DE102013201701A1

DE102013201701A1 - Verfahren zum Erstellen einer Schwächungskorrektur für ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät

Info

Publication number: DE102013201701A1
Application number: DE102013201701.4A
Authority: DE
Inventors: Bassim AKLAN; Matthias Fenchel; Annemarie HAUSOTTE; René KARTMANN; Ralf Ladebeck; Daniel Paulus; Harald H. QUICK
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU; Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-07
Also published as: US20140221817A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium zur Erstellung einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät. Im Rahmen der Erfassung von Hardwarekomponenten des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts und der Bestimmung der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten relativ zu einer Patientenliege wird die globale Schwächungskarte in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten generiert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Schwächungskorrektur für ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät, ein entsprechendes Computerprogrammprodukt, das die Ausführung eines derartigen Verfahrens ermöglicht, einen elektronisch lesbaren Datenträger, sowie kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät hierfür.
Bildgebende Verfahren zur Darstellung von Untersuchungsobjekten, insbesondere zur Bestimmung von Materialeigenschaften, der Materialanordnung und Ausdehnung oder Ähnlichem sind insbesondere in ihrer medizinischen Anwendung weit verbreitet.
Die Bilddaten verschiedener bekannter medizinischer Untersuchungseinrichtungen erlauben unterschiedliche Rückschlüsse. Während röntgenbasierte Bilddaten Aussagen über den Abschwächungskoeffizienten des abgebildeten Untersuchungsobjekts erlauben, können mittels der Magnetresonanztomographie Erkenntnisse über die Protonendichte bzw. die Dichte der jeweils angeregten Kerne, Relaxationsparameter und andere Größen gewonnen werden. Die Positronen-Emissions-Tomographie ermöglicht dagegen eine funktionelle Bildgebung, ohne die Ortsauflösung beispielsweise der Magnetresonanztomographie zu erreichen. Es besteht daher ein Bedarf an kombinierten medizinischen Untersuchungseinrichtungen, die die Aufnahme von Bilddaten mehrerer Untersuchungseinrichtungen erlauben, um letzten Endes fusionierte Bilddaten zu erlangen. Aus diesen fusionierten Bilddaten lassen sich dann insbesondere zur Diagnose bessere Informationen ableiten als bei Betrachtung lediglich singulärer Bilddaten, also Bilddaten einer einzigen Untersuchungseinrichtung.
Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein verbreitetes Verfahren zur funktionellen Bildgebung. Bei einer Untersuchung wird einer Untersuchungsperson eine schwach radioaktive Substanz verabreicht, deren Verteilung im Organismus mittels PET sichtbar gemacht wird. Dadurch können biochemische und physiologische Funktionen des Organismus abgebildet werden. Als Radiopharmaka werden dabei Moleküle verwendet, die mit einem Radionuklid markiert sind, das Positronen emittiert. Die bei der Zerstrahlung des Positrons mit einem Elektron im Körper der untersuchten Person entstehenden hochenergetischen Photonen, die mit einem Winkel von 180° zueinander emittiert werden, werden mit einer Vielzahl an ringförmig um die Untersuchungsperson angeordneten Detektoren erfasst. Es werden jeweils nur koinzidente Ereignisse ausgewertet, die mit zwei gegenüberliegenden Detektoren aufgezeichnet wurden. Aus den registrierten koinzidenten Zerfallsereignissen wird auf die räumliche Verteilung des Radiopharmakons im Körperinneren geschlossen und eine Serie von Schnittbildern errechnet. Die Bildrekonstruktion kann dabei mit einer gefilterten Rückprojektion oder einem Iterationsverfahren erfolgen, wobei die räumliche Auflösung in der Regel hinter der Auflösung herkömmlicher Computertomographie(CT)- oder Magnetresonanztomographie(MRT)-Systeme zurückbleibt.
Beim Durchlaufen von Materie können die bei der Zerstrahlung entstandenen Photonen absorbiert werden, wobei die Absorptionswahrscheinlichkeit von der Pfadlänge durch die Materie und dem entsprechenden Absorptionskoeffizienten der Materie abhängt. Dementsprechend ist in der PET eine Korrektur der Signale bezüglich der Abschwächung durch Komponenten, die sich im Strahlengang befinden, notwendig. Insbesondere ist eine solche Korrektur dann vorzunehmen, wenn eine quantitative Analyse der Daten durchgeführt werden soll, zum Beispiel zur Quantifizierung von Anreicherungen der markierten Substanz (d. h. des Radiopharmakons) in Bereichen der Untersuchungsperson. Auch bei der Bildrekonstruktion führt ein Außerachtlassen der Absorption der Strahlung zum Auftreten von Artefakten, da die gemessene Aktivitätsverteilung ohne Absorptionskorrektur nicht mit der tatsächlichen Verteilung übereinstimmt. Die Korrektur der Abschwächung der Strahlung erfordert die Kenntnis der Lage der abschwächenden Strukturen, die bei der Rekonstruktion von PET-Bilddaten mittels einer Schwächungskorrektur-Karte (μ-Map) berücksichtigt werden.
Eine Schwächungskorrektur-Karte kann mit einem kombinierten PET/CT-System bestimmt werden. Die Korrekturkarten können dabei aus den Hounsfield-Werten der CT-Daten berechnet werden. Dieses Vorgehen wird dadurch ermöglicht, dass die Röntgenstrahlung der CT eine ähnliche Abschwächung beim Durchlaufen der Untersuchungsperson erfährt wie die hochenergetischen Photonen bei der Aufnahme der PET-Signale. Weiterhin lässt sich mit derartigen Systemen die hohe Ortsauflösung der CT mit der funktionellen Bildgebung der PET kombinieren.
CT-Geräte weisen jedoch die Nachteile auf, dass schädigende Röntgenstrahlung zum Einsatz kommt und dass ohne Kontrastmittel nur ein geringer Weichteilkontrast erzielt werden kann. Insbesondere bei der funktionellen Bildgebung des Gehirns ist jedoch ein hoher Weichteilkontrast wünschenswert.
Eine hohe Ortsauflösung mit gleichzeitig hohem Weichteilkontrast sowie eine funktionelle Bildgebung können mit einer Kombination aus PET und Magnetresonanztomographie (MRT) erzielt werden. Mit einer solchen Anlage können gleichzeitig hochauflösende Bilder von z. B. der Hirnstruktur geliefert und funktionelle Aktivitäten im Gehirn abgebildet werden. Mit MRT lassen sich verschiedene Gewebetypen unterscheiden, während PET physiologische und biochemische Aktivitäten sichtbar macht. Jedoch ist es problematisch, aus MRT-Bilddaten Schwächungskoeffizienten für die hochenergetischen Photonen der PET-Bildgebung abzuleiten, d. h. die Schwächungskorrektur-Karte zu bestimmen. Weiterhin verlangt die Aufnahme von MRT-Bilddaten eine erheblich längere Akquisitionsdauer als die Erstellung von Computertomographien.
Zur Berücksichtigung der Schwächung der emittierten Photonen durch den Körper sind darüber hinaus jegliche Abweichungen der MRT-Bildgebung von der wahren Geometrie störend. Dabei stellen insbesondere die Bereiche ein Problem dar, die zwar im PET-Strahlengang liegen, von der MRT jedoch nicht oder nicht an der richtigen Stelle abgebildet werden. Dies gilt gleichwohl für das Gewebe des Patienten, als auch für bei der Untersuchung eingesetzte Hardwarekomponenten wie Patientenliege, Lagerungshilfen, Polster, Körperspulen und andere. Es ist deshalb wünschenswert, für eine korrekte Schwächungskorrektur zu sorgen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schwächungskorrektur für ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Diese Aufgabe wird ferner durch ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät nach Anspruch 11, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13, sowie durch ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Nachstehend wird die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe in Bezug auf das beanspruchte Verfahren beschrieben. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können die gegenständlichen Ansprüche, die beispielsweise auf ein Gerät gerichtet sind, auch mit den Merkmalen, die in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben oder beansprucht sind, weitergebildet sein. Die entsprechenden funktionalen Merkmale des Verfahrens werden dabei durch entsprechende gegenständliche Module, insbesondere durch Hardware-Module, ausgebildet.
Die Erfindung nutzt die bestimmten Positionen der bei einer Aufnahme mit einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät eingesetzten Hardwarekomponenten, um eine Schwächungskarte dieser Komponenten zu erzeugen.
