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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zur Bildgebung.
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Die
Erfindung bezieht sich speziell auf das Gebiet der Nuklearmedizin
und insbesondere auf die Technik der Positronen-Koinzidenz-Detektion
(PCD).
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Die
Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein Zweig der Nuklearmedizin,
bei dem ein Positronen emittierendes Radiopharmakum wie 18F-Fluorodeoxyglucose (FDG) in den Körper eines
Patienten eingebracht wird. Jedes emittierte Positron reagiert mit
einem Elektron in einer als Annihilationsereignis bekannten Weise
und erzeugt dadurch ein koinzidentes Paar von 511 keV Gammastrahlen,
die sich in entgegengesetzten Richtungen entlang einer als Koinzidenzlinie
bezeichneten Linie fortpflanzen. Das koinzidente Paar wird erkannt
und benutzt, um ein klinisch nutzbares Bild zu erzeugen.
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Traditionell
werden bei PET-Scannern Detektorelemente verwendet, die in Kreisen
oder Ringen um die Bildgebungsregion angeordnet sind, wobei eine
Ebene der Ringe senkrecht zu der Achse der Bildgebungsregion steht.
Jeder Ring entspricht einer axialen Schicht des Patienten. Mit Hilfe
von zwei- oder dreidimensionalen Rekonstruktionsalgorithmen werden
Daten von jedem Ring für
eine Vielzahl von Schichten rekonstruiert, um Bilder des Patienten
zu erzeugen.
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Die
Nachfrage nach PET hat ständig
zugenommen. Positronen emittierendes pharmazeutisches FDG ist heute
eventuell das wichtigste nukleare Bildgebungsmittel, da es in der
Lage ist, maligne Tumore zu markieren. Es ist außerordentlich wünschenswert,
Patienten mit Hilfe von FDG von Kopf bis Fuß oder vom Fuß bis zum
Kopf auf vermutete Tumore zu untersuchen, bevor man eine stärker lokalisierte
PET oder andere Bildgebungsverfahren anwendet. Das Potenzial der
PET-Bildgebung als ein allgemeines Mittel zur Reihenuntersuchung
kann jedoch nicht vollständig
genutzt werden, weil herkömmliche
PET-Bildgebungssysteme
ein kleines axiales Sichtfeld (im Allgemeinen weniger als 150 mm)
haben und sehr teuer sind (ihre Kosten liegen in einem Bereich von
1,2 bis 2,9 Millionen US-Dollar).
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Die
internationale Patentanmeldung WP 95/35509 bezieht sich auf ein
Gerät und
ein Verfahren zur Schaffung eines Bildes der inneren Anatomie eines
Körperteils
und beschreibt ein Verfahren zur Bildgebung mittels einer Vielzahl
von Detektoren, die um eine Bildgebungsregion herum angeordnet sind,
um koinzidente Gammastrahlenpaare zu erkennen, die von Positronen-Annihilationsereignissen
erzeugt werden, welche innerhalb eines Objekts in der Bildgebungsregion
auftreten. Jeder Detektor hat eine strahlungsempfindliche Stirnfläche und
ist in der Lage, Strahlung zu erkennen, die an einer Vielzahl von
axial und transversal verlaufenden Koordinaten auf seiner Stirnfläche empfangen
wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erkennen von
koinzidenten Gammastrahlenpaaren, die durch innerhalb des Objekts
auftretende Positronen-Annihilationsereignissen erzeugt werden;
Bestimmen einer axial und einer transversal verlaufenden Koordinate, an
der jeder Gammastrahl in einer Vielzahl von erkannten koinzidenten
Gammastrahlenpaaren erkannt wurde; und Nutzen der ermittelten Koordinaten
zur Erzeugung eines Bildes, das die Positronen-Annihilationsereignisse
angibt, wobei die Detektoren und das Objekt in einer konstanten
relativen Winkelausrichtung gehalten werden, während die koinzidenten Gammastrahlenpaare
erkannt werden.
