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Die vorliegende Erfindung betrifft die Erfassung von MR-Bilddaten unter Berücksichtigung von mittels eines abbildungstreuen tomographischen Verfahrens erfassten Bilddaten und eine entsprechend ausgestaltete kombinierte MR/ET-Einrichtung.
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Die
DE 10 2010 004 384 A1 beschreibt die Berechnung eines Bestrahlungsplans, wobei gleichzeitig PET-Daten und MR-Daten aufgenommen werden. Aus den MR-Daten werden verzeichniskorrigierte MR-Daten ermittelt, wobei die PET-Daten berücksichtigt werden.
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Es ist bekannt, dass MR-Bilder keine geometrisch akkurate Abbildung repräsentieren. Durch die Zuordnung der im Frequenzraum (K-Raum) erfassten Rohdaten auf den Ortsraum, durch fehlerhafte Abweichungen der Gradientenlinearität und durch die Inhomogenität des Grundmagnetfelds sind die MR-Bilder im Allgemeinen trotz entsprechender spezifischer Korrekturverfahren verzeichnet, da eine Magnetresonanzanlage Frequenzen im MHz-Bereich und keine geometrischen Informationen misst. Je nach Sequenztechnik ergeben sich dadurch MR-Bilder mit mehr oder weniger ungenauen geometrischen Abbildungen, wobei insbesondere Echoplanarverfahren (EPI (”Echo Planar Imaging”)) zu denjenigen Sequenztechniken gehören, welche besonders sensitiv auf die oben beschriebenen Effekte reagieren.
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Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die geometrische Abbildungsgenauigkeit von MR-Bildern (d. h. die Genauigkeit, mit denen die MR-Bilder geometrische Gegebenheiten in dem dargestellten Volumenabschnitt darstellt) gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erfassung von MR-Bilddaten nach Anspruch 1, durch eine kombinierte MR-/ET-Einrichtung nach Anspruch 10, durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13 oder durch einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Ein Verfahren zur Erfassung von MR-Bilddaten mittels einer Magnetresonanzanlage umfasst folgende Schritte:
- • Erfassen der MR-Bilddaten von einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (beispielsweise eines Patienten) mit Hilfe der Magnetresonanzanlage.
- • Erfassen von Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit Hilfe eines abbildungstreuen tomographischen Verfahrens.
- • Vergleichen der MR-Bilddaten mit den Bilddaten.
- • Korrigieren der MR-Bilddaten in Abhängigkeit der Ergebnisse des Vergleichs derart, dass die MR-Bilddaten bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
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Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einem tomographischen Verfahren ein bildgebendes Verfahren verstanden, welches die innere räumliche Struktur eines Objekts ermittelt und in Form eines Bildes (beispielsweise eines Schnittbildes) darstellt. Abbildungstreu bedeutet, dass geometrische Strukturen zwar insgesamt vergrößert bzw. verkleinert, gedreht und/oder gespiegelt, aber nicht verzerrt abgebildet bzw. dargestellt werden, so dass Längenverhältnisse und Winkel der räumlichen Struktur im Bild erhalten bleiben. Abhängig von dem tomographischen Verfahren kann abbildungstreu auch zusätzlich absolut längentreu und winkeltreu bedeuten. Wenn das tomographische Verfahren die räumlichen Strukturen längentreu darstellt, kann ein Volumen der abzubildenden räumlichen Struktur genau abgebildet und damit gemessen werden.
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Unter dem Vergleichen der MR-Bilddaten und der Bilddaten wird dabei im Rahmen dieser Erfindung verstanden, dass untersucht wird, wie die MR-Bilddaten in die Bilddaten überführt oder transformiert werden können. Ein solches Vorgehen ist aus der Registrierung von zwei Bildern bekannt. Dabei ist die Registrierung ein Verfahren oder ein Prozess, um ein Bild (im vorliegenden Fall das MR-Bild) bestmöglich mit einem anderen Bild (im vorliegenden Fall das von dem abbildungstreuen topographischen Verfahren erstellte Bild) in Übereinstimmung zu bringen. Dazu wird meist eine Transformation berechnet, mittels welcher das MR-Bild bzw. die MR-Bilddaten möglichst optimal an das Bild bzw. die Bilddaten angepasst wird/werden. Im Unterschied zur Registrierung führt der Vergleich die Registrierung nicht durch, sondern ermittelt nur entsprechende Daten bzw. Informationen.
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Das Korrigieren der MR-Bilddaten in Abhängigkeit der Ergebnisse des Vergleichs kann beispielsweise derart durchgeführt werden, dass eine Registrierung der MR-Bilddaten mit den Bilddaten ausgeführt wird, die Ergebnisse des Vergleichs also eingesetzt werden, um die MR-Bilddaten möglichst optimal an die Bilddaten anzupassen.
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Indem die MR-Bilddaten mit Hilfe der Bilddaten korrigiert werden, weisen die MR-Bilddaten nach dieser Korrektur eine verbesserte Ortstreue oder geometrische Genauigkeit auf. Darüber hinaus ergibt sich durch die Korrektur der MR-Bilddaten eine verbesserte Korrespondenz der Bildpunkte der MR-Bilddaten zu den korrespondierenden Bildpunkten der Bilddaten, was insbesondere bei einer Fusion der MR-Bilddaten und der Bilddaten vorteilhaft ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von MR-Bilddaten mittels einer Magnetresonanzanlage bereitgestellt. Dieses erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- • Erfassen von MR-Bilddaten von einem vorbestimmten Volumenabschnitt eines Untersuchungsobjekts (beispielsweise eines Patienten) mit Hilfe der Magnetresonanzanlage. Dabei werden während der Erfassung der MR-Bilddaten (was insbesondere eine Erfassung von MR-Rohdaten und eine Rekonstruktion der MR-Bilddaten aus diesen MR-Rohdaten umfasst) bestimmte Parameter eingesetzt.
- • Erfassen von Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts mit Hilfe eines abbildungstreuen tomographischen Verfahrens.
- • Vergleichen der MR-Bilddaten mit den Bilddaten.
- • Ändern der Parameter in Abhängigkeit der Ergebnisse des Vergleichs derart, dass bei einer erneuten Erfassung der MR-Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts, wobei nunmehr die geänderten Parameter eingesetzt werden, die neu erfassten MR-Bilddaten bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
- • Die MR-Bilddaten des vorbestimmten Volumenabschnitts werden mit den geänderten Parametern erneut erfasst.
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Auch bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren weisen die MR-Bilddaten, welche mit den geänderten Parametern aufgenommen werden, eine bessere geometrische Genauigkeit auf, als es nach dem Stand der Technik (ohne eine Änderung der Parameter) der Fall ist. Dadurch ergibt sich wiederum eine bessere Übereinstimmung der Bildpunkte der MR-Bilddaten mit den entsprechenden Bildpunkten der Bilddaten.
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Während die Korrektur der MR-Bilddaten gemäß dem vorab beschriebenen Verfahren quasi bildbasiert, also nach einer entsprechenden Rekonstruktion der Rohdaten in die MR-Bilddaten, erfolgt, werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren Parameter geändert, welche beispielsweise auch bei der Rekonstruktion der MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten zum Einsatz kommen können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Verzeichniskorrektur eingesetzt werden, wobei die zu bestimmenden Parameter Parameter dieser Verzeichniskorrektur sind. Diese Parameter werden abhängig von den Ergebnissen des Vergleichs derart geändert, dass die MR-Bilddaten, welche anhand der Verzeichniskorrektur, die mit den entsprechend geänderten Parametern arbeitet, korrigiert worden sind, bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
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Unter einer Verzeichniskorrektur wird dabei jegliche Korrektur verstanden, mit welcher Effekte, welche die geometrische Abbildungsgenauigkeit der MR-Bilddaten negativ beeinflussen, zumindest gemildert werden.
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Wie es vorab bereits angedeutet ist, können zur Erfassung der MR-Bilddaten vorab MR-Rohdaten (beispielsweise durch Abtastung des K-Raumes) erfasst werden. Die MR-Bilddaten werden dabei aus den MR-Rohdaten rekonstruiert, wobei die erwähnten Parameter eingesetzt werden. Abhängig von den Ergebnissen des Vergleichs werden diese Parameter derart geändert, dass bei einer erneuten Rekonstruktion der MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten, wobei bei der erneuten Rekonstruktion mit den geänderten Parametern gearbeitet wird, die neu rekonstruierten MR-Bilddaten bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
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Bei den verwendeten Parametern kann es sich um Korrekturparameter zur Korrektur einer MR-Verzeichnung handeln. Dabei können die Parameter zur Modellierung bzw. Korrektur von Gradientennichtlinearitäten oder von unerwünschten Grundfeld-Effekten eingesetzt werden. Mit anderen Worten werden die Korrekturparameter erfindungsgemäß bestimmt und dann für eine prospektive Korrektur von MR-Verzeichnungen eingesetzt.
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Die Bestimmung der Parameter erfolgt insbesondere in Form einer Kalibrierungsmessung, welche vorteilhafterweise am Patienten selbst durchgeführt werden kann.
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Mit Hilfe der Parameter, welche bei der Rekonstruktion der MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten eingesetzt werden, kann beispielsweise auch eine Korrektur der MR-Rohdaten vorgenommen werden, welche in der Regel als komplexe Zahlen (z. B. Amplitude und Phase) erfasst werden. Zum Beispiel können diese Parameter eine Phasendifferenz umfassen, mit welcher die Phase der bei der Abtastung des K-Raums erfassten MR-Rohdaten korrigiert wird.
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Zur Einstellung oder Bestimmung der Parameter kann beispielsweise eine Zielfunktion definiert werden, mit welcher eine Bildähnlichkeit zwischen den MR-Bilddaten den Bilddaten ermittelt wird. Die Parameter werden dann in einer Art Regelschleife oder Iteration so lange geändert, bis die Rekonstruktion der MR-Bilddaten mit Hilfe der Parameter zu einem Optimum der Zielfunktion führt.
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Wenn die Parameter die Phasendifferenz umfassen, gibt es für diese Phasendifferenz erfindungsgemäß zwei Varianten:
- 1. Die Phasendifferenz gilt global, d. h. es wird dieselbe Phasendifferenz für alle MR-Rohdaten (für alle K-Raum-Punkte) eingesetzt.
- 2. Es wird individuell jeweils eine Phasendifferenz für jeden K-Raum-Punkt eingesetzt und bestimmt. Diese zweite Variante umfasst auch Subvarianten. Z. B. kann dieselbe Phasendifferenz für alle K-Raum-Punkte derselben K-Raum-Zeile oder K-Raum-Spalte eingesetzt werden. Oder es wird dieselbe Phasendifferenz für diejenigen K-Raum-Punkte eingesetzt, welche eine vorbestimmte Nachbarschaftsbeziehung im K-Raum aufweisen.
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Anders ausgedrückt muss bei der ersten Variante nur ein Parameter, nämlich die global eingesetzte Phasendifferenz, bestimmt werden. Dagegen muss bei der zweiten Variante für jeden oder für mehrere K-Raum-Punkte (welche eine bestimmte Nachbarschaftsbeziehung im K-Raum aufweisen) eine eigene Phasendifferenz bestimmt werden. Bei der zweiten Variante wird insbesondere eine Glättung eingesetzt, mit welcher gewährleistet wird, dass der Unterschied zwischen den Phasendifferenzen von zwei benachbarten K-Raum-Punkten nicht größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Vergleich der MR-Bilddaten mit den Bilddaten untersucht, wie die MR-Bilddaten mit einer nichtrigiden Registrierung in die Bilddaten überführbar sind, was sowohl für das zuerst beschriebene als auch für das erfindungsgemäße Verfahren gilt. Dabei wird unter einer rigiden Registrierung eine Registrierung verstanden, bei welcher für jeden Bildpunkt des MR-Bildes derselbe Verschiebungsvektor (also nur ein Verschiebungsvektor) für alle Bildpunkte bestimmt wird. Dagegen weist bei der nichtrigiden oder elastischen Registrierung jeder Bildpunkt des MR-Bildes seinen eigenen Verschiebungsvektor auf, mit welchem der entsprechende Bildpunkt derart verschoben wird, dass das MR-Bild bestmöglich mit dem Bild, welches von dem abbildungstreuen tomographischen Verfahren erstellt worden ist, übereinstimmt.
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Als abbildungstreues tomographisches Verfahren können diejenigen Verfahren eingesetzt werden, bei welchen eine Strahlung erfasst wird. Dabei unterscheidet man zwischen Verfahren, bei welchen diese Strahlung außerhalb des abzubildenden Volumenabschnitts erzeugt wird, wie zum Beispiel Röntgenverfahren, und Verfahren, bei welchen die zu erfassende Strahlung innerhalb des abzubildenden Volumenabschnitts selbst (z. B. durch Injektion von radioaktiven Tracern) erzeugt wird, was als Emissionscomputertomographie bekannt ist und beispielsweise PET (”Positronen-Emissions-Tomographie”) und SPECT (”Single Photon Emission Computed Tomography”) umfasst.
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Sowohl bei dem zuerst beschriebenen als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die MR-Bilddaten und die Bilddaten vorteilhafterweise gleichzeitig erfasst.
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Die gleichzeitige Erfassung der MR-Bilddaten und der Bilddaten ist zum einen möglich, da die Magnetresonanzanlage unabhängig von dem abbildungstreuen tomographischen Verfahren ist. Zum anderen weist die gleichzeitige Erfassung der MR-Bilddaten und der Bilddaten den Vorteil auf, dass keine Unterschiede zwischen den MR-Bilddaten und den Bilddaten aufgrund von Objektbewegungen existieren, welche bei unterschiedlichen Zeitpunkten für die Erstellung der MR-Bilddaten und der Bilddaten auftreten können.
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Der Vergleich der MR-Bilddaten und der Bilddaten kann mittels anatomischer Merkmale des Untersuchungsobjekts (beispielsweise nach einer Tracerinjektion) erfolgen, wobei diese anatomischen Merkmale sowohl in den MR-Bilddaten wie auch in den Bilddaten des abbildungstreuen tomographischen Verfahrens sichtbar sein müssen (z. B. jeweils im Gesichtsfeld (”Field of View”) vorhanden sein müssen). Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Vergleich mittels Markern (beispielsweise mit einem Tracer gefüllte Kugeln, welche auch in den MR-Bildern sichtbar sind) vorzunehmen, wobei auch in diesem Fall die Marker in dem Gesichtsfeld beider Verfahren (MR-Verfahren und abbildungstreues tomographisches Verfahren) vorhanden sein müssen.
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Bei einer kombinierten MR-/ET-Einrichtung werden MR-Bilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts erfasst. Dabei umfasst die MR/ET-Einrichtung eine Steuereinheit, um einen Emissions-Detektor der MR-Einrichtung und eine Magnetresonanzanlage der MR-Einrichtung anzusteuern, und eine Bildrecheneinheit, um von dem Emission-Detektor erfasste Rohdaten des vorbestimmten Volumenabschnitts und von der Magnetresonanzanlage aufgenommene MR-Rohdaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu empfangen sowie die MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten und Bilddaten aus den Rohdaten zu erstellen. Der Emissions-Detektor ist dabei zur Erfassung von abbildungstreuen tomographischen Rohdaten ausgestaltet. Die MR/ET-Einrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie die MR-Bilddaten mit den Bilddaten vergleicht und die MR-Bilddaten abhängig von den Ergebnissen dieses Vergleichs derart korrigiert, dass die MR-Bilddaten bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine kombinierte MR-/ET-Einrichtung bereitgestellt, um MR-Bilddaten eines vorbestimmten Volumenabschnitts eines Untersuchungsobjekts zu erfassen. Dabei umfasst die MR/ET-Einrichtung eine Steuereinheit, um einen Emissions-Detektor der MR/ET-Einrichtung und eine Magnetresonanzanlage der MR/ET-Einrichtung anzusteuern, und eine Bildrecheneinheit, um von dem Emissions-Detektor erfasste Rohdaten des vorbestimmten Volumenabschnitts und von der Magnetresonanzanlage aufgenommene MR-Rohdaten des vorbestimmten Volumenabschnitts zu empfangen sowie die MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten abhängig von Parametern und Bilddaten aus den Rohdaten zu erstellen. Der Emissions-Detektor ist dabei zur Erfassung von abbildungstreuen tomographischen Rohdaten ausgestaltet. Die MR-/ET-Einrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie die Parameter in Abhängigkeit von Ergebnissen eines Vergleichs zwischen den MR-Bilddaten und den Bilddaten derart einstellt oder ändert, dass nach einer erneuten Erstellung der MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten (mit Hilfe der geänderten Parameter) die neu erstellten MR-Bilddaten bestmöglich mit den Bilddaten übereinstimmen.
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Erfindungsgemäß wird dabei unter einer kombinierten MR/ET-Einrichtung eine Einrichtung verstanden, welche eine Kombination aus einem Magnetresonanztomographen und einem Emissionscomputertomographen (z. B. einem Positronen-Emissions-Tomographen) oder einem Röntgensystem umfasst. Mit anderen Worten wird unter einer kombinierten MR/ET-Einrichtung eine Einrichtung verstanden, welche neben einem Magnetresonanztomographen eine Anlage umfasst, die ein abbildungstreues tomographisches Verfahren (siehe oben) durchführen kann. Eine solche Anlage kann demnach auch eine Anlage sein, welche die Strahlung, mit welcher der Volumenabschnitt durchstrahlt und abgebildet wird, selbst erzeugt, wie dies z. B. bei einem Röntgensystem der Fall ist.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen kombinierten MR-/ET-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.
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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-/ET-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-/ET-Einrichtung läuft. Dabei benötigt das Computerprogrammprodukt eventuell Programmmittel, z. B. Bibliotheken und Hilfsfunktionen, um die entsprechenden Ausführungsformen des Verfahrens 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.
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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-/ET-Einrichtung gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
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Zusammenfassend besteht die erfinderische Idee darin, die Geometrieinformation einer geometrisch korrekt abbildenden Modalität (z. B. PET) für die Korrektur von MR-Bilddaten einzusetzen, was durch die exakte räumliche Zuordnung zwischen den Modalitäten (z. B. PET und MR), da beide denselben Volumenabschnitt abbilden, möglich ist. Die Korrektur der MR-Bilddaten kann dabei bildbasiert oder Rohdaten-basiert erfolgen. Die bildbasierte Korrektur kann zum einen über eine retrospektive Registrierung des MR-Bildes mit dem PET-Bild erfolgen, wobei das PET-Bild als abbildungstreue Referenz für eine insbesondere nichtrigide Registrierung auf das MR-Bild verwendet wird. Zum anderen kann die bildbasierte Korrektur durch eine Adaption der Verzeichniskorrektur mithilfe der aus dem PET-Bild gewonnenen geometrischen Informationen realisiert werden. Bei der Rohdaten-basierten Korrektur können die aus dem PET-Bild gewonnenen geometrischen Informationen während der MR-Rekonstruktion oder zur Korrektur der MR-Rohdaten (beispielsweise in Form einer Phasenkorrektur) eingesetzt werden.
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Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise für Korrelationsstudien (Kombination von fMRI (funktionale MR-Bildgebung) und dynamischer PET), zur Radio-Therapieplanung, zur Operationsplanung oder auch zur MR-unterstützten Biopsie geeignet. Darüber hinaus kann mit der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit von MR-Bildern verbessert werden, so dass z. B. auch eine exakte volumetrische Auswertung anhand der erfindungsgemäß erstellten MR-Bilder durchgeführt werden kann. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese bevorzugten Anwendungsbereiche eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung beispielsweise auch allgemein zur Verbesserung der geometrischen Genauigkeit von MR-Bildern eingesetzt werden kann, wodurch sich eine verbesserte Ortstreue der MR-Bilder ergibt.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.
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In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße kombinierte MR-/PET-Einrichtung dargestellt.
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2 stellt ein Flussablaufdiagramm eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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3 stellt ein Flussablaufdiagramm eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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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.
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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.
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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 O 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.
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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 (wobei z. B. Korrekturparameter eingesetzt werden können) 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 (wobei ebenfalls Korrekturparameter eingesetzt werden können) 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.
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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.
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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 verglichen, um entsprechende Ergebnisse dieses Vergleichs zu erstellen und das MR-Bild an das PET-Bild anzupassen.
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Die Auswahl entsprechender Steuerprogramme zur Erzeugung der MR-Bilder sowie PET-Bilder, zum Vergleich und zur Korrektur der MR-Bilder oder der oben erwähnten Korrekturparameter, welche z. B. auf einer DVD 21 gespeichert sind, sowie die Darstellung der erzeugten MR-Bilder erfolgt über ein Terminal 13, welches eine Tastatur 15, eine Maus 16 und einen Bildschirm 14 umfasst.
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2 stellt einen Flussablaufplan eines ersten erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
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Während im ersten Schritt S1 die MR-Bilddaten erfasst werden, werden gleichzeitig im zweiten Schritt S2 PET-Bilddaten mit einem PET-Detektor erfasst. Im folgenden Schritt S3 werden die MR-Bilddaten mit den PET-Bilddaten verglichen. Dieser Vergleich umfasst das Ermitteln einer Transformation, mittels welcher die MR-Bilddaten in die PET-Bilddaten überführt werden können. Dieser Vergleich kann allerdings auch eine Adaption einer Verzeichniskorrektur (ausgehend von den geometrischen Informationen der PET-Bilddaten) umfassen, wobei die MR-Bilddaten mit Hilfe der Verzeichniskorrektur entsprechend korrigiert werden können, um hinsichtlich der geometrischen Genauigkeit den PET-Bilddaten zu entsprechen.
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Im letzten Schritt S4 werden die MR-Bilddaten abhängig von den Ergebnissen des Vergleichs derart korrigiert, dass die MR-Bilddaten bestmöglich mit den PET-Bilddaten übereinstimmen. Dazu kann beispielsweise die oben erwähnte Transformation oder die oben erwähnte Verzeichniskorrektur auf die ursprünglichen MR-Bilddaten angewendet werden.
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Die Schritte S3 und S4 in 2 können auch durch eine Registrierung der MR-Bilddaten mit den PET-Bilddaten ersetzt werden. Dabei wird das PET-Bild als abbildungstreue Referenz für eine insbesondere nichtrigide Registrierung des MR-Bildes verwendet.
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In 3 ist ein Flussablaufplan eines zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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Im ersten Schritt S11 werden mittels der Magnetresonanzanlage MR-Rohdaten erfasst während gleichzeitig im Schritt S12 PET-Bilddaten mittels des PET-Detektors erfasst werden. Im Schritt S13 wird die Phase der MR-Rohdaten korrigiert, bevor die MR-Bilddaten aus den MR-Rohdaten rekonstruiert werden.
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Im folgenden Schritt S14 werden die MR-Bilddaten mit den PET-Bilddaten verglichen. Dies kann beispielsweise mittels einer Funktion realisiert werden, welche als Eingabe die MR-Bilddaten und die PET-Bilddaten aufweist und als Ausgabe ein Ähnlichkeitsmaß ausgibt. Wenn im folgenden Schritt S15 die MR-Bilddaten und die PET-Bilddaten nicht gut genug übereinstimmen (das Ähnlichkeitsmaß also unter einem Schwellenwert liegt), verzweigt das zweite Verfahren zum Schritt S17.
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In diesem Schritt S17 werden abhängig von dem Vergleich der MR-Bilddaten mit den PET-Bilddaten im Schritt S14 die Einstellungen der Phasenkorrektur derart verändert, dass in der nächsten Programmschleife (Durchlaufen der Schritte S13 bis S15) bessere Ergebnisse bezüglich der Übereinstimmung der MR-Bilddaten und der PET-Bilddaten zu erwarten sind. Wenn die Phasenkorrektur im Schritt S13 beispielsweise durch eine Addition einer global geltenden Phasendifferenz erfolgt, wird diese Phasendifferenz im Schritt S17 entsprechend geändert.
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Wenn im folgenden Durchlauf die MR-Bilddaten gut genug mit den PET-Bilddaten übereinstimmen (siehe Schritt S15), verzweigt das zweite Verfahren zum Schritt S16, in welchem weitere MR-Rohdaten erfasst und mittels der nun optimalen Phasenkorrektur zu MR-Bilddaten rekonstruiert werden.