Dabei wird ein Verfahren bereitgestellt, das eine zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzte globale Schwächungskarte in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät erzeugt und folgende Schritte umfasst:

– Erfassen von Hardwarekomponenten des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts, die bei der Erstellung der gewünschten Bilddatensätze verwendet werden mittels einer Erfassungseinheit,
– Bestimmung der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten relativ zu einer Patientenliege des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts mittels der Erfassungseinheit und
– Generieren der globalen Schwächungskarte in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten mittels einer Generatoreinheit.

Die auf diese erfindungsgemäße Weise erzeugte alleinige globale Schwächungskarte vereinfacht den Prozess der Erstellung derartiger Schwächungskarten, da sie für alle möglichen Kombinationen von Hardwarekomponenten, wie etwa EKG(Elektrokardiogramm)-Messgeräte, Patientenliege, Arm- und Beinauflagen, Körperspulen, Lagerungshilfen, Polster und andere, einfach und schnell zu generieren sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Erfassungseinheit und/oder die Generatoreinheit in das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät integriert, was zu einer Kompaktheit des Geräts beiträgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden für das Generieren der globalen Schwächungskarte mittels der Generatoreinheit lokale Schwächungskarten der erfassten Hardwarekomponenten verwendet. Dadurch verkürzt sich die Erstellung der globalen Schwächungskarte und somit die gesamte Messzeit.
In einer weiteren Ausgestaltungsform werden die lokalen Schwächungskarten für die erfassten Hardwarekomponenten mittels vorangehender bildgebender Verfahren bestimmt.
In einer weiteren Ausgestaltungsform werden die lokalen Schwächungskarten für die erfassten Hardwarekomponenten durch eine an die Erfassungseinheit angebundene Datenbank bereitgestellt. Ein derartiges Vorhalten lokaler Schwächungskarten beschleunigt ferner den Gesamtprozess. Zudem können die Schwächungskarten für alle möglichen Kombinationen aus Hardwarekomponenten zuverlässig bereitgestellt werden, ohne die Schwächungskarten der jeweiligen Einzelkomponenten vorher erneut zu generieren.
Eine erfindungsgemäße Ausführung beinhaltet die Kontrolle der erfassten Hardwarekomponenten und die Positionen der Hardwarekomponenten vor dem Generieren der globalen Schwächungskarte durch einen Benutzer. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die im System vorgesehene Position der Hardwarekomponenten mit der tatsächlichen Position der Hardwarekomponenten übereinstimmt.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung beinhaltet, dass die erfassten Hardwarekomponenten mit einem RFID-Transponder (radio-frequency identification-Transponder) versehen werden. Dadurch können Informationen über die Hardwarekomponenten in dem Transponder gespeichert werden und manuelle Fehlerquellen bei einer späteren Identifikation beseitigt werden. Des Weiteren wird dadurch die Lokalisierung der Hardwarekomponenten erleichtert.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung sieht vor, dass die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten durch Auslesen eines kennzeichnenden Codes des RFID-Transponders kontrolliert werden. Dadurch kann ebenfalls sichergestellt werden, ob die im System vorgesehene Position der Hardwarekomponenten mit der tatsächlichen Position der Hardwarekomponenten übereinstimmen. Dies eliminiert ebenfalls mögliche manuelle Fehlerquellen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten durch ein Videoüberwachungssystem kontrolliert. Auch hier soll eine Übereinstimmung zwischen der im System vorgesehene Position der Hardwarekomponenten und der tatsächlichen Position der Hardwarekomponenten erreicht werden.
Eine weitere Ausgestaltungsform, die auf eine derartige Übereinstimmung ausgelegt ist, besteht in der Kontrolle der bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten durch Lichtpulsmessungen, z. B. durch ein Kinect-System, was ebenfalls zu einer korrekten Erfassung der gewünschten Positionen der Hardwarekomponenten beiträgt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät zum Erstellen einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte bereitgestellt. Dabei umfasst das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät eine Erfassungseinheit, eine Verarbeitungseinheit mit einer Generatoreinheit und eine Steuereinrichtung und ist zur Durchführung folgender Schritte ausgestaltet:

– Erfassen von Hardwarekomponenten des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts, die bei der Erstellung der gewünschten Bilddatensätze verwendet werden mittels der Erfassungseinheit,
– Bestimmung der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten relativ zu einer Patientenliege des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts mittels der Erfassungseinheit und
– Generieren der globalen Schwächungskarte in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten mittels der Generatoreinheit.