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In
der internationalen Patentanmeldung WO 95/35509 wird außerdem ein
Bildgebungsgerät
beschrieben, das Folgendes umfasst: Mittel zum Erkennen einer Vielzahl
von Positronen-Annihilationsereignissen, die innerhalb der Anatomie
eines Patienten auftreten, wobei jedes Positronen-Annihilationsereignis
ein Paar Gammastrahlen erzeugt, die sich in entgegengesetzten Richtungen
entlang einer Koinzidenzlinie fortpflanzen; Mittel zum Bestimmen
des Schnittpunkts von jeder der Koinzidenzlinien mit einer Bildebene;
und Mittel zum Erzeugen eines Bildes, das den Schnittpunkt von jeder
der Koinzidenzlinien mit der Bildebene angibt.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bildgebungsverfahren,
bei dem eine Vielzahl von Detektoren genutzt wird, die um eine Bildgebungsregion
herum angeordnet sind, um koinzidente Gammastrahlenpaare zu erkennen,
welche durch Positronen-Annihilationsereignisse erzeugt werden,
die in einem in der Bildgebungsregion befindlichen Objekt auftreten,
gekennzeichnet durch:
Bewegen der Detektoren und/oder des Objekts
relativ zueinander in einer axialen Richtung;
für jedes
Gammastrahlenpaar aus der Vielzahl erkannter Gammastrahlenpaare
Bestimmen der axialen Position der Detektoren relativ zum Objekt;
Nutzen
der ermittelten axialen und transversalen Koordinaten und der ermittelten
relativen axialen Position der Detektoren zum Objekt, um ein Bild
zu erzeugen, das die Positronen-Annihilationsereignisse angibt;
und
während
der Schritte des Erkennens und Bewegens Halten der Detektoren und
des Objekts in einer konstanten relativen Winkelausrichtung.
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Gemäß einem
eingeschränkteren
Aspekt kann der Schritt des Nutzens der ermittelten axialen und transversalen
Koordinaten das Summieren der axialen und transversalen Koordinate,
bei der jeder Gammastrahl aus einer Vielzahl der erkannten koinzidenten
Gammastrahlenpaare erkannt wurde, mit der ermittelten relativen
axialen Position der Detektoren zum Objekt umfassen, um ein Bild
zu erzeugen, das die Positronen-Annihilationsereignisse angibt.
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Gemäß einem
eingeschränkteren
Aspekt werden zwei Detektoren genutzt, die in einem gegenüberliegenden
Verhältnis
um die Bildgebungsregion herum angeordnet sind.
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Gemäß einem
weiteren eingeschränkteren
Aspekt umfasst der Schritt der Nutzung den Schritt des Anwendens
von entweder einem Rückprojektionsverfahren
oder einem iterativen Rekonstruktionsverfahren.
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Gemäß einem
weiteren eingeschränkteren
Aspekt umfasst der Schritt der Nutzung das Definieren einer Bildebene.
Für jedes
Gammastrahlpaar aus einer Vielzahl der erkannten Gammastrahlenpaare
wird ein Schnittpunkt der Koinzidenzlinie mit der Bildebene ermittelt.
Anschließend
kann ein Bild erzeugt werden, das die Schnittpunkte der Koinzidenzlinien
mit der Bildebene angibt.
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Gemäß einem
noch eingeschränkteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung hat das Objekt eine Längsachse
und liegt die Ebene im Wesentlichen parallel zur Längsachse.
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Gemäß einem
weiteren noch eingeschränkteren
Aspekt kann eine Vielzahl von Bildebenen definiert werden, die räumlich voneinander
abgesetzt sind. Der Abstand zwischen den Ebenen kann 10 mm betragen. Für jede der
Vielzahl von Bildebenen kann ein Bild erzeugt werden, das die Schnittpunkte
angibt.
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Gemäß einem
weiteren noch eingeschränkteren
Aspekt kann jeder Detektor eine Vielzahl von lichtempfindlichen
Elementen umfassen, die in einer im Allgemeinen planaren Matrix
angeordnet sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Bildgebungsgerät gekennzeichnet durch:
Mittel
zum Bewegen der Mittel zum Erkennen und/oder des Patienten in Bezug
zueinander in einer axialen Richtung;
Mittel zum Bestimmen
der axialen Position der Mittel zum Erkennen relativ zum Patienten
für jedes
Gammastrahlenpaar aus der Vielzahl von erkannten Gammastrah lenpaaren;
wobei
das Mittel zum Erzeugen eines Bildes, das die Positronen-Annihilationsereignisse
angibt, Mittel zum Nutzen des Schnittpunktes von jeder der Koinzidenzlinien
mit einer Bildebene und der ermittelten relativen axialen Position
der Mittel zum Erkennen zu dem Patienten umfasst; und
wobei
die Mittel zum Erkennen und der Patient in einer konstanten relativen
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Winkelausrichtung
gehalten werden, wenn die Mittel zum Erkennen und die Mittel zum
Bewegen in Funktion sind.
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Gemäß einem
eingeschränkteren
Aspekt der Erfindung kann die Bildebene im Wesentlichen parallel zur
Längsachse
des Patienten verlaufen.
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Gemäß einem
eingeschränkteren
Aspekt der Erfindung können
die Mittel zum Erkennen eine Vielzahl von Sensorköpfen umfassen,
und jeder Sensorkopf kann eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen
enthalten, die in einer Matrix angeordnet sind, welche sich in axialer
und transversaler Richtung erstreckt.
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Im
Folgenden werden ein Bildgebungsgerät und -verfahren anhand von
Bei spielen unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Nuklearkamera;
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2 eine
typische Detektor/Patienten-Positionierung zu Beginn einer Ganzkörper-Bildgebungsuntersuchung;
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3 eine
typische Detektor/Patienten-Positionierung im Verlauf einer Ganzkörper-Bildgebungsuntersuchung;
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4 ein
Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Bildgebungssystems;
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5 eine
Reihe von erfindungsgemäß erzeugten
Bildern; und
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6 die
Schnittpunkte der Koinzidenzlinien mit einer Vielzahl von Bildebenen
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Bezug
nehmend auf 1 umfasst eine Nuklearkamera 8 eine
Gantry-Baugruppe 12 und
ein Paar einander gegenüberliegender
Detektorköpfe 10a, 10b.
Ein Patiententisch 23 ist vorgesehen, um einen Patienten
oder ein anderes abzubildendes Objekt zu tragen. Die Detektorköpfe 10 sind
auf eine solche Weise physikalisch an der mechanischen Gantry-Baugruppe 12 angebracht,
dass das abzubildende Objekt zwischen den Oberflächen der einander gegenüberliegenden
Detektoren 10 platziert werden kann. 1 zeigt
ein Beispiel einer Nuklearkamera 8, in der sich die Gantry 12 und
die Detektorköpfe 10 in
axialer Richtung 9 bewegen, während das abgetastete Objekt
in einer festen Position bleibt.
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Die
Detektorköpfe 10a, 10b sind
rechteckige positionsempfindliche Gammastrahlendetektoren, die so konfiguriert
sind, dass mindestens zwei der Detektorköpfe 10 physikalisch
so angeordnet werden können, dass
sie Positronenereignis-Aktivität
erkennen. Die elektrischen Ausgangssignale der Detektorköpfe 10 spezifizieren
die x, y-Koordinaten der erkannten Ereignisse auf den Detektoroberflächen sowie
die Energie, oder z, der Ereignisse. Ein elektronisches Teilsystem
ermittelt, ob Ereignisse von beiden Detektorköpfen innerhalb eines schmalen
Zeitfensters empfangen wurden, was auch als Koinzidenz bezeichnet
wird. Die Ereignisvalidität
wird ebenfalls geprüft,
um sicherzustellen, dass das Koinzidenzpaare vollständig und
in Koinzidenz ist. Außerdem
wird eine Ereignisunterscheidung (Energiefenster) durchgeführt, um
sicherzustellen, dass die erkannten Ereignisse innerhalb eines Energiebereichs
liegen, der dem verwendeten Radionuklid entspricht. Die Koinzidenzdaten
werden anschließend
an ein Echtzeit-Datenerfassungs- und -verarbeitungssystem übertragen.
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Um
den Patienten von Kopf bis Fuß zu
untersuchen, muss entweder die Gantry-Baugruppe 12, die
die Detektoren 10 trägt,
oder das abzubildende Objekt auf kontrollierte Weise entlang einer
Ganzkörper-
oder axialen Bewegungsachse 9 bewegt werden, damit der
gesamte gewünschte
abzubildende Bereich während
einer gleichen Zeitdauer im Sichtfeld der Detektoren 10 positioniert
wird, das im Allgemeinen in der axialen Richtung physikalisch kleiner
ist als das abzubildende Objekt oder der abzubildende Patient.
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Von
entscheidender Bedeutung ist, dass der Bewegungszusammenhang der
Gantry, der Detektorköpfe 10 und
des Objekts oder Patienten genau gesteuert wird, um präzise Bilder
zu erzeugen. Bezug nehmend auf 4 wird dies
durch die Verwendung eines Präzisionsbewegungssteuerungssystems 21 erreicht,
das benutzt wird, um entweder die Gantry 12 und damit das
Detektorsystem 10 über
das abgetastete Objekt zu bewegen oder die Plattform oder den Tisch 23,
auf der bzw. auf dem das abgetastete Objekt oder der Patient liegt,
durch die Gantry 12 und die Detektoren 10 zu bewegen,
so dass sichergestellt wird, dass alle Bereiche des abgetasteten
Objekts während
der Ganzkörperuntersuchung
während
der gleichen Zeitdauer im Sichtfeld der Detektoren verweilen. Das
Bewegungssteuerungssystem 21 umfasst einen hochpräzisen Positionscodierer,
der von dem Bewegungssteuerungssystem 21 benutzt wird,
um sowohl axiale Positions- als auch Geschwindigkeitsinformationen
zu ermitteln.
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Weiterhin
Bezug nehmend auf 4 umfasst die Gammakamera 8 Gammakameraköpfe 10a, 10b,
die so montiert sind, dass sie sich drehbar und axial in Bezug auf
eine Untersuchungsregion 14 bewegen. Die Gammakameraköpfe 10a, 10b erkennen
die von dem Objekt oder Patienten ausgehende oder die das Objekt oder
den Patienten durchquerende Strahlung. Obwohl sich die Beschreibung
auf zwei Gammakameraköpfe 10a, 10b bezieht,
können
auch drei oder mehr Köpfe
verwendet werden.
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Die
Köpfe 10a, 10b sind
auf einem rotierenden Gantryteil 12 montiert. Die Gammakamera 8 umfasst auch
ein Drehbewegungsmittel wie einen Motor 16 und Axialbewegungsmittel
wie einen Motor 18, die einzeln oder in Kombination betrieben
werden können,
um die Detektorköpfe 10a, 10b in
eine Vielzahl von Positionen in Bezug auf die Untersuchungsregion 14 zu
bewegen. Die schienenmontierte Gantry und damit die Detektoren 10a, 10b können axial
entlang der Untersuchungsregion 14 verschoben werden und
in einer im Allgemeinen kreisförmigen
Bahn um die Untersuchungsregion 14 gedreht werden.
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Das
Bewegungssteuerungssystem 21 umfasst auch einen Axialantrieb 22 und
einen Rotationsantrieb 24 zum Steuern der Funktion der
Motoren 16, 18. Zu jedem Antrieb gehört eine
Positionsrückmeldevorrichtung wie
zum Beispiel ein Positionscodierer. Entsprechend bieten die Antriebe 22 und 24 eine
Regelung der Rotations- und Axialposition. Die relative axiale Bewegung
zwischen den Detektoren 10a, 10b und dem Patienten kann
alternativ durch Verschieben der Patientenauflage 23 erfolgen.
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Jeder
Detektorkopf 10 umfasst eine NaI(T1) Szintillatorkristallschicht
und x, y-Matrix aus Fotovervielfacherröhren (englisch: photomultiplier
tube, PMT). Die Energie der auf das Szintillatorkristall auftreffenden Gammastrahlen
wird in Licht umgewandelt, das von einer oder mehreren Fotovervielfacherröhren erkannt wird,
wodurch ein erkanntes Ereignis signalisiert wird. Die Koinzidenzlogikschaltung 26 ermittelt,
ob Ereignisse von beiden Detektoren 10a, 10b gleichzeitig
erkannt werden. Insbesondere ermittelt die Koinzidenzlogik 26, ob
beide Detektoren einen Gammastrahl innerhalb eines vorgegebenen
Koinzidenzzeitintervalls erkennen, das zum Beispiel in der Größenordnung
von 15 Nanosekun den liegt. Ist dies der Fall, erzeugt die Koinzidenzlogik 26 ein
digitales Koinzidenzsignal 28, das angibt, dass ein Koinzidenzereignis
aufgetreten ist. Wenn die Detektoren 10a, 10b auf
der anderen Seite Ereignisse erkennen, die zeitlich weiter auseinanderliegen
als das Koinzidenzzeitintervall vorgibt, wird das Koinzidenzsignal 28 nicht
erzeugt, und die Ereignisse werden nicht weiter verarbeitet.
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Zu
jedem Detektor 10a, 10b gehört eine Energie- und Positionsermittlungsschaltung 30a, 30b,
die sowohl die Energie z als auch die Position x, y der erkannten
Ereignisse ermittelt. Die Schaltung 30a, 30b wird durch
das Koinzidenzsignal 28 getriggert, so dass die Energie
z und die Position x, y nur für
Koinzidenzereignisse ermittelt werden. Für jedes Koinzidenzereignis
werden Positionen und Energien x1, y1, z1 und x2, y2, z2 erzeugt,
die den von den Detektoren 10a, 10b erkannten
Ereignissen entsprechen. Die Positionen y1,
y2 in der axialen Richtung werden so justiert,
dass die axiale Position der Detektorköpfe 10 zum Zeitpunkt
der Erkennung des Koinzidenzereignisses berücksichtigt wird. Anders ausgedrückt, die
y-Positionen werden in Bezug auf die Patienten- oder Bildgebungsregion
ermittelt.
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Ein
Datenerfassungsprozessor 32 erhält die Daten für jedes
erkannte Ereignis und erzeugt eine Liste, die die Energie z und
die Position x, y der erkannten Ereignisse in jedem von einer Vielzahl
von Koinzidenzereignispaaren enthält, zusammen mit der Rotationsposition 2 des
Detektors zu dem Zeitpunkt, an dem das Koinzidenzereignis erkannt
wurde. Diese Informationen werden vorzugsweise gespeichert, um sie
zu gegebener Zeit verarbeiten zu können, zum Beispiel nachdem
die Datenerfassung für
einen bestimmten Patienten vollständig abgeschlossen ist.
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Die
weitere Verarbeitung der gespeicherten Daten erfolgt vorzugsweise
mit Hilfe eines herkömmlichen Bildgebungscomputers 34.
Die Daten werden rekonstruiert, wie nachstehend ausführlicher
beschrieben. Eine Bedienerschnittstelle 35 umfasst vorzugsweise
einen Videoprozessor und Monitor oder Drucker zum Umwandeln ausgewählter Abschnitte
der Bilder in eine von Menschen lesbare Form.
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Weiter
Bezug nehmend auf 4 werden die durch die Detektoren 10 erzeugten
Daten für
die Position x, y und die Energie z des Ereignisses an die Verzerrungs- und Empfindlichkeitskorrekturschaltung 25 weitergeleitet,
wo die Daten entsprechend der verschiedenen geometrischen Verzerrungen
und Empfindlichkeitsschwankungen der Detektoren korrigiert werden.
Die korrigierten Ereignisdaten werden ihrerseits an die Summierschaltung 27 weitergeleitet.
Die Positionsinformationen von dem Bewegungssteue rungssystem 21 werden
ebenfalls an die Summierschaltung 27 weitergeleitet. Die
Summierschaltung 27 summiert die Positionsinformationen
des Ereignisses mit den Positionsinformationen von dem axialen Positionscodierer
und erzeugt damit die summierte x, y,z-Ausgabe für jedes erkannte Ereignis.
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Während einer
Ganzkörperabtastung
bleiben die Detektorköpfe 10 in
dem gleichen transversalen Winkel 2, während sie langsam in axialer
Richtung 9 vom Kopf zum Fuß bewegt werden. 2 zeigt
ein Beispiel der Detektorposition für eine Untersuchung, bei der
die Abtastung am Kopf des Patienten 14 beginnt (d.h. zu Beginn
einer Ganzkörperuntersuchung),
während 3 die
Detektorposition etwas später
im Untersuchungsverlauf zeigt, wobei sich die Detektoren 10 relativ
zum Patienten bewegen. Der Betrieb eines derartigen Systems ist
nicht auf die Abbildung von Kopf bis Fuß beschränkt, sondern die Abtastung
kann in beiden Richtungen mit benutzerdefinierbaren Start- und Endpositionen
durchgeführt
werden.
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Auch
die Ausgabe des axialen Positionscodierers wird der Summierschaltung 27 während der
Untersuchung zugeführt.
Während
sich die Detektorköpfe 10 relativ
zum abgetasteten Objekt bewegen, wird die Differenz zwischen der
ursprünglichen
Position und der aktuellen Position des Detektorkopfs 10 durch
das Echtzeit-Datenerfassungsystem 20 verfolgt. Dieser Positionsdifferenzwert
wird mit den von den Detektorköpfen
für die
sich bewegende Achse gelieferten Positionsinformationen des Ereignisses
summiert. Die Summierung kann entweder ereignisweise oder nach Abschluss
der Untersuchung erfolgen. Dieser Prozess schafft ein Detektorsichtfeld,
dessen axiale Dimension nur durch den mechanischen Verfahrweg der
Detektorköpfe
relativ zum abgetasteten Objekt begrenzt wird. Mit anderen Worten,
schafft ein System durch die Verwendung eines hochpräzisen Bewegungssteuerungssystems
in Verbindung mit der elektronischen Fähigkeit zum Summieren der physikalischen
Detektorposition relativ zu dem abgetasteten Objekt mit den positionsbezogenen
Positronen-Ereignisdaten, wie sie durch die Detektoren aufgezeichnet
wurden, ein praktisch unbegrenztes Detektorsichtfeld in axialer
Richtung.
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Diese
summierten Ereignisdaten werden anschließend verarbeitet und rekonstruiert,
um ein Bild zu erzeugen, das Aufschluss über die Anatomie des Patienten
gibt. Diese Verarbeitung und Rekonstruktion kann ereignisweise oder
als Stapelprozess am Ende der Untersuchung erfolgen.
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Bei
der kollimierten (Einzelphotonen-)Bildgebung werden die Daten nur
in einem Einfallswinkel senkrecht zum Detektorkopf gesammelt. Bei
der Koinzidenz bildgebung jedoch werden die Daten in einer Reihe von
axialen und transversalen Winkeln erfasst, da die Kollimation nicht
physikalisch, sondern elektronisch erfolgt. Es werden verschiedene
Winkelansichten von der gleichen Detektorposition erfasst, wobei
bei der Koinzidenzbildgebung Tiefeninformationen zur Verfügung stehen,
die bei der Einzelphotonenbildgebung nicht verfügbar sind.
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Die
einfachste Form der Bildrekonstruktion bei einem derartigen System
ist die Fokusebenenbildgebung. Durch Rückprojektion der Koinzidenzlinien
auf eine spezifische Ebene werden planare Bilder erzeugt. Jede Linie,
die die Ebene schneidet, bildet einen Punkt, und durch die Überlagerung
aller Punkte wird das planare Bild erstellt.
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Wie
durch die gestrichelten Linien in 6 veranschaulicht,
kann eine Reihe von planaren Bildern in verschiedenen Tiefen zwischen
den Detektorköpfen 10 rekonstruiert
werden. Obwohl jedes Aktivitätsvolumen in
mehreren Ebenen projiziert wird, liegt es nur in derjenigen Ebene
im Brennpunkt, die das Volumen schneidet. In den anderen Ebenen
ist die Aktivität
vorhanden, aber verschwommen. Zusätzlich zum Bestimmen der horizontalen
Position der Aktivität
kann mit diesem Verfahren auch die vertikale Position (Tiefe) bestimmt
werden, weil es nur eine Ebene gibt, bei der die interessierende
Aktivität
im Brennpunkt liegt. Die Fähigkeit,
die interessierende Aktivität
zu sehen, wird durch das Vorhandensein von Aktivität darüber und
darunter begrenzt, deren Zählwerte
ebenfalls in der gleichen Ebene enthalten sind, jedoch verschwommen
sind, wodurch der Bildkontrast reduziert wird.
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Diese
Art von Bildgebung ist besonders nützlich für Ganzkörperuntersu chungen bei aktiven
Tumoren mit Hilfe von FDG als Radiopharmakum. Tumore nehmen FDG
wesentlich stärker
auf als normales Gewebe, etwa in einem Verhältnis von 8:1. Die Anwesenheit
oder Abwesenheit von aktiven Tumoren kann durch eine Ganzkörperabtastung
schnell ermittelt werden. Wenn eine verdächtige Läsion gefunden wird, könnte eine zweite
tomographische Erfassung an dieser Stelle durchgeführt werden,
um eine bessere Diagnose zu erhalten.
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5 zeigt
eine FDG-Ganzkörperstudie,
die gemäß der oben
beschriebenen Vorgehensweise durchgeführt wurde. Untersucht wurde
ein Patient mit kolorektalem Karzinom nach der Operation, und mit
der Untersuchung sollte herausgefunden werden, ob Tumorreste im
Becken verblieben sind und ob sich der Tumor eventuell in andere
Bereiche des Körpers
ausgebreitet hat. Die dargestellten Bilder sind Planaransichten
in verschiedenen Tiefen (in einem Abstand von 15 mm), die mit dem
oben beschriebenen Verfahren re konstruiert wurden. In dem Bild mit
der Bezeichnung „–3.00 cm" lässt sich
leicht eine Läsion
in der Region des Brustkorbs erkennen. Dies ist die Ebene, in der
die Läsion
im Brennpunkt liegt. In benachbarten Ebenen wird die Läsion immer
noch sichtbar sein, aber nicht scharf fokussiert, und in anderen
Ebenen ist die Läsion
kaum zu sehen. Durch Überprüfen der
Reihe von Ganzkörperbildern
lässt sich
auf einfache Weise schnell feststellen, in welchem Maße der Tumor
gestreut hat. Geeignete Ergebnisse wurden auch mit den Planaransichten
in einem Abstand von 10 mm erzielt.
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Um
die Bildqualität
potenziell zu verbessern, kann der Akzeptanzwinkel sowohl in axialer
als auch in transversaler Richtung begrenzt werden. Der Kontrast
würde verbessert,
indem der Winkelbereich begrenzt wird, da weniger Aktivität in anderen
Tiefen verschwommen in der interessierenden Ebene auftauchen würde. Dies
würde jedoch
auf Kosten der Anzahl von Zählwerten
und der Tiefenauflösung
gehen, die beide verringert werden. Der Winkelbereich würde daher
so gewählt,
dass die Bildqualität
optimiert wird. Eine Möglichkeit
zur Begrenzung des Akzeptanzwinkels in axialer Richtung besteht
darin, Septen (zum Beispiel aus Blei) an den Detektorköpfen anzubringen.
Die Septen verhindern nicht nur, dass Weitwinkelereignisse den Detektor
erreichen, sondern auch, dass Strahlung von anderen Körperteilen
mit hoher Aktivität
(zum Beispiel der Blase) den Detektor erreicht, so das Zufallskoinzidenzen
reduziert werden und der Bildkontrast weiter verbessert wird.
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Wie
bei der tomographischen Koinzidenzbildgebung ist es außerdem erforderlich,
eine Effizienznormalisierung in transveraler Richtung durchzuführen. Die
Ränder
des Sichtfelds weisen im Vergleich zur Mitte des Sichtfelds eine
geringere Empfindlichkeit auf, da der Detektor nur einen kleineren
Winkelbereich sehen kann. Das planare Bild muss entsprechend neu
skaliert werden, um die Zählwertdichte über das
Sichtfeld gleichmäßiger und
genauer zu machen.
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Es
gibt auch andere mögliche
Ausführungsformen
für die
Ganzkörperabtastungs-Koinzidenzbildgebung.
Die rekonstruierten Ebenen brauchen zum Beispiel nicht parallel
zu den Detektorköpfen
zu verlaufen und die Detektorköpfe
brauchen nicht parallel zueinander zu liegen. Die radialen Positionen
der Detektorköpfe könnten justiert
werden, wenn sie seitlich abgetastet werden, wie dies häufig bei
der Einzelphotonen-Ganzkörperbildgebung
erfolgt. Es könnten
modernere Verfahren der Bildrekonstruktion angewendet werden, um
die letztendliche Bildqualität
zu verbessern, zum Beispiel iterative Maximum-Likelihood-Rekonstruktion oder tomographische
Rekonstruktion mit begrenztem Winkel. Außerdem könnte eine Nachverarbeitung
der Bilder mit Glättungs-
und/oder restorativen Filtern und eine Korrektur der Bilder hinsichtlich
Zufalls- und Streukoinzidenzen sowie Detektor-Ungleichmäßigkeit
erfolgen.
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Die
Ganzkörperabtastungs-Koinzidenzbildgebung
der beschriebenen Ausführungsformen
bietet die Vorteile, dass man im Wesentlichen Ganzkörper-PET-Bilder
auf schnelle und kostengünstige
Weise erhalten kann und dass sich das effektive axiale Sichtfeld
der Detektoren über
im Wesentlichen die gesamte Länge
des Patienten erstrecken kann.
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Die
Entwicklung von Gammadetektorsystemen mit mehreren Köpfen mit
großem
Sichtfeld, die in der Lage sind, Positronen-Koinzidenzbildgebung
durchzuführen,
liefert eine kostengünstigere
Alternativ zu herkömmlichen
PET-Bildgebungssystemen. Die Erfindung bezieht sich auf die praktische
Implementierung von Ganzkörper-PET-Bildgebung unter
Verwendung von Gammadetektorsystemen mit großem Sichtfeld.
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Die
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Es ist offensichtlich, dass dem Fachmann nach der Lektüre und dem
Verstehen der vorhergehenden detaillierten Beschreibung Abwandlungen
und Abänderungen
einfallen werden. Die Erfindung ist daher so auszulegