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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufnahme eines PET-Bilddatensatzes eines Gesamtaufnahmebereichs eines Patienten mit einer zur simultanen Aufnahme von PET-Rohdaten und Magnetresonanzdaten ausgebildeten Magnetresonanz-PET-Einrichtung, wobei der Gesamtaufnahmebereich des Patienten die Größe des Sichtfelds der Magnetresonanz-PET-Einrichtung übersteigt und der Gesamtaufnahmebereich zur Aufnahme von PET-Rohdaten kontinuierlich mit gleichbleibender Bewegungsgeschwindigkeit durch das Sichtfeld bewegt wird, wobei wenigstens eine Schwächungskarte des Gesamtaufnahmebereichs zur Rekonstruktion des PET-Bilddatensatzes aus den PET-Rohdaten verwendet wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Magnetresonanz-PET-Einrichtung, ein Computerprogramm und einen elektronisch lesbaren Datenträger.
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Bildaufnahmeeinrichtungen, die die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) mit anderen Bildgebungsmodalitäten kombinieren, wurden im Stand der Technik bereits vorgeschlagen. Dabei sind zunächst kombinierte PET-CT-Einrichtungen, also Kombinationen mit Computertomographie, bekannt, nachdem die Computertomographie besonders geeignet ist, die zur Korrektur von aufgenommenen PET-Rohdaten bezüglich der Streuung im Körper verwendeten Schwächungskarten (µ-maps) des Patienten zu bestimmen. Dies liegt darin begründet, dass die Röntgenstreuung und die Streuung der PET-Photonen eng verwandt sind. Vorgeschlagen wurden aber inzwischen auch Bildaufnahmeeinrichtungen, mit denen eine simultane Aufnahme von PET-Rohdaten und Magnetresonanzdaten (MR-Daten) möglich ist, welche auch als kombinierte Magnetresonanz-PET-Einrichtungen bezeichnet werden können. Dabei kann beispielsweise eine Gradientenspulenanordnung des Magnetresonanzanteils der Magnetresonanz-PET-Einrichtung zentral durchbrochen sein, um Raum für einen PET-Detektorring zu schaffen, wobei auch bereits Ansätze für für die PET-Photonen zumindest hinreichend transparente Ausgestaltungen sowie die Magnetresonanzfelder möglichst wenig beeinflussende Photonendetektoren für die PET-Bildgebung durchgeführt wurden. Häufig wird ein PET-Detektorring in die Patientenaufnahme einer Hauptmagneteinheit eingeschoben.
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Für derartige Magnetresonanz-PET-Einrichtungen wurden auch bereits Verfahren vorgeschlagen, aus Magnetresonanzdaten die zur Korrektur der PET-Rohdaten benötigten Schwächungskarten (µ-maps) zu ermitteln. Dabei kann insbesondere eine Materialzerlegung in Magnetresonanzdaten der Anatomie des Patienten durchgeführt werden, wobei jedem Material bestimmte Schwächungswerte für die Schwächungskarte zugeordnet werden. Häufig werden hierbei Fett- und Wasserbilder des Patienten bzw. des relevanten Aufnahmebereichs erzeugt, wobei auch Ausgestaltungen denkbar sind, in denen ferner eine getrennte Berücksichtigung von Knochen und/oder weiteren Materialien erfolgt.
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Besonderer Beliebtheit bei diagnostischen Prozessen an Patienten erfreuen sich auch PET-Aufnahmevorgänge, bei denen grö-ßere Bereiche eines Patienten, insbesondere der gesamte Körper des Patienten, aufgenommen wird, um einen entsprechenden PET-Bilddatensatz zu erzeugen. Dabei sind für solche Aufnahmevorgänge, bei denen der Gesamtaufnahmebereich des Patienten das Sichtfeld der entsprechenden PET-Bildaufnahmeeinrichtung übersteigt, verschiedene Ansätze im Stand der Technik bekannt. So wird zum einen das sogenannte Step-and-shoot-Verfahren genutzt, bei welchem die Patientenliege schrittweise verfahren wird und sukzessive verschiedene, beispielsweise 25 cm lange Teilaufnahmebereiche des Patienten vermessen werden. Vorgeschlagen wurde für schnelle Ganzkörper-PET-Protokolle inzwischen auch, eine kontinuierliche Bewegung der Patientenliege vorzusehen. Um hinreichend viele PET-Rohdaten aufnehmen zu können, werden äußerst niedrige Geschwindigkeiten der Patientenliege von beispielsweise etwa 1 mm/s verwendet. Aufgrund der resultierenden langen Aufnahmezeit, beispielsweise 6 bis 10 Minuten, ist es nicht möglich, dass der Patient für diese Zeit den Atem anhält, so dass die PET-Rohdaten der Atembewegung unterworden sind.
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Bei Computertomographie-PET-Einrichtungen wird die Computertomographie-basierte Schwächungskarte dabei vor der Aufnahme der tatsächlichen PET-Rohdaten ermittelt, entweder während eines Atemanhaltens oder während freien Atmens. Die Aufnahme der entsprechenden CT-Daten nimmt dabei nur wenige Sekunden in Anspruch. Es entsteht mithin eine einzige Schwächungskarte, die entweder nur zu einer Bewegungsphase der Atembewegung passt oder aber Bewegungsunschärfe (motion blur) enthält.
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Ganzkörper-PET-Protokolle, die kontinuierliche Patientenliegenbewegungen nutzen, nutzen hierbei dieselbe Strategie wie für die Kombination von PET und CT, das bedeutet, eine einzelne Schwächungskarte ist in einer schnellen Messung entweder bei Atemanhalten oder freiem Atmen aufzunehmen. Der resultierende Unterschied zwischen den bewegungsbeeinflussten PET-Rohdaten und den zu verwendenden Schwächungskarten kann zu Artefakten in den resultierenden PET-Bilddatensätzen führen. Dies kann zu Problemen bei der Diagnostik führen, beispielsweise hinsichtlich kleiner Läsionen. Dabei ist als Lösungsansatz bislang nur vorgeschlagen worden, eine auf den PET-Rohdaten basierende Bewegungskorrektur vorzunehmen, jedoch eignen sich die weniger anatomische Struktur zeigenden PET-Rohdaten üblicherweise schlecht für eine verlässliche Bestimmung von Bewegungsinformationen.
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Aus den folgenden drei Schriften sind Methoden zur Korrektur von Patientenbewegungen in der Bildgebung mittels einer Magnetresonanz-PET-Einrichtung bekannt:
- RAHMIM, A. [et al.]: Dynamic whole-body PET imaging: principles, potentials and applications. In: European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, Vol. 46, 2019, S. 501-508
- RIGIE, D. [et al.]: Cardiorespiratory Motion-Tracking via Self-Refocused Rosette Navigators . In: Magn Reson Med., Vol. 81, No.5, 2019, S. 2947-2958
- CATANA, C.: Motion Correction Options in PET/MRI. In: Semin Nucl Med., Vol 45, No. 3, S. 212-223
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei großen Aufnahmebereichen die Ermittlung von PET-Bilddatensätzen höherer Qualität zu ermöglichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Verfahren, eine Magnetresonanz-PET-Einrichtung, ein Computerprogramm und ein elektronisch lesbarer Datenträger gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein Verfahren der eingangs genannten Art sieht erfindungsgemäß vor, dass
- - simultan zur Aufnahme der PET-Rohdaten Magnetresonanzdaten einer aktuell innerhalb des Sichtfelds befindlichen Schicht des Patienten und wenigstens eine Bewegungszustandsinformation betreffend eine zyklische Bewegung des Patienten aufgenommen werden, wobei den PET-Rohdaten und den PET-Magnetresonanzdaten jeweils eine durch die während ihrer Aufnahme ermittelte Bewegungszustandsinformation beschriebene Bewegungszustandsklasse zugeordnet wird,
- - unter Verwendung der unterschiedlichen Bewegungszustandsklassen zugeordneten Magnetresonanzdaten Schwächungskarten des Patienten für die unterschiedlichen Bewegungszustandsklassen ermittelt werden und zur Rekonstruktion des PET-Bilddatensatzes jeweils für die der entsprechenden Bewegungszustandsklasse zugeordneten PET-Rohdaten angewendet werden.
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Dabei betrifft die Bewegungszustandsinformation mit besonderem Vorteil wenigstens die Atembewegung des Patienten, kann jedoch in manchen Fällen auch die Herzbewegung des Patienten als zyklische bzw. periodische Bewegung betreffen. Derartige zyklische Bewegungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie durch eine zyklisch wiederholte Abfolge von Bewegungsphasen beschrieben werden können, die sich im Wesentlichen gleich bei dem Patienten wiederholen. Innerhalb dieser verschiedenen Bewegungsphasen liegen bestimmte Bewegungszustände des Patienten vor, so dass Bewegungszustandsklassen definiert werden können, die ähnliche Bewegungszustände des Patienten, die mithin innerhalb einer bestimmten Toleranzabweichung liegen, zusammenfassen. Insbesondere können für die Atmung zwei bis zehn Bewegungszustandsklassen definiert werden, beispielsweise fünf Bewegungszustandsklassen.
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Die Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass bei der kontinuierlichen Bewegung der Patientenliege nur eine sehr langsame Geschwindigkeit der Patientenliege vorliegt, beispielsweise im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm/s, so dass PET-Rohdaten und Magnetresonanzdaten aus bestimmten Bereichen über einen bestimmten Zeitraum aufgenommen werden, insbesondere wenigstens einen vollständigen Bewegungszyklus der zyklischen Bewegung, beispielsweise einen Atemzyklus, abdeckend. Der Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, die zyklische Bewegung des Patienten während des Aufnahmevorgangs zu überwachen, so dass es möglich ist, die PET-Rohdaten genauso wie die Magnetresonanzdaten in verschiedene Bewegungszustandsklassen, insbesondere Atmungs-Bewegungszustandsklassen, gegebenenfalls aber auch Herzschlag-Bewegungszustandsklassen, einzuteilen, basierend auf der den aktuellen Bewegungszustand des Patienten beschreibenden Bewegungszustandsinformation. Dies wiederum erlaubt es, eine Schwächungskarte (µ-map) für jede Bewegungszustandsklasse aus den Magnetresonanzdaten zu ermitteln, welche dann auf die derselben Bewegungszustandsklasse zugeordneten PET-Rohdaten im Rahmen der Rekonstruktion angewendet werden können, um qualitativ hochwertige PET-Bilddatensätze zu erhalten.
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Mit anderen Worten findet im Rahmen der vorliegenden Erfindung während des gesamten Aufnahmevorgangs, mithin der gesamten kontinuierlichen Bewegung der Patientenliege, eine Überwachung der wenigstens einen zyklischen Bewegung des Patienten statt, um hierauf basierend bewegungsaufgelöste Schwächungskarten, insbesondere eine Schwächungskarte pro Bewegungszustandsklasse, zu ermitteln. Hierauf basierend können die Bewegung berücksichtigend PET-Bilddatensätze des Gesamtaufnahmebereichs mit höherer Qualität rekonstruiert werden.
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Dabei entspricht der Gesamtaufnahmebereich mit besonderem Vorteil dem gesamten Körper des Patienten, so dass die vorliegende Erfindung insbesondere ein schnelles Ganzkörper-Screening mit kontinuierlicher Bewegung der Patientenliege inklusive Bewegungskorrektur erlaubt.
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Dabei ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich möglich, als Quelle der Bewegungszustandsinformation spezielle Sensoren vorzusehen, beispielsweise sogenannte Atemgurte oder sonstige Atemsensoren, insbesondere in der Patientenliege. Diese liefern jedoch eher ungenaue Bewegungszustandsinformationen. Denkbar ist es grundsätzlich auch, Navigatorsequenzen mit dem Magnetresonanzanteil der kombinierten Magnetresonanz-PET-Einrichtung durchzuführen, was jedoch komplexe Anpassungen der Magnetresonanzsequenzen auch hinsichtlich der Aufnahme der Magnetresonanzdaten erfordert.
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Die Erfindung sieht vor, dass die Bewegungszustandsinformationen aus Navigatordaten eines Pilotton-Navigators aufgenommen werden. Zum Vermessen eines Pilotton-Navigators wird vorgeschlagen, ein kohärentes Pilottonsignal durch eine unabhängige Signalquelle, beispielsweise eine Pick-up-Spule, auszusenden, wobei beispielsweise ein CW-Hochfrequenzsignal (CW - Continuous Wave) als Pilottonsignal genutzt werden kann, dessen Pilottonfrequenz außerhalb des Frequenzbands des Magnetresonanzsignals und des Sichtfeldes liegt, aber innerhalb des von den Empfangsspulenelementen empfangenen Frequenzbandes. Das Pilottonsignal weist dabei eine Amplitude auf, die im linearen Betriebsbereich des Empfängers des Magnetresonanzanteils der Magnetresonanz-PET-Einrichtung detektierbar ist. In konkreten Ausgestaltungen kann dabei das von den Empfangsspulenelementen empfangene Pilottonsignal an ein Modell angepasst werden, von dem wenigstens ein Modellparameter als Pilottonnavigator verwendet werden kann. Grundliegend beschrieben sind Pilotton-Navigatoren beispielsweise in dem Tagungsbeitrag „PT-Nav: A novel respiratory navigation method for continuous acquisitions based on modulation of a pilot tone in the MR-receiver‟ von P. Speier et al., Proc. ESMRMB 129: 97 - 98, 2015. Die Verwendung eines Pilotton-Navigators hat den Vorteil, dass hochgenaue Bewegungszustandsinformationen ermittelt werden können, ohne dass beispielsweise die Messung der Magnetresonanzdaten modifiziert werden muss.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommene Schichten wenigstens zu 80%, bevorzugt wenigstens zu 90%, überlappen. Das bedeutet, die Schichtdicke, welche insbesondere im Bereich von 3 bis 10 mm liegen kann, bevorzugt 5 mm betragen kann, und/oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Patientenliege, welche insbesondere im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm/s liegen kann, werden so gewählt, dass bei zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Schichten der Magnetresonanzdaten ein Überlapp von wenigstens 80%, bevorzugt wenigstens 90%, vorliegt. Mit anderen Worten wird der Schichtabstand für zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommene Schichten der Magnetresonanzdaten auf einen negativen Wert eingestellt, beispielsweise -90%, so dass zum einen die PET-Rohdaten wie auch die Magnetresonanzdaten langsam genug aufgenommen werden, zum anderen aber ein Oversampling des Gesamtaufnahmebereichs durch die Magnetresonanzdaten stattfindet, so dass Magnetresonanzdaten desselben aufgenommenen Teilaufnahmebereichs des Gesamtaufnahmebereichs in unterschiedliche Bewegungszustandsklassen einsortiert werden können und somit die Magnetresonanzdaten aller Bewegungszustandsklassen den Gesamtaufnahmebereich abdecken. Auf diese Weise können für jede Bewegungszustandsklasse Schwächungskarten des vollständigen Gesamtaufnahmebereichs erzeugt werden und auf entsprechende, derselben Bewegungszustandsklasse zugeordnete PET-Rohdaten ebenso des Gesamtaufnahmebereichs angewendet werden können. Mithin werden einfache Berechnungen auf dem Gesamtaufnahmebereich erlaubt.
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Zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten kann mit besonderem Vorteil eine Dixon-Technik verwendet werden, wobei zur Ermittlung der Schwächungsdaten aus den Magnetresonanzdaten wenigstens Fett- und Wasserbilder für die Bewegungszustandsklassen ermittelt werden. Dixon-Techniken basieren auf dem kleinen Unterschied in der Lamorfrequenz zwischen Fett und Wasser bzw. anderen Materialien (chemische Verschiebung) und erlauben es, Magnetresonanzbilder zu rekonstruieren, die nur die Fettanteile bzw. nur die Wasseranteile in der Schicht enthalten, so dass effektiv eine Materialzerlegung stattfindet. Diese Materialzerlegung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt werden, um Schwächungskarten zu erzeugen, in denen den unterschiedlichen Materialien bzw. der relativen Zusammensetzung pro Voxel entsprechende Schwächungswerte zugeordnet werden. Dabei können auch weitere Materialien bzw. Materialklassen berücksichtigt werden, beispielsweise Knochen.
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Um eine schnelle Aufnahme der Magnetresonanzdaten zu ermöglichen, bietet es sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung an, eine FLASH-Magnetresonanzsequenz einzusetzen. Insbesondere ist es also möglich, eine FLASH-Dixon-Technik zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten während der Aufnahme der PET-Rohdaten zu verwenden.
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Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn einzelne, den unterschiedlichen Bewegungszustandsklassen zugeordnete Teilbilddatensätze des PET-Bilddatensatzes aufgrund der Bewegungszustandsinformationen und/oder der Magnetresonanzdaten zu einem bewegungskorrigierten Gesamtbilddatensatz zusammengefasst werden. Das bedeutet, alle PET-Rohdaten gehen dann in einen gemeinsamen Gesamtbilddatensatz ein, der insbesondere allein den PET-Bilddatensatz bilden kann, um eine möglichst hohe Bilddatenqualität des PET-Bilddatensatzes zu erlauben. Konkret kann hierbei vorgesehen sein, dass für die Bewegungszustandsklassen durch Registrierung der unterschiedlichen Bewegungszustandsklassen zugeordneten Magnetresonanzdaten zueinander die Relativbewegung beschreibende Bewegungsinformation ermittelt und zur Bewegungskorrektur verwendet werden. Das bedeutet, Bewegungsinformationen, beispielsweise Bewegungsvektorfelder, werden basierend auf den deutlich genauer und strukturierter die Anatomie wiedergebenden Magnetresonanzdaten erzeugt, so dass eine hervorragende Bewegungskorrektur ermöglicht wird und insgesamt eine bewegungskorrigierte Ganzkörperrekonstruktion der PET-Rohdaten erfolgen kann. Es sei angemerkt, dass es in Anwendungsfällen auch zweckmäßig sein kann, die bewegungsaufgelöst vorliegenden Teilbilddatensätze ebenso weiter als Teil des PET-Bilddatensatzes zu behalten, wenn sich hieraus zweckmäßige diagnostische Informationen ableiten lassen. In diesem Fall ist dann eine bewegungsaufgelöste Rekonstruktion erreicht.
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Dabei sei jedoch angemerkt, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, ein retrospektives Gating explizit oder implizit durchzuführen, um von Bewegungen wenig beeinflusste PET-Bilddatensätze zu ermitteln. Beispielsweise können hinreichend breit definierte Bewegungszustandsklassen verwendet werden, beispielsweise eine Bewegungszustände, die möglichst nahe an der End-Expiration liegen, umfassende Bewegungszustandsklasse und/oder eine Bewegungszustandsklasse, die so definiert ist, dass sie wenigstens einen vorgegebenen Anteil der PET-Rohdaten enthalten wird, beispielsweise 40%, bevorzugt ebenso um die End-Expiration bei der Atembewegung. Möglich ist es aber auch, den PET-Bilddatensatz aus den Bewegungszustandsklassen zugeordneten PET-Rohdaten zu rekonstruieren, für die die Bewegungszustände gemäß einem entsprechenden Kriterium hinreichend ähnlich sind.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Magnetresonanz-PET-Einrichtung, aufweisend eine Steuereinrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung kann dabei wenigstens einen Prozessor und wenigstens ein Speichermittel aufweisen.
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Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung, wie grundsätzlich bekannt, eine Sequenzeinheit zum Ausspielen von Magnetresonanzsequenzen und eine Magnetresonanz-Empfangseinheit zur Aufnahme der Magnetresonanzdaten genauso aufweist wie eine PET-Empfangseinheit zur Aufnahme der PET-Rohdaten. Diese grundsätzlich bekannten Komponenten steuern entsprechende weitere Komponenten der Magnetresonanz-PET-Einrichtung an bzw. nehmen Informationen von diesen entgegen. Über eine Bewegungszustandsermittlungseinheit wird die Bewegungszustandsinformation ermittelt. Die Bewegungszustandsermittlungseinheit kann als Pilottoneinheit einen Teil der Magnetresonanz-Empfangseinheit bilden. Die Steuereinrichtung der erfindungsgemäßen Magnetresonanzeinrichtung kann ferner eine Zuordnungseinheit zur Zuordnung einer Bewegungszustandsklasse zu Magnetresonanzdaten und PET-Rohdaten aufweisen, so dass letztlich in der Zuordnungseinheit die PET-Rohdaten und die Magnetresonanzdaten nach Bewegungszustandsklassen sortiert werden. Ferner kann eine Schwächungskartenermittlungseinheit zur Ermittlung der Schwächungskarten für die Bewegungszustandsklassen aus den Magnetresonanzdaten und eine Bewegungsinformationsermittlungseinheit, falls Bewegungsinformationen ermittelt werden sollen, vorgesehen sein. In einer Rekonstruktionseinheit werden die Schwächungskarten zur Rekonstruktion von PET-Bilddatensätzen genutzt, wobei zusätzlich oder integriert in die Rekonstruktionseinheit auch eine Fusionseinheit vorgesehen sein kann, wo anhand der Bewegungsinformationen die PET-Bilddaten der verschiedenen Bewegungszustandsklassen zusammengeführt werden können. Selbstverständlich sind auch weitere Funktionseinheiten für andere denkbare Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens denkbar, beispielsweise auch eine Einstellungseinheit, in der die Aufnahmeparameter, insbesondere die Bewegungsgeschwindigkeit der Patientenliege und/oder die Schichtdicke, so gewählt werden können, dass sich ein gewünschter Überlapp zwischen zeitlich benachbart aufgenommenen Schichten ergibt.
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Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm ist beispielsweise direkt in einen Speicher einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanz-PET-Einrichtung ladbar und weist Programmmittel auf, um die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Computerprogramm in der Steuereinrichtung der Magnetresonanz-PET-Einrichtung ausgeführt wird.
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Das Computerprogramm kann auf einem erfindungsgemäßen elektronisch lesbaren Datenträger gespeichert sein, welcher mithin darauf gespeicherte elektronisch lesbare Steuerinformationen umfasst, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfassen und derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinrichtung einer Magnetresonanz-PET-Einrichtung ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführen. Bei dem Datenträger handelt es sich bevorzugt um einen nicht-transienten Datenträger, beispielsweise eine CD-ROM.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine erfindungsgemäße Magnetresonanz-PET-Einrichtung, und
- 3 den funktionalen Aufbau einer Steuereinrichtung der Magnetresonanz-PET-Einrichtung der 2.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Bezug auf 1 näher erläutert. Dabei soll mittels einer Magnetresonanz-PET-Einrichtung, mithin einer Untersuchungseinrichtung, mit der simultan Magnetresonanzdaten und PET-Daten aus einem Sichtfeld, welches sich vorteilhaft für PET und Magnetresonanz im Wesentlichen entspricht, aufgenommen werden können, ein Ganzkörper-PET-Scan eines Patienten vorgenommen werden, mithin ein PET-Bilddatensatz des gesamten Körpers des Patienten erstellt werden.
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In einem Schritt S1 werden hierfür Aufnahmeparameter festgelegt und danach die Aufnahme gestartet. Die Aufnahmeparameter umfassen vorliegend auch eine Bewegungsgeschwindigkeit der Patientenliege, nachdem die PET-Rohdaten (und simultan dazu Magnetresonanzdaten) während einer kontinuierlichen, langsamen Liegenbewegung derart aufgenommen werden, dass der gesamte Körper des Patienten das Sichtfeld durchfahren hat.
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Nach Beginn der Bewegung der Patientenliege werden gemäß dem Schritt S2 kontinuierlich PET-Rohdaten 1 aufgenommen. Parallel hierzu erfolgt jedoch auch eine simultane Aufnahme von Magnetresonanzdaten in einem Schritt S3, wobei jeweils eine Schicht von einigen Millimetern Dicke, beispielsweise 5 mm Dicke, aufgenommen wird, wobei die Bewegungsgeschwindigkeit der Patientenliege so gewählt ist, dass immer ein Überlapp von wenigstens 90% bei zeitlich aufeinanderfolgend aufgenommenen Schichten existiert. Die Magnetresonanzdaten 2 werden mit einer FLASH-Magnetresonanzsequenz und einer Dixon-Technik aufgenommen, so dass insbesondere Wasser- und Fettbilder aus ihnen rekonstruiert werden können.
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Schließlich werden parallel zur Aufnahme der PET-Rohdaten 1 und der Magnetresonanzdaten 2 in einem Schritt S4 ständig zeitaktuell Bewegungszustandsinformationen 3 bezüglich des aktuellen Atem-Bewegungszustands des Patienten aufgenommen. Hierzu wird vorliegend ein Pilotton-Navigator verwendet, indem ein Sendemittel, beispielsweise eine Pick-up-Spule, ein Pilottonsignal, welches außerhalb des für die Magnetresonanzsignale relevanten Frequenzbereichs liegt, aber innerhalb des von den Empfangsspulen der Magnetresonanz-PET-Einrichtung empfangbaren Frequenzbereichs, ausgesendet, welches von den Empfangsspulenelementen der Magnetresonanz-PET-Einrichtung empfangen wird und von einer in die Magnetresonanz-Empfangseinheit integrierten Pilottoneinheit als Bewegungszustandsermittlungseinheit ausgewertet werden kann, um die Bewegungszustandsinformationen 3 zu ermitteln.
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Bereits während der Datenaufnahme oder aber nach deren Abschluss können die Bewegungszustandsinformationen 3 in einem Schritt S5 genutzt werden, um die PET-Rohdaten 1 und die Magnetresonanzdaten 2 in Teildatensätze 4, 5 aufzuteilen, deren PET-Rohdaten 1 bzw. Magnetresonanzdaten 2 dann jeweils einer von hier beispielhaft fünf Bewegungszustandsklassen zugeordnet sind. Nachdem die Atembewegung eine zyklische Bewegung darstellt, lassen sich wiederholt auftretende, ähnliche Bewegungszustände in Bewegungszustandsklassen, hier beispielhaft fünf Bewegungszustandsklassen, aufteilen. Die Bewegungszustandsinformationen 3 erlauben es, aufgenommene PET-Rohdaten 1 und Magnetresonanzdaten 2 gemäß ihrem Bewegungszustand in die entsprechende Bewegungszustandsklasse einzusortieren, so dass die Teildatensätze 4, 5 entstehen.
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Die Teildatensätze 5 der Magnetresonanzdaten 2 werden vorliegend nun zunächst in einem Schritt S6 genutzt, um Schwächungskarten 6 des Gesamtaufnahmebereichs, hier also des gesamten Körpers des Patienten, für jede Bewegungszustandsklasse zu ermitteln. Dabei wird ausgenutzt, dass eine Dixon-Technik im Schritt S3 verwendet wurde, so dass beispielsweise einzelnen Voxeln aufgrund der Wasser- und Fettanteile in dem jeweiligen Voxel Schwächungswerte (µ-Werte) zugeordnet werden, die das Streu- und Schwächungsverhalten der PET-Photonen im Körper des Patienten beschreiben. Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass Magnetresonanzdaten 2 für alle Bewegungszustandsklassen und Körperpositionen aufgrund der beschriebenen langsamen Bewegungsgeschwindigkeit und des resultierenden hohen Überlapps zwischen benachbarten Schichten vorliegen.
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Die Schwächungskarten 6 werden im Schritt S7 bei der Rekonstruktion von PET-Bilddaten aus den PET-Rohdaten 1 zur Korrektur der PET-Rohdaten 1 eingesetzt, konkret jeweils auf den Teildatensatz derselben Bewegungszustandsklasse angewendet.
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Die Magnetresonanzdaten 2 bzw. die Teildatensätze 5 werden in einem Schritt S8 jedoch auch ferner genutzt, um Bewegungsinformationen 7 zu bestimmen, insbesondere Bewegungsvektorfelder, die die Bewegung zwischen zwei Bewegungszustandsklassen beschreiben. Hierzu werden die Magnetresonanzbilder einzelner Teildatensätze 5 miteinander registriert, woraus unmittelbar die Bewegungsvektorfelder resultieren. Diese Bewegungsinformationen 7 können in einem Schritt S9 dann eingesetzt werden, um die Teildatensätze 4 der PET-Rohdaten 1 bewegungskompensiert zu einem Gesamtbilddatensatz 8 als PET-Bilddatensatz 9 zusammenzuführen. Mithin werden die parallel aufgenommenen Magnetresonanzdaten 2 unter Nutzung der Bewegungszustandsinformationen 3 sowohl genutzt, um Schwächungskarten 6 für alle Bewegungszustandsklassen zu ermitteln als auch um eine bewegungskorrigierte Zusammenführung aller PET-Rohdaten 1 zu erlauben.
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2 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Magnetresonanz-PET-Einrichtung 10 in einem schematischen Querschnitt. Eine solche kombinierte Magnetresonanz-PET-Einrichtung 10 hat den Vorteil, dass sowohl Magnetresonanzdaten 2 als auch PET-Rohdaten 1 isozentrisch gewonnen werden können. Anders gesagt sind die Magnetresonanzdaten 2 und die PET-Rohdaten 1 inhärent miteinander registriert.
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Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel umfasst, wie grundsätzlich bekannt, eine Hauptmagneteinheit 11, in der der supraleitende Grundfeldmagnet angeordnet ist. Die Hauptmagneteinheit 11 definiert im Wesentlichen zentral die Patientenaufnahme 12, wobei innerhalb des zylindrischen Grundfeldmagneten üblicherweise auch eine Spulenanordnung 13 vorgesehen ist, die eine Gradientenspulenanordnung und eine Hochfrequenzspulenanordnung umfassen kann. Innerhalb der Hauptmagneteinheit 11 sind vorliegend jedoch auch mehrere, um die Längsrichtung paarweise gegenüberliegend angeordnete PET-Detektionseinheiten 14 angeordnet. Die PET-Detektionseinheiten 14 können beispielsweise aus einem APD-Photodiodenarray 15 mit einem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 16 und einer elektrischen Verstärkerschaltung 17 bestehen. Denkbar sind jedoch auch andere Detektionseinheiten 14, die beispielsweise anders geartete Photodioden, Kristalle und Einrichtungen verwenden.
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Der Patient 18 kann in die Patientenaufnahme 12 mittels einer Patientenliege 19 eingefahren werden, das bedeutet, die Patientenliege 19 kann in Längsrichtung durch die Patientenaufnahme 12 bewegt werden. Entlang der Längsrichtung der Patientenaufnahme 12 sind ein erstes Sichtfeld, nämlich das Homogenitätsvolumen des Magnetresonanzanteils, und ein zweites Sichtfeld, nämlich das der PET-Detektionseinheiten 14 definiert, wobei das erste Sichtfeld und das zweite Sichtfeld vorliegend zumindest im Wesentlichen übereinstimmen. Dies kann durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der PET-Detektionseinheiten 14 entlang der Längsrichtung erreicht werden.
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Der Betrieb der Magnetresonanz-PET-Einrichtung 10 wird durch eine Steuereinrichtung 20 gesteuert, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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3 zeigt hierzu den funktionalen Aufbau der Steuereinrichtung 20 genauer. Diese weist zunächst, wie grundsätzlich bekannt, zur Datenaufnahme eine Sequenzeinheit 21 und eine Magnetresonanz-Empfangseinheit 22 auf, die zur Durchführung des Schrittes S3 ausgebildet sind. Die Bewegungszustandsermittlungseinheit 23, hier eine Pilottoneinheit 24, ist vorliegend in die Magnetresonanz-Empfangseinheit 22 integriert.
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Die PET-Rohdaten 1 werden im Schritt S2 durch eine entsprechende PET-Empfangseinheit 25 aufgenommen.
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Zur Zuordnung von PET-Rohdaten 1 und Magnetresonanzdaten 2 zu Bewegungszustandsklassen aufgrund der Bewegszustandsinformationen 3, Schritt S5, weist die Steuereinrichtung 20 ferner eine Zuordnungseinheit 26 auf. Die entstehenden Teildatensätze 5 werden nun zunächst gemäß Schritt S6 in einer Schwächungskartenermittlungseinheit 27 und gemäß Schritt S8 in einer Bewegungsinformationsermittlungseinheit 28 genutzt. Die darin ermittelten Schwächungskarten 6 sowie Bewegungsinformationen 7 werden wiederum in einer Rekonstruktionseinheit 29 verwendet, um den PET-Bilddatensatz 9 zu ermitteln, wobei eine entsprechende Fusionseinheit 30 vorliegend in die Rekonstruktionseinheit 29 integriert ist.
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Um die entsprechenden Daten bei der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu speichern, ist ferner wenigstens ein Speichermittel 31 vorgesehen, wobei die verschiedenen Funktionseinheiten 21 bis 30 durch wenigstens einen Prozessor der Steuereinrichtung 20 umgesetzt werden.
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Die Steuereinrichtung 20 kann selbstverständlich auch weitere Steuereinheiten und Funktionseinheiten aufweisen, beispielsweise eine Einstellungseinheit 32 zur Durchführung des Schrittes S1 und dergleichen. Über eine Schnittstelle 33 können rekonstruierte Bilddatensätze, insbesondere auch der PET-Bilddatensatz 9, ausgegeben werden, beispielsweise an ein Bildarchivierungssystem und/oder ein Anzeigemittel und/oder einen Befundungs-Arbeitsplatz.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