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 eines kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 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 des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 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, der noch compiliert 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.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein computerlesbares Speichermedium, z. B. eine DVD, ein Magnetband oder einen USB-Stick, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software gespeichert ist. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in eine Steuerung bzw. Recheneinheit eines kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des vorab beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes, des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts und des erfindungsgemäßen computerlesbaren Speichermediums entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, weshalb hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes,
2 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes,
3 ein Diagramm zur Bestimmung des Schwächungskorrekturfaktors für mehrere darunter dargestellte Funktionskomponenten in einem Patiententisch,
4 eine Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Hardwarekomponenten,
5 eine zweite Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Komponenten,
6 eine dritte Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Komponenten,
7 den Flussplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
8 eine schematische Darstellung des Generierens einer globalen Schwächungskarte anhand von lokalen Schwächungskarten verschiedener Hardwarekomponenten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1. Das Gerät besteht aus einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2 und einer PET-Bildgebungseinrichtung 3. Anstelle der PET-Bildgebungseinrichtung 3 ist in gleicher Weise denkbar eine andere Radionuklidbildgebungseinrichtung, wie etwa eine SPECT-Bildgebungseinrichtung zu verwenden. Neben weiteren dem Fachmann bekannten Komponenten weist die PET-Bildgebungseinrichtung 3 eine Strahlungsdetektoreinheit 6 für Positronen-Rekombinationsstrahlung mit einer Energie von ungefähr 511 keV auf. Die bevorzugte Ausgestaltung umfasst dabei Szintillationskristalle, welche die hochenergetische PET-Strahlung in durch Photodioden erfassbare Photonen wandeln. Bei Annihilation eines Positrons und eines Elektrons (Paarbildung) werden zwei Photonen mit einer Energie von jeweils ca. 511 keV erzeugt, deren Trajektorien einen Winkel von 180° einschließen. Mit Hilfe des PET-Strahlungsdetektors 6 können diese Photonenpaare koinzident gemessen werden, sodass eine Rückrechnung der Trajektorien und dadurch eine räumliche Bestimmung des Entstehungsortes der detektierten Photonenpaare in einem Untersuchungsobjekt U möglich ist. Diese Rückrechnung erlaubt die Ermittlung der räumlichen Konzentration des Tracers im Untersuchungsobjekt U. In Verbindung mit den Bildinformationen der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2 können so hochauflösende, detailreiche Kombinationsbilder des Untersuchungsobjekts U akquiriert werden, in denen die Tracer-Konzentration in ihrem anatomischen Umfeld erkennbar ist.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsdetektoreinheit 6 ringförmig um eine Zentrumsachse ZL eines Messraums 4 des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1 angeordnet, die im Wesentlichen parallel zu einer Raumrichtung z orientiert ist, die mit der Ausrichtung eines Grundmagnetfelds des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1 übereinstimmt. Die ringförmige Anordnung erlaubt eine im Wesentlichen identische Entfernung eines im Zentrum oder im Bereich der Zentrumsachse ZL des Messraums 2 angeordneten Untersuchungsobjekts U zu allen Bildpunkten der Strahlungsdetektoreinheit 6. Zur Positionierung des Untersuchungsobjekts U ist in dem Messraum 2 ein Patiententisch 5 angeordnet, mit dessen Hilfe das Untersuchungsobjekt U entlang der Zentrumsachse ZL verschiebbar ist.
Zur Magnetresonanzbildgebung ist der Messraum 2 des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1 von einem supraleitenden Grundfeldmagneten umgeben, der in dem Messraum 2 ein homogenes Grundmagnetfeld erzeugt, das in z-Richtung orientiert ist. Der aktuelle Messbereich des Untersuchungsobjekts U sollte dann innerhalb eines Homogenitätsvolumens des Grundmagnetfeldes erfolgen. Außerdem weist das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät 1 eine Sendespule auf, meist eine im Gerät fest um den Messraum installierte Körperspule (Body-Coil), mit der Hochfreguenzsignale mit der gewünschten Magnetresonanzfrequenz ausgesendet werden können, um die Spins in einem bestimmten Bereich des Untersuchungsobjekts anzuregen. Weiterhin umfasst das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät 1 ein Gradientenspulensystem, mit dessen Hilfe die Ortsauflösung einer Magnetresonanzbildinformation erreicht werden kann. Die Magnetresonanzbildinformationen, d. h. die im Untersuchungsobjekt angeregten Magnetresonanzsignale, werden dabei meist mit Hilfe von Lokalspulen erfasst. Darüber hinaus können die Lokalspulen auch zur Erzeugung von Hochfrequenz-Feldern ausgebildet sein, die zur Anregung der Spins dienen, und/oder es können die entstehenden Magnetresonanzsignale mit der Body-Coil erfasst werden.
2 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1. Das Gerät 1 besteht aus einer Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2. Die Längsrichtung z erstreckt sich hier orthogonal zur Zeichnungsebene.
Innerhalb der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2 sind koaxial mehrere, um die Längsrichtung z paarweise gegenüberliegend angeordnete Strahlungsdetektorelemente 11 (auch PET-Detektionselemente) angeordnet. Die PET-Detektionselemente 11 bestehen vorzugsweise aus einem Array aus Lawinenphotodioden (auch Avalanche-Photodioden oder APD-Photodiodenarray) 7 mit einem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 8 und einer elektrischen Verstärkerschaltung (AMP) 6. Die Erfindung ist aber nicht auf die PET-Detektionselemente 11 mit dem APD-Photodiodenarray 7 und dem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 9 beschränkt, sondern zur Detektion können gleichsam auch anders geartete Photodioden, Kristalle und Vorrichtungen verwendet werden. Die Gesamtheit der Strahlungsdetektorelemente 11 ergibt die Strahlungsdetektoreinheit 6.
Die Bildverarbeitung zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung erfolgt durch einen Rechner 10.
Die erfindungsgemäße Erfassungseinheit und die erfindungsgemäße Generatoreinheit sind in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteil des Rechners 10.
Entlang ihrer Längsrichtung z definiert die Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2 ein zylindrisches, erstes Gesichtsfeld. Die Vielzahl der PET-Detektionselemente 11 definiert entlang der Längsrichtung z ein zylindrisches, zweites Gesichtsfeld. Erfindungsgemäß stimmt das zweite Gesichtsfeld der PET-Detektionselemente 11 im Wesentlichem mit dem ersten Gesichtsfeld der Magnetresonanzbildgebungseinrichtung 2 überein. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der PET-Detektionselemente 11 entlang der Längsrichtung z.
Verschiedene Komponenten einer Bildgebungseinrichtung können die bei den Elektronen-Positronen-Rekombinationen des Tracers entstehenden Photonen verändern, absorbieren oder streuen, sodass eine Rückrechnung auf die Beschaffenheit des Untersuchungsobjekts U verfälscht bzw. eine Auswertung der Bildinformation mit starken Verlusten behaftet ist.
Ein Maß für diese Verluste ist der sogenannte Schwächungskorrekturfaktor (auch Attenuation-Correction-Factor ATF), dessen Bestimmung mit Hilfe einer sogenannten Schwächungskarte (oder „μ-map”) vorgenommen wird. Dazu wird zunächst mit einer Phantom-Strahlungsquelle U eine Zählrate von Radionuklidemissionsstrahlung (die Zählrate entspricht einer Strahlungsdichte der Radionuklidemissionsstrahlung pro Bildpunkt) bestimmt, wobei die Komponenten in einer Betriebsposition angeordnet sind. Mit Hilfe einer Vergleichsmessung, bei der die Komponenten aus dem Messraum 4 entfernt werden, kann dann der Schwächungskorrekturfaktor ermittelt werden. Der Schwächungskorrekturfaktor, insbesondere für jede Gerade zwischen zwei Strahlungsdetektorelementen 11 (auch Line of Response genannt) bestimmt, gibt einen Skalierungswert wieder, mit dem die Zählrate multipliziert werden muss, um den Wert der Vergleichsmessung zu erhalten. Dies bedeutet mit anderen Worten, je größer der bestimmte Schwächungskorrekturfaktor ist, desto geringer ist die Transmission der Radionuklidemissionsstrahlung und desto größer kann die Beeinträchtigung der radionuklidbasierten Bildgebung sein.
3 zeigt ein Diagramm zur Bestimmung des Schwächungskorrekturfaktors für mehrere darunter dargestellte Funktionskomponenten in einem Patiententisch 5. Dabei ist im unteren Bildabschnitt in Umrissen ein Patiententisch 5 dargestellt, in dem darüber dargestellten Diagramm, der zugeordneten „μ-map”, die räumliche Zuordnung des Schwächungskorrekturfaktors (ein dimensionsloser Skalierungsfaktor) zu Bildpunkten des PET-Detektors 6 entlang einer quer durch den Patiententisch 5 (in x-Richtung mit Einheiten in mm) verlaufenden Linie für senkrecht auf dieser Linie stehende „Lines of Response”.
Wie aus der räumlichen Zuordnung erkennbar ist, bedingen die strichpunktiert markierten Komponenten 12, 13 des Patiententisches 5 die größten Schwächungskorrekturfaktoren. Eine aus Metall gefertigte Zahnstange mit zugehöriger Lagerschiene 14 zur Bewegung des Patiententisches 5 führt beispielsweise zu einem Spitzenwert des Schwächungskorrekturfaktors von ungefähr 1,5 im Betrieb des zugeordneten kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1. Der zentral angeordnete Elektronikkanal 15 mit einer Vielzahl von metallischen Leitungen, Platinen, Mantelwellensperren und anderen Abschattungseinrichtungen für Hochfrequenz-Strahlung ruft einen noch höheren Spitzenwert des Schwächungskorrekturfaktors von ungefähr 1,9 hervor. Das heißt nahezu 50% der Radionuklidemissionsstrahlung, die auf dieses Bauteil trifft, wird absorbiert oder gestreut.
4 zeigt eine Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Hardwarekomponenten 28, 29, 30, 31, die jeweils mit einem RFID-Transponder 32 versehen sind. Nach Festlegung der gewünschten Positionen für die Hardwarekomponenten 28, 29, 30, 31 und nach Kontrolle der bestimmten Positionen durch Auslesen des kennzeichnenden Codes des RFID-Transponders 32 kann durch die erfindungsgemäße Lösung auf einfache Weise eine globale Schwächungskarte 27 bestimmt werden.
5 zeigt eine zweite Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Hardwarekomponenten 28, 29, 30, 31.
6 zeigt eine dritte Anordnungsmöglichkeit für verschiedene Hardwarekomponenten 28, 29, 30, 31.
In allen in den 4–6 dargestellten Fällen ist es nicht notwenig eine separate Aufnahme des kompletten Setups der Untersuchung anzufertigen. Das erfindungsgemäße Verfahren bestimmt aus den festgelegten Positionen der Hardwarekomponenten 28, 29, 30, 31 die dazugehörige globale Schwächungskarte 27.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte 16 bis 20, wobei bei der Beschreibung der Verfahrensschritte 16 bis 20 auch Beschreibungsteile einschließlich der entsprechenden im Zusammenhang mit anderen Figuren eingeführten Bezugszeichen verwendet werden.
Im Verfahrensschritt 16 wird der Vorgang zum Erstellen einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät 1 gestartet und während des Verfahrensschritts 17 werden die Hardwarekomponenten des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts 1, die bei der Erstellung der gewünschten Bilddatensätze verwendet werden, erfasst.
Im Verfahrensschritt 18 werden die Positionen der erfassten Hardwarekomponenten relativ zu einer Patientenliege des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts bestimmt und in Verfahrensschritt 19 wird schließlich die globale Schwächungskarte in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten generiert und das Ende 20 des Vorgangs ist erreicht.
8 zeigt eine schematische Darstellung des Generierens einer globalen Schwächungskarte 27 anhand von lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 verschiedener Hardwarekomponenten. Derartige Hardwarekomponenten können z. B. EKG-Messgeräte, Arm- und Beinauflagen, Körperspulen und andere bei der Aufnahme von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen benutzte Komponenten umfassen. Die in der Figur dargestellten Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 dienen allein der Illustration, da die Umrisse der Hardwarekomponenten selbst gewöhnlich nicht auf einer Schwächungskarte ersichtlich sind.
Die dargestellte modulare Ausführungsform des Verfahrens ermöglicht einem Benutzer, verschiedenen Hardwarekomponenten verschiedene Positionen eines bestimmten Setups einer Untersuchung zuzuordnen. Dabei werden die den Hardwarekomponenten zugrunde liegenden lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 automatisch zu einer globalen Schwächungskarte 27 kombiniert, die dann für eine Untersuchung mit einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät 1 verwendet werden kann. Dabei müssen nicht alle lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 notwendigerweise verwendet werden.
Da der Benutzer die individuellen Positionen der Hardwarekomponenten festlegen muss, wird eine Kontrolle des Untersuchungsaufbaus erreicht und da die lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 der einzelnen Hardwarekomponenten bereits vorliegen, sind zusätzliche Aufnahmen der Hardwarekomponenten nicht nötig.
Dabei können die lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 von einer an das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät 1 angebundenen Datenbank bereitgestellt werden, es ist aber auch möglich, dass die lokalen Schwächungskarten 21, 22, 23, 24, 25, 26 in einer Speichereinheit des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerätes 1 vorgehalten werden.
Ferner können die benutzen Hardwarekomponenten mit einem RFID-Transponder 32 versehen werden, um die Positionen der Hardwarekomponenten durch Auslesen eines kennzeichnenden Codes des RFID-Transponders 32 kontrollieren zu können.
Zudem ist es möglich, die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten durch ein Videoüberwachungssystem oder durch Lichtpulsmessungen zu kontrollieren.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium zur Erstellung einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät. Im Rahmen der Erfassung von Hardwarekomponenten des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts und der Bestimmung der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten relativ zu einer Patientenliege wird die globale Schwächungskarte in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten generiert.

Claims

Verfahren zum Erstellen einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte (27) in einem kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät (1), umfassend die Schritte: – Erfassen (17) von Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1), die bei der Erstellung der gewünschten Bilddatensätze verwendet werden mittels einer Erfassungseinheit, – Bestimmung (18) der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) relativ zu einer Patientenliege (5) des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1) mittels der Erfassungseinheit und – Generieren (19) der globalen Schwächungskarte (27) in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) mittels einer Generatoreinheit.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Erfassungseinheit und/oder die Generatoreinheit in das kombinierte Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät (1) integriert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei für das Generieren der globalen Schwächungskarte (27) mittels der Generatoreinheit lokale Schwächungskarten (21, 22, 23, 24, 25, 26) der erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die lokalen Schwächungskarten (21, 22, 23, 24, 25, 26) für die erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) mittels vorangehender bildgebender Verfahren bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die lokalen Schwächungskarten (21, 22, 23, 24, 25, 26) für die erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) durch eine an die Erfassungseinheit angebundene Datenbank bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) und die Positionen der Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) vor dem Generieren (19) der globalen Schwächungskarte (27) durch einen Benutzer kontrolliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) mit einem RFID-Transponder (32) versehen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) durch Auslesen eines kennzeichnenden Codes des RFID-Transponders (32) kontrolliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) durch ein Videoüberwachungssystem kontrolliert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die bestimmten Positionen der Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) durch Lichtpulsmessungen kontrolliert werden.
Kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät (1) zum Erstellen einer zur Schwächungskorrektur von Positronenemissionstomographie-Bilddatensätzen genutzten globalen Schwächungskarte (27), wobei das Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät (1) eine Erfassungseinheit, eine Verarbeitungseinheit mit einer Generatoreinheit und eine Steuereinrichtung beinhaltet und zur Durchführung folgender Schritte ausgestaltet ist: – Erfassen (17) von Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1), die bei der Erstellung der gewünschten Bilddatensätze verwendet werden mittels der Erfassungseinheit, – Bestimmung (18) der Positionen der erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) relativ zu einer Patientenliege (5) des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1) mittels der Erfassungseinheit und – Generieren (19) der globalen Schwächungskarte (27) in Abhängigkeit der erfassten Hardwarekomponenten (28, 29, 30, 31) mittels der Generatoreinheit.
Kombiniertes Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Gerät (1) nach Anspruch 11, wobei die Eingabeeinheit und/oder die Verarbeitungseinheit derart ausgestaltet sind, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen.
Computerprogrammprodukt, welches ein Programm umfasst und direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung eines kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1) ladbar ist, mit Programm-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung des kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung eines kombinierten Magnetresonanz-Positronenemissionstomographie-Geräts (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführen.