kontrastmittel (beispielsweise Eisenoxid oder Perfluorkohlenstoff) verabreicht wird.
  • Erfindungsgemäß kann der erste Schritt vor dem zweiten Schritt, der zweite Schritt vor dem ersten Schritt oder der erste Schritt gleichzeitig mit dem zweiten Schritt durchgeführt werden.
  • In einem dritten Schritt wird abhängig von der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und abhängig von dem pro Bereich erfassten für Lymphknoten spezifischen Kontrast ein Bild erstellt. Es ist denkbar, dass in diesem Bild anormale Lymphknoten unterscheidbar zu normalen Lymphknoten dargestellt werden.
  • Ein anormaler Lymphknoten liegt dabei insbesondere dann vor, wenn der Lymphknoten zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist:
    • • eine entzündliche Veränderung,
    • • ein benigne Geschwulst,
    • • eine fibrotische Veränderung,
    • • eine maligne Geschwulst.
  • Durch eine Kombination der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und des pro Bereich erfassten für Lymphknoten spezifischen Kontrasts können vorteilhafterweise anormale Lymphknoten von normalen Lymphknoten unterschieden werden, wobei auch Lymphknoten mit einer entzündlichen Veränderung, Lymphknoten mit einem benignen (nicht akuten) Geschehen, Lymphknoten mit einer fibrotischen Veränderung und Lymphknoten mit einem malignen Geschehen voneinander unterschieden werden können.
  • Zur Erzeugung des Bildes können die aus den MR-Daten ermittelten Signalintensitäten eines MR-Bildes und die aus den PET-Daten ermittelten Signalintensitäten eines PET-Bildes beliebig kombiniert werden, um das kombinierte MR-/PET-Bild zu erzeugen, in welchem anormale Lymphknoten von normalen Lymphknoten und insbesondere maligne Lymphknoten von anderen Lymphknoten unterschieden werden können. Beispielsweise können die Signalintensitäten des PET-Bildes auch mit den Signalintensitäten des MR-Bildes addiert oder von diesen subtrahiert werden.
  • Es ist denkbar, dass zumindest einer der folgenden Bereiche des erfindungsgemäß erstellten Bildes vom Rest des Bildes unterscheidbar dargestellt wird:
    • Ein erster Bereich, in welchem der für Lymphknoten spezifische Kontrast oberhalb eines ersten MR-Schwellenwerts liegt und in welchem die Stoffwechselaktivität oberhalb eines ersten PET-Schwellenwerts liegt.
  • Ein zweiter Bereich, in welchem der für Lymphknoten spezifische Kontrast oberhalb des ersten MR-Schwellenwerts liegt und in welchem die Stoffwechselaktivität unterhalb eines zweiten PET-Schwellenwerts liegt.
  • Ein dritter Bereich, in welchem der für Lymphknoten spezifische Kontrast unterhalb eines zweiten MR-Schwellenwerts liegt und in welchem die Stoffwechselaktivität unterhalb des zweiten PET-Schwellenwerts liegt.
  • Ein vierter Bereich, in welchem der für Lymphknoten spezifische Kontrast unterhalb des zweiten MR-Schwellenwerts liegt und in welchem die Stoffwechselaktivität oberhalb des ersten PET-Schwellenwerts liegt.
  • Hierbei ist der erste MR-Schwellenwert größer oder gleich dem zweiten MR-Schwellenwert und der erste PET-Schwellenwert ist größer oder gleich dem zweiten PET-Schwellenwert.
  • Hierbei können auch alle vier Bereiche (erster bis vierter Bereich) voneinander unterscheidbar in dem erstellten Bild dargestellt werden. Genauso ist es möglich, dass beispielsweise nur ein Bereich (d.h. nur der erste, nur der zweite, nur der dritte oder nur der vierte Bereich) unterscheidbar vom Rest des Bildes dargestellt wird. Tabelle Diagnose abhängig von dem MR-Kontrastmittelgehalt und von der PET-(FDG)-Aktivität
    MR-Kontrastmittelgehalt PET- (FDG) - Aktivität Diagnose
    hoch hoch entzündliche Veränderung
    hoch niedrig benignes Geschehen, nicht akut
    niedrig niedrig fibrotische Veränderung (Umbau)
    niedrig hoch malignes Geschehen
  • In der vorab stehenden Tabelle ist eine Diagnose für die vorab definierten vier Bereiche dargestellt. Wenn sowohl der MR-Kontrastmittelgehalt als auch die PET-Stoffwechselaktivität hoch ist (erster Bereich), liegt eine entzündliche Veränderung der entsprechenden Lymphknoten vor. Wenn zwar der MR-Kontrastmittelgehalt hoch, aber die PET-Stoffwechselaktivität niedrig ist (zweiter Bereich), liegt ein benignes Geschehen vor, welches nicht akut ist. Wenn sowohl der MR-Kontrastmittelgehalt als auch die PET-Stoffwechselaktivität niedrig ist (dritter Bereich), liegt eine fibrotische Veränderung bzw. ein Umbau der entsprechenden Lymphknoten vor. Schließlich liegt, wenn der MR-Kontrastmittelgehalt niedrig, aber die PET-Stoffwechselaktivität hoch ist (vierter Bereich), ein malignes Geschehen bei den entsprechenden Lymphknoten vor.
  • Es ist demnach möglich, Lymphknoten derart unterscheidbar in dem erfindungsgemäß erstellten Bild darzustellen, dass zwischen den vier in der oben stehenden Tabelle genannten Diagnosen für die jeweiligen Lymphknoten in dem Bild unterschieden werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird das Bild erstellt, indem ausgehend von den erfassten MR-Daten bzw. ausgehend von dem MR-Bild eine Maske für die PET-Daten bzw. für das PET-Bild (d.h. ein Bild, welches ausgehend von den PET-Daten erstellt wird) erzeugt wird. Dabei wird die Opazität (Undurchsichtigkeit) der Maske in einem bestimmten Bereich dieser Maske abhängig von einer mit Hilfe der MR-Daten erfassten Signalintensität oder von einem mit Hilfe der MR-Daten erfassten MR-Kontrastmittelgehalt in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts eingestellt. Das erfindungsgemäße Bild wird dabei erstellt, indem das PET-Bild durch die Maske maskiert wird.
  • Erfindungsgemäß ist die Opazität in einem Bereich des Bildes oder der Maske hoch/niedrig, wenn die Signalintensität der MR-Daten in dem entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts niedrig/hoch ist oder die Opazität in einem Bereich des Bildes oder der Maske ist hoch/niedrig, wenn die Signalintensität der MR-Daten in dem entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch/niedrig ist.
  • Bei dem Einsatz von Eisenoxid als lymphotropes Kontrastmittel ergibt sich ein Negativkontrast. Daher wird gemäß der weiteren Ausführungsform in diesem Fall aus dem MR-Bild, welches nach der Verabreichung von Eisenoxid erstellt wird, eine Maske erzeugt, deren Opazität sich aus dem Kehrwert der Signalintensität des MR-Bildes ergibt (d.h. eine hohe Signalintensität ergibt eine niedrige Opazität). Wenn diese Maske über ein PET-Bild gelegt wird, werden diejenigen Lymphknoten maskiert, bei welchen die MR-Signalintensität niedrig ist, da sie einen hohen Kontrastmittelgehalt aufweisen. Demnach sind in dem Bild der weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform Lymphknoten mit einer entzündlichen Veränderung oder einem benignen Geschehen nicht sichtbar, da sie von der Maske maskiert werden. Da die Signalintensität in dem PET-Bild aufgrund der niedrigen PET-Stoffwechselaktivität bei Lymphknoten mit einer fibrotischen Veränderung gering und bei Lymphknoten mit einem malignen Geschehen aufgrund der hohen PET-Stoffwechselaktivität hoch ist, weisen insgesamt die Lymphknoten mit einem malignen Geschehen in dem Bild der weiteren Ausführungsform die höchste Signalintensität auf. Mit anderen Worten treten bei dem Bild der weiteren Ausführungsform die Lymphknoten mit malignen Geschehen deutlich hervor und sind klar von den anderen Lymphknoten (auch von denjenigen mit fibrotischer Veränderung) zu unterscheiden.
  • Der Effekt der weiteren Ausführungsform kann noch verstärkt werden, wenn ein MR-Kontrastmittel (z.B. Gadoliniumchelat) gegeben wird, welches eine Signalverstärkung in den Lymphknoten bewirkt.
  • Bei dem Einsatz von lymphotropen MR-Kontrastmitteln, welche zu einer erhöhten Signalintensität in den entsprechenden Lymphknoten führen, wird die Maske erfindungsgemäß derart aufgebaut, dass eine hohe Signalintensität in dem MR-Bild einer hohen Opazität des entsprechenden Bereichs der Maske entspricht.
  • Darüber hinaus ist es möglich, dass mittels der MR-Daten oder anhand des MR-Bildes (welches mit Hilfe der MR-Daten erstellt wird) die Lymphknoten in dem vorbestimmten Volumenabschnitt segmentiert werden. Anschließend können diejenigen Bereiche der Maske, welche keinem der segmentierten Lymphknoten entsprechen, undurchsichtig erstellt werden, während diejenigen Bereiche der Maske, welche einem segmentierten Lymphknoten entsprechen, durchsichtig erstellt werden.
  • Des Weiteren ist es erfindungsgemäß möglich, anhand der MR-Daten oder mittels des MR-Bildes diejenigen Lymphknoten zu bestimmen oder zu segmentieren, welche in Fett (z.B. in mesorektalem Fettgewebe) eingebettet sind. Da Fettgewebe keine PET-Stoffwechselaktivität aufweist, kann die in einem PET-Voxel auftretende PET-Stoffwechselaktivität vollständig demjenigen Lymphknoten zugewiesen werden, welcher sich in dem entsprechenden PET-Voxel befindet. Demnach wird das PET-Bild und daher auch das kombinierte MR-/PET-Bild derart korrigiert, dass bei Lymphknoten, deren Größe unterhalb der Größe eines PET-Voxels liegen, dennoch die gesamte Aktivität (genauer Stoffwechselaktivität) in dem PET-Voxel dem entsprechenden Lymphknoten zugeordnet wird.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine kombinierte MR-/PET-Einrichtung zur Erstellung eines Bildes eines Lymphknotens in einem vorbestimmten Volumenabschnitt in einem Untersuchungsobjekt bereitgestellt. Dabei umfasst die MR-/PET-Einrichtung eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Positronen-Emissions-Detektors und zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage und eine Bildrecheneinheit zum Empfang von von dem Positronen-Emissions-Detektor erfassten PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts, zum Empfang von von der Magnetresonanzanlage aufgenommenen MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts und zur Erstellung des Bildes aus den PET-Daten und den MR-Daten. Die MR-/PET-Einrichtung erfasst mittels der PET-Daten eine Stoffwechselaktivität pro PET-Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts und erfasst mittels der MR-Daten einen für einen Lymphknoten spezifischen Kontrast pro Bereich oder Abschnitt des vorbestimmten Volumenabschnitts. Es ist denkbar, dass abhängig von der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und abhängig von dem pro Bereich erfassten für einen Lymphknoten spezifischen Kontrast die MR-/PET-Einrichtung ein Bild erstellt, in welchem anormale Lymphknoten unterscheidbar von normalen Lymphknoten dargestellt werden. Die MR-/PET-Einrichtung ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass das Bild erstellt wird, indem mittels der erfassten MR-Daten eine Maske für die PET-Daten erstellt wird, wobei die Opazität der Maske in einem Bereich des Bildes abhängig von einer mittels der MR-Daten erfassten Signalintensität in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts eingestellt wird, wobei aus den PET-Daten ein PET-Bild erstellt wird, und wobei das Bild erstellt wird, indem das PET-Bild durch die Maske maskiert wird, wobei die Opazität in einem Bereich des Bildes hoch ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist, oder die Opazität in einem Bereich des Bildes niedrig ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen kombinierten MR-/PET-Einrichtung entsprechen dabei im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
  • Des Weiteren beschreibt die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Computerprogramm oder 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 oder Steuereinrichtung der kombinierten MR-/PET-Einrichtung 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 ein Computerprogramm oder eine Software unter Schutz gestellt werden, mit welcher eine der oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann bzw. welche diese Ausführungsform ausführt. Dabei kann es sich bei der Software um einen Quellcode (z.B. C++), der noch compiliert (übersetzt) 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 Aufnahme und zur Erstellung von Bildern geeignet, auf welchen Lymphknoten mit einem malignen Geschehen unterscheidbar von anderen Lymphknoten oder von dem Rest des Bildes dargestellt werden. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da erfindungsgemäß beispielsweise auch Bilder erzeugt werden können, auf welche fibrotisch veränderte Lymphknoten oder Lymphknoten mit einer entzündlichen Veränderung unterscheidbar dargestellt werden können. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Prinzip auch zur Diagnose von anderen Organen (nicht Lymphknoten) 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 erfindungsgemäße kombinierte MR-/PET-Einrichtung dargestellt.
    • 2 stellt ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erstellung eines kombinierten MR-/PET-Bildes dar.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung 5, welche einen Positronen-Emissions-Detektor 30 und eine Magnetresonanzanlage 24 umfasst. Dabei erzeugt ein Grundfeldmagnet 1 der Magnetresonanzanlage 24 ein zeitlich konstantes starkes Magnetfeld zur Polarisation bzw. Ausrichtung der Kernspins in einem Untersuchungsbereich eines Objekts O, wie z.B. eines zu untersuchenden Teils eines menschlichen Körpers, welcher auf einem Tisch 23 liegend zur Erstellung eines Bildes in die Magnetresonanzanlage 24 geschoben wird. Die für die Kernspinresonanzmessung erforderliche hohe Homogenität des Grundmagnetfelds ist in einem typischerweise kugelförmigen Messvolumen M definiert, in welchem die zu untersuchenden Teile des menschlichen Körpers zur Erfassung der MR-Daten angeordnet sind. Zur Unterstützung der Homogenitätsanforderungen und insbesondere zur Eliminierung zeitlich invariabler Einflüsse werden an geeigneter Stelle so genannte Shim-Bleche aus ferromagnetischem Material angebracht. Zeitlich variable Einflüsse werden durch Shim-Spulen 2 eliminiert.
  • In den Grundfeldmagneten 1 ist ein zylinderförmiges Gradientenspulensystem 3 eingesetzt, welches aus drei Teilwicklungen besteht. Jede Teilwicklung wird von einem Verstärker mit Strom zur Erzeugung eines linearen (auch zeitlich veränderbaren) Gradientenfeldes in die jeweilige Richtung des kartesischen Koordinatensystems versorgt. Die erste Teilwicklung des Gradientenfeldsystems 3 erzeugt dabei einen Gradienten Gx in x-Richtung, die zweite Teilwicklung einen Gradienten Gy in y-Richtung und die dritte Teilwicklung einen Gradienten Gz in z-Richtung. Der Verstärker umfasst einen Digital-Analog-Wandler, welcher von einer Sequenzsteuerung 18 zum zeitrichtigen Erzeugen von Gradientenpulsen angesteuert wird.
  • Innerhalb des Gradientenfeldsystems 3 befindet sich eine (oder mehrere) Hochfrequenzantennen 4, welche die von einem Hochfrequenzleistungsverstärker abgegebenen Hochfrequenzpulse in ein magnetisches Wechselfeld zur Anregung der Kerne und Ausrichtung der Kernspins des zu untersuchenden Objekts 0 bzw. des zu untersuchenden Bereiches des Objekts O umsetzen. Jede Hochfrequenzantenne 4 besteht aus einer oder mehreren HF-Sendespulen und einer oder mehreren HF-Empfangsspulen in Form einer ringförmigen vorzugsweise linearen oder matrixförmigen Anordnung von Komponentenspulen. Von den HF-Empfangsspulen der jeweiligen Hochfrequenzantenne 4 wird auch das von den präzedierenden Kernspins ausgehende Wechselfeld, d.h. in der Regel die von einer Pulssequenz aus einem oder mehreren Hochfrequenzpulsen und einem oder mehreren Gradientenpulsen hervorgerufenen Kernspinechosignale, in eine Spannung (Messsignal) umgesetzt, welche über einen Verstärker 7 einem Hochfrequenz-Empfangskanal 8 eines Hochfrequenzsystems 22 zugeführt wird. Das Hochfrequenzsystem 22 umfasst weiterhin einen Sendekanal 9, in welchem die Hochfrequenzpulse für die Anregung der magnetischen Kernresonanz erzeugt werden. Dabei werden die jeweiligen Hochfrequenzpulse aufgrund einer vom Anlagerechner 20 vorgegebenen Pulssequenz in der Sequenzsteuerung 18 digital als Folge komplexer Zahlen dargestellt. Diese Zahlenfolge wird als Real- und als Imaginärteil über jeweils einen Eingang 12 einem Digital-Analog-Wandler im Hochfrequenzsystem 22 und von diesem einem Sendekanal 9 zugeführt. Im Sendekanal 9 werden die Pulssequenzen einem Hochfrequenz-Trägersignal aufmoduliert, dessen Basisfrequenz der Resonanzfrequenz der Kernspins im Messvolumen entspricht.
  • Die Umschaltung von Sende- auf Empfangsbetrieb erfolgt über eine Sende-Empfangsweiche 6. Die HF-Sendespulen der Hochfrequenzantenne(n) 4 strahlt/en die Hochfrequenzpulse zur Anregung der Kernspins in das Messvolumen M ein und resultierende Echosignale werden über die HF-Empfangsspule(n) abgetastet. Die entsprechend gewonnenen Kernresonanzsignale werden im Empfangskanal 8' (erster Demodulator) des Hochfrequenzsystems 22 phasenempfindlich auf eine Zwischenfrequenz demoduliert und im Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert. Dieses Signal wird noch auf die Frequenz 0 demoduliert. Die Demodulation auf die Frequenz 0 und die Trennung in Real- und Imaginärteil findet nach der Digitalisierung in der digitalen Domäne in einem zweiten Demodulator 8 statt. Durch einen Bildrechner 17 wird aus den dergestalt gewonnenen Messdaten ein MR-Bild und ein PET-Bild (siehe unten) rekonstruiert. Die Verwaltung der Messdaten, der Bilddaten und der Steuerprogramme erfolgt über den Anlagenrechner 20. Aufgrund einer Vorgabe mit Steuerprogrammen kontrolliert die Sequenzsteuerung 18 die Erzeugung der jeweils gewünschten Pulssequenzen und das entsprechende Abtasten des k-Raumes. Insbesondere steuert die Sequenzsteuerung 18 dabei das zeitrichtige Schalten der Gradienten, das Aussenden der Hochfrequenzpulse mit definierter Phasenamplitude sowie den Empfang der Kernresonanzsignale. Die Zeitbasis für das Hochfrequenzsystem 22 und die Sequenzsteuerung 18 wird von einem Synthesizer 19 zur Verfügung gestellt.
  • Wie bereits vorab ausgeführt ist, umfasst die MR-/PET-Einrichtung 5 einen Positronen-Emissions-Detektor 30, welcher meist ringförmig ausgebildet ist. Die bei PET eingesetzten Tracer sind mit einem Positronenstrahler markiert. Beim Zerfall dieses Positronenstrahlers im Gewebe des Patienten O werden in der Nähe des Ortes der entsprechenden Positronenemission durch eine Annihilation zwei γ-Quanten erzeugt, welche in entgegengesetzter Richtung auseinanderfliegen. Werden diese beiden γ-Quanten von zwei gegenüberliegenden Detektorelementen des Positronen-Emissions-Detektors 30 innerhalb eines vorbestimmten Koinzidenzzeitintervalls gemessen, kann der Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie zwischen diesen beiden Detektorelementen festgelegt werden.
  • Mit dem Positronen-Emissions-Detektor 30 werden die PET-Daten erfasst, aus welchen dann das PET-Bild in dem Bildrechner 17 erzeugt wird. Das PET-Bild wird in dem Bildrechner 17 erfindungsgemäß mit dem MR-Bild kombiniert, um ein kombiniertes MR-/PET-Bild zu erstellen.
  • Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung der MR-Bilder, PET-Bilder und kombinierten MR-/PET-Bildes, welche z.B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung der erzeugten Bilder erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
  • In 2 ist ein Flussablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
  • In einem ersten Schritt S1 werden einem Patienten O ein die Stoffwechselaktivität darstellender PET-Tracer und ein lymphotropes Kontrastmittel derart zugeführt, dass der PET-Tracer und das lymphotrope Kontrastmittel in einem vorbestimmten Volumenabschnitt des Patienten O wirken.
  • Anschließend werden in einem zweiten Schritt S2 die PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit dem Positronen-Emissions-Detektor 30 und in einem dritten Schritt S3 die MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit der Magnetresonanzanlage 24 erfasst.
  • Die beiden Schritte S2 und S3 können dabei in einer beliebigen Reihenfolge oder auch gleichzeitig durchgeführt werden.
  • Anhand der MR-Daten wird in dem folgenden Schritt S4 eine Bildmaske erstellt. Die Opazität dieser Maske in einem jeweiligen Bereich des Bildes oder der Maske hängt dabei von einer mittels der MR-Daten erfassten Signalintensität des entsprechenden Bereichs des MR-Bildes ab. Mit anderen Worten wird ausgehend von den MR-Daten ein MR-Bild erzeugt, aus welchem dann die Maske erstellt wird. Die Opazität eines bestimmten Bereichs der Maske hängt dabei von der Signalintensität des korrespondierenden Bereichs des MR-Bildes ab. Dabei kann die Opazität eines bestimmten Bereiches der Maske proportional zu der Signalintensität oder umgekehrt proportional zu der Signalintensität des entsprechenden Bereiches des MR-Bildes sein.
  • In dem folgenden Schritt S5 wird aus den PET-Daten das PET-Bild erstellt. Dabei weisen Bereiche des PET-Bildes, welche mit Bereichen des vorbestimmten Volumenabschnitts mit einer hohen Stoffwechselaktivität korrespondieren, in der Regel eine hohe Signalintensität auf, während Bereiche des PET-Bildes, welche mit Bereichen des vorbestimmten Volumenabschnitts mit einer niedrigen Stoffwechselaktivität korrespondieren, meist eine geringe Signalintensität aufweisen.
  • Im letzten Schritt S6 wird das PET-Bild mit der in Schritt S4 erstellten Maske maskiert, wodurch das kombinierte MR-/PET-Bild erstellt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Grundfeldmagnet
    2
    Shimspule
    3
    Gradientenfeldsystem
    4
    HF-Antenne
    5
    kombinierte MR-/PET-Einrichtung
    6
    Sendeempfangsweiche
    7
    Verstärker
    8, 8'
    Empfangskanal
    9
    Sendekanal
    10
    Steuereinrichtung
    11
    Ausgang
    12
    Eingang
    13
    Terminal
    14
    Bildschirm
    15
    Tastatur
    16
    Maus
    17
    Bildrechner
    18
    Sequenzsteuerung
    19
    Synthesizer
    20
    Anlagenrechner
    21
    DVD
    22
    Tisch
    23
    Liegenbrett
    24
    Magnetresonanzanlage
    30
    Positronen-Emissions-Detektor
    O
    Untersuchungsobjekt bzw. Patient
    S1-S6
    Verfahrensschritt

Claims (11)

  1. Verfahren zur Darstellung eines Lymphknotens in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O) mit einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen (S2) von PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Positronen-Emissions-Detektors (30), um mittels der PET-Daten eine Stoffwechselaktivität pro PET-Voxel innerhalb des vorbestimmten Volumens zu erfassen, Erfassen (S3) von MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts mittels eines Magnetresonanzsystems, um mittels der MR-Daten einen für Lymphknoten spezifischen Kontrast pro Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts zu erfassen, und Erstellen (S6) eines Bildes abhängig von der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und abhängig von dem pro Bereich erfassten für Lymphknoten spezifischen Kontrast, wobei das Bild erstellt wird, indem mittels der erfassten MR-Daten eine Maske für die PET-Daten erstellt wird, wobei die Opazität der Maske in einem Bereich des Bildes abhängig von einer mittels der MR-Daten erfassten Signalintensität in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts eingestellt wird, wobei aus den PET-Daten ein PET-Bild erstellt wird, und wobei das Bild erstellt wird, indem das PET-Bild durch die Maske maskiert wird, wobei die Opazität in einem Bereich des Bildes hoch ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist, oder die Opazität in einem Bereich des Bildes niedrig ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der MR-Daten Lymphknoten in dem vorbestimmten Volumenabschnitt segmentiert werden, und dass Bereiche der Maske, welche keinem der segmentierten Lymphknoten entsprechen, undurchsichtig erstellt werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t, dass mittels der MR-Daten Lymphknoten, welche in Fett eingebettet sind, segmentiert werden, dass eine Größe der segmentierten Lymphknoten bestimmt wird, und dass eine mittels der PET-Daten erfasste Aktivität innerhalb eines PET-Voxels vollständig einem Volumen eines innerhalb des PET-Voxels erfassten segmentierten Lymphknoten zugeordnet wird, wenn die Größe des segmentierten Lymphknotens unterhalb einer Größe des PET-Voxels liegt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t, dass mittels der PET-Daten die Stoffwechselaktivität innerhalb des vorbestimmten Volumens erfasst wird, indem vor dem Erfassen der PET-Daten ein entsprechender Tracer dem Untersuchungsobjekt (O) verabreicht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tracer Fluordesoxyglucose ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der MR-Daten der für Lymphknoten spezifische Kontrast erfasst wird, indem vor dem Erfassen der MR-Daten dem Untersuchungsobjekt (O) ein lymphotropes Kontrastmittel verabreicht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, d a durc h g e k e n n z e ich n e t, dass das lymphotrope Kontrastmittel Eisenoxid oder Perfluorkohlenstoff ist.
  8. Kombinierte MR-/PET-Einrichtung zur Erstellung eines Bildes eines Lymphknotens in einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (O), wobei die MR-/PET-Einrichtung (5) eine Steuereinheit (10) zur Ansteuerung eines Positronen-Emissions-Detektors (30) der MR-/PET-Einrichtung (5) und zur Ansteuerung eines Magnetresonanzsystems (24) der MR-/PET-Einrichtung (5) und eine Bildrecheneinheit (17) zum Empfang von von dem Positronen-Emissions-Detektor (30) erfassten PET-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts, zum Empfang von von dem Magnetresonanzsystem (24) aufgenommenen MR-Daten des vorbestimmten Volumenabschnitts und zur Erstellung des Bildes aus den PET-Daten und den MR-Daten umfasst, wobei die MR-/PET-Einrichtung (5) derart ausgestaltet ist, dass die MR-/PET-Einrichtung (5) mittels der PET-Daten eine Stoffwechselaktivität pro PET-Voxel des vorbestimmten Volumenabschnitts und mittels der MR-Daten einen für Lymphknoten spezifischen Kontrast pro Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts erfasst und dass die die MR-/PET-Einrichtung (5) ein Bild abhängig von der pro PET-Voxel erfassten Stoffwechselaktivität und abhängig von dem pro Bereich erfassten für Lymphknoten spezifischen Kontrast erstellt, wobei das Bild erstellt wird, indem mittels der erfassten MR-Daten eine Maske für die PET-Daten erstellt wird, wobei die Opazität der Maske in einem Bereich des Bildes abhängig von einer mittels der MR-Daten erfassten Signalintensität in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts eingestellt wird, wobei aus den PET-Daten ein PET-Bild erstellt wird, und wobei das Bild erstellt wird, indem das PET-Bild durch die Maske maskiert wird, wobei die Opazität in einem Bereich des Bildes hoch ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist, oder die Opazität in einem Bereich des Bildes niedrig ist, wenn die Signalintensität der MR-Daten in einem diesem Bereich entsprechenden Bereich des vorbestimmten Volumenabschnitts hoch ist.
  9. Kombinierte MR-/PET-Einrichtung nach Anspruch 8, d a durc h g e k e n n z e ich n e t, dass die kombinierte MR-/PET-Einrichtung (5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 ausgestaltet ist.
  10. Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (10) einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-7 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (10) der kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) ausgeführt wird.
  11. Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers (21) in einer Steuereinrichtung (10) einer kombinierten MR-/PET-Einrichtung (5) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7 durchführen.
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