DE102012214012A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung zumindest eines strahlungsschwächenden Implantats für eine medizinische MR-PET-Bildgebung - Google Patents
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren weist hierbei folgende Schritte auf: a) Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats durch Abweichung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals von einem vorgegebenen Schwellwert, b) Ermittlung eines geeigneten Schwächungskoeffizienten und c) Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung zur korrekten PET-Darstellung eines das Implantat umfassenden Zielobjektes. Dabei kann der Schwächungkoeffizient abhängig vom Material des Implantats ermittelt werden.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Identifizierung zumindest eines strahlungsschwächenden Implantats für eine medizinische MR-PET-Bildgebung.
- Bei kombinierten MR-PET-Systemen (MR = Magnetresonanz; PET = Positronen-Emissionstomograph) werden die Schwächungskorrekturdaten (die sog. Μ-MAP) zur Korrektur der PET-Daten mittels MR erzeugt. Da bei MR, anders als bei CT (Computertomographen), kein direkter Zusammenhang zwischen Signal und PET-Schwächung besteht, müssen diese Daten indirekt erzeugt werden. Zur Errechnung der μ-MAP aus den MR-Daten sind folgende Verfahren denkbar:
- – Segmentierung: Im MR-Bild werden verschiedene Kompartimente segmentiert (z.B. Weichteile, Luft, Fett oder Knochen). Diesen werden Schwächungswerte zugewiesen. Dabei sind Verfahren mit einer unterschiedlichen Zahl von Kompartimenten (z.B. 2–4) bekannt.
- – Atlas-, bzw. registrierungsbasierte Verfahren: ein Atlas mit einer vordefinierten Schwächungskarte wird mit den MR-Bildern (elastisch oder rigide) registriert. Das Ergebnis ist die sogenannte Schwächungskarte, die beispielsweise aus
DE 10 2004 043 889 bekannt ist. - Durch Bildgebung mit ultrakurzen Echozeiten (UTE = Ultrashort Echo Time) können Gewebe mit kurzem Signalzerfall (gebundenen Protonen, wie z.B. Knochen sichtbar gemacht und bei der Schwächung berücksichtigt werden). Ein solches Vorgehen ist aus der
DE 10 2007 013 564 bekannt. - – Für Gerätebauteile und Zubehör (z.B. Empfangsspulen) werden Datenbanken mit Schwächungswerten verwendet. Wenn das Bauteil nicht ortsfest ist, sollte zusätzlich die Position bestimmt werden, entweder aus dem MR-Bild oder über entsprechende Sensoren. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in
DE 10 2007 044 874 beschrieben. - Die obengenannten Methoden sind gut geeignet, die Anatomie des Patienten und Zubehör beispielsweise Bestandteile des bildgebenden Systems zu korrigieren. Sie versagen jedoch bei Implantaten, welche sich innerhalb des Patienten befinden. Hierbei sind insbesondere die Hüftprothesen (Endoprothesen) problematisch, bei denen ein Teil des Oberschenkels und des Beckenknochens durch eine Prothese ersetzt werden. Da diese aus Metall mit hoher Strahlendichte sind (z.B. Titan, Edelstahl oder Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierungen) und relativ groß sind, bewirken sie eine starke Strahlenschwächung und damit eine deutliche Verfälschung der PET-Signale, wenn diese Schwächung nicht berücksichtig wird. Hüftprothesen werden zudem oft beidseits eingesetzt, wobei das Problem noch mehr verstärkt wird. Damit ist speziell bei MR-PET-Untersuchungen des kleinen Beckens (z.B. bei Prostata oder Rektrum-Karzinom, Frage nach Befall von Beckenlymphknoten) Verfälschungen des Ergebnisses möglich.
- Auf Grund des demographischen Faktors wird die Anzahl der implantierten Prothesen kontinuierlich zunehmen und da sogar schon jüngere Patienten implantierte Prothesen erhalten, so wird sich das Problem der obengenannten Verfälschung verstärken. Für andere Implantate (Schulter, Knieprothesen, Herzschrittmacher etc.) gilt im Prinzip dasselbe, allerdings sind diese aufgrund ihrer Lage (z.B. im Knie) oder ihrer geringen Schwächung (z.B. Schrittmacher) weniger problematisch.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, für die medizinische MR-PET-Bildgebung eine verbesserte Identifizierung von Implantaten zu gestalten.
- Die Erfindung wird mit dem Verfahren bzw. der Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
- Gegenstand der Erfindung ist die Identifizierung von strahlenschwächenden Implantaten im Körper eines Patienten sowie die Bestimmung der Form und Lage des Implantates mit MR-Verfahren und deren Berücksichtigung für die Schwächungskorrektur der PET-Bilddaten. Damit wird eine bessere und genauere PET-Bildgebung mit einem MR-PET-System erzielt, speziell bei Läsionen im kleinen Becken und ein oder beidseitigen Hüftprothesen.
- Das hierzu ausgebildete erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung mindestens eines strahlungsschwächenden Implantats für eine medizinische MR-PET-Bildgebung umfasst folgende Schritte:
- a) Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats durch Abweichung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals von einem vorgegebenen Schwellwert,
- b) Ermittlung eines geeigneten Schwächungskoeffizienten und
- c) Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung zur korrekten PET-Darstellung eines das Implantat umfassenden Zielobjekts.
- Vorzugsweise kann der Schwächungskoeffizient abhängig vom Material des Implantats ermittelt werden. Zudem ist es möglich, dass ein PET-geeigneter Durchschnittswert des Schwächungskoeffizienten angenommen wird.
- Günstig ist es, eine Datenbank, in der die Schwächungskoeffizienten zu einer bestimmten Art von Implantaten zugeordnet ist, vorhanden ist, aus der der jeweilige Schwächungskoeffizient abgerufen werden kann, mit Hilfe der im obigen Schritt ermittelten Form des Implantats.
- Auch kann das Material des Implantats benutzerseitig manuell eingegeben werden. Der dazugehörige Schwächungskoeffizient kann ggf. wieder aus einer oder derselben Datenbank abgerufen werden. Desweiteren ist denkbar, dass der Schwächungskoeffizient mit Hilfe von MR-Daten, anhand derer auf die magnetischen Eigenschaften des Implantats rückgeschlossen werden kann, ermittelt werden kann.
- In vorteilhafter Weise kann zur Ermittlung des Schwächungskoeffizienten das Ausmaß der Suszeptibilitätsartefakte der MR-Daten herangezogen werden.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zur Identifizierung zumindest eines solchen strahlungsschwächenden Implantats vor, das jeweils entsprechend zu den obengenannten Verfahren Mittel zur Segmentierung bzw. Mittel zur Ermittlung des geeigneten Schwächungskoeffizienten und Mittel zur Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung vorsieht.
- Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. In der Zeichnung zeigen:
-
1 die schematische Darstellung eines kombinierten Positronen-Emissions-Tomographie-und Magnetresonanz-Tomographie-Gerätes, -
2 eine MR-Bilddarstellung eines Untersuchungsobjektes, - Die
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Vorgehens. - Ein kombiniertes MRT/PET-Gerät setzt sich aus einem MRT-Gerät und einem PET-Gerät mit einem integrierten PET-Geräteteil zusammen.
- Der Übersichtlichkeit halber sind die in einem MRT-Gerät obligatorischen Spulen, die ein magnetisches Grundfeld in einem Untersuchungsraum erzeugen, nicht dargestellt. Zur Erzeugung unabhängiger, zueinander senkrechter Magnetfeldgradienten der Richtungen x, y, z gemäß einem Koordinatenkreuz umfasst ein MRT-Gerät ein Gradientenspulensystem G, welches hier nur vereinfacht, schematisch dargestellt ist. Dem MRT-Gerät zugeordnet ist zudem ein MR-Magnet MR-M und eine Hochfrequenzantenneneinrichtung bzw. MR-Sende-/Empfangsantennen A zur Erzeugung von Anregungsimpulsen in dem Untersuchungsraum und/oder zum Empfang von Magnetresonanzsignalen vom Untersuchungsobjekt U bzw. Patienten aus dem Untersuchungsraum. Das PET-Geräteteil umfasst in diesem Ausführungsbeispiel vier Gammastrahlendetektoren D, mit welchen die vom Untersuchungsobjekt emittierte PET-Strahlung erfasst und mit Hilfe von den Gammastrahlendetektoren D zugeordneten Elektronikeinheiten ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt werden kann. Die elektrischen PET-PET-S und MR-Signale MR-S gelangen zu einer über eine Signalleitung bzw. Funkverbindung zu einer mit dem MR-PET-Gerät verbundenen Bildrechner B. Die mit dem Bildrechner gewonnenen PET- und MRT-Schnittbilder werden einem Prozessrechner, der vorzugsweise eine Bildschirmausgabe aufweist, übermittelt, mittels welchem die Schnittbilder rechnerisch überlagert werden und als kombiniertes PET-MRT-Bild ausgegeben werden können.
- Die linke Abbildung der
2 zeigt beispielhaft eine MR-Bilddarstellung eines Untersuchungsobjektes, im Ausführungsbeispiel eine Hüftprotese. Eine Signalauslöschung (d.h. die Schwächung des MR-Signals weicht zu sehr von einem Schwellwert ab) innerhalb der metallischen Protese ermöglicht eine Segmentierung der Protese. Die rechte Abbildung der2 zeigt schematisch allein die Hüftprotese, wobei die Protese in die µ-Map mit einem angenommenen Schwächungswert eingetragen wird. - Denkbar ist eine Vorrichtung, insbesondere ein solcher Bildrechner B, das die nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann und entsprechende Mittel zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens aufweist. Dieser Bildrechner kann – wie in
1 angedeutet – an das MR-PET-Gerät angeschlossen bzw. in dieses integriert sein. - Die
3 zeigt die Schritte a bis c des erfindungsgemäßen Vorgehens: - a: Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats durch Abweichung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals von einem vorgegebenen Schwellwert. Es kann die Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats auch durch eine Schwellwertüberschreitung bzw. -unterschreitung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals erfolgen, abhängig davon, auf welche Weise der Schwellwert vorgegeben bzw. festgelegt worden ist.
- b: Ermittlung eines geeigneten Schwächungskoeffizienten und
- c: Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung zur korrekten PET-Darstellung eines das Implantat umfassenden Zielobjektes.
- Erfindungsgemäß wird die Prothese bzw. das Implantat im MR-Bild identifiziert und ihre Schwächungswerte bzw. -Koeffizienten in der Schwächungskorrektur (μ-MAP) berücksichtigt.
- Grundsätzlich lassen sich metallische Implantate im MR-Datensatz über die resultierenden Artefakte auffinden, z.B. ist in der
DE 10 2009 033 606 ein Verfahren beschrieben, um über die entstehenden Suszeptibilitätsartefakte einen metallischen Körper zu identifizieren und sogar zu quantifizieren. - Bei der Abbildung der äußeren Form eines Implantats verzehren, die die Artefakte das Bild meist derart, dass die Form nicht mehr erkennbar ist. Hier kann Abhilfe geschaffen werden, indem spezielle Sequenzen verwendet werden, die derartige Störungen kompensieren. Solche Sequenzen sind z.B. in der
DE 10 2010 062 290 beschrieben. - Es wird also zunächst das Vorhandensein einer Prothese bzw. eines Implantats über entsprechende MR (z.B. wie oben beschrieben) festgestellt und durch ein geeignetes Verfahren ein Bilddatensatz der Prothese bzw. des Implantats erstellt, der die Form und Lage des Implantats darstellt. Die Prothese selbst lässt sich im Bilddatensatz sehr einfach durch Schwellwertbildung segmentieren, da das MR-Signal innerhalb des Materials praktisch den Wert Null annimmt.
- Um das Implantat in der μ-MAP korrekt abzubilden, sollte noch ein Schwächungskoeffizient zugeordnet werden, der Materialspezifisch ist. Dazu gibt es folgende Möglichkeiten:
- – Es kann ein durchschnittlicher Schwächungskoeffizient abhängig vom tatsächlichen Material bzw. Werkstoff angenommen werden.
- – Es kann anhand der Form der Prothese bzw. des Implantats aus einer Datenbank die Art bzw. der Typ des Implantats identifiziert werden.
- – Es kann der Benutzer aufgefordert werden, das Implantatsmaterial manuell in das System einzugeben. Dieses ist meist in den Unterlagen des Implantats bzw. der Prothese (Prothesenpass) vermerkt.
- - Es kann anhand von MR-Daten (Ausmaß der Suszeptibilitätsartefakte) auf die magnetischen Eigenschaften und damit das Material der Prothese rückgeschossen werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007013564 [0003]
- DE 102007044874 [0003]
- DE 102009033606 [0025]
- DE 102010062290 [0026]
Claims (10)
- Verfahren zur Identifizierung zumindest eines strahlungsschwächenden Implantats für eine medizinische MR-PET-Bildgebung, aufweisend folgende Schritte: a) Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats durch Abweichung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals von einem vorgegebenen Schwellwert, b) Ermittlung eines geeigneten Schwächungskoeffizienten und c) Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung zur korrekten PET-Darstellung eines das Implantat umfassenden Zielobjektes.
- Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwächungkoeffizient abhängig vom Material des Implantats ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein PET-geeigneter Durchschnittswert des Schwächungkoeffizenten angenommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schwächungskoeffizent durch eine in Schritt a) ermittelten Form des Implantats und Abruf des Schwächungskoeffizenten des Implanats anhand der ermittelten Form aus einer zur Verfügung stehenden Implantatsdatenbank bestimmt wird, die eine Zuordnung von Schwächungskoeffizienten zu bestimmten Formen von Implantaten vorsieht.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schwächungkoeffizent durch eine benutzerseitige manuelle Eingabe des Implantatsmaterials bestimmt werden kann.
- Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung des Schwächungskoeffizienten zum manuell eingegebenen Implantatsmatierial mit Hilfe der in Anspruch 4 zur Verfügung gestellten Datenbank erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schwächungkoeffizent mit Hilfe von MR-Daten, anhand derer auf die magnetischen Eigenschaften des Implanats rückgeschlossen werden kann, ermittelt wird.
- Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass bei den MR-Daten das Ausmaß der Suszeptibilätsartefakte zur Ermittlung des Schwächungskoeffizienten herangezogen werden.
- Vorrichtung zur Identifizierung zumindest eines strahlungsschwächenden Implantats für eine medizinische MR-PET-Bildgebung, aufweisend: a) Mittel zur Segmentierung eines in einem Zielobjekt vorhandenen Implantats durch Abweichung der durch das Implantat hervorgerufenen Schwächung des MR-Signals von einem vorgegebenen Schwellwert, b) Mittel zur Ermittlung eines geeigneten Schwächungskoeffizienten und c) Mittel zur Berücksichtigung dieses Schwächungskoeffizienten bei der PET-Bildgebung zur korrekten PET-Darstellung eines das Implantat umfassenden Zielobjektes.
- Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwächungkoeffizient abhängig vom Material des Implantats ermittelbar ist.
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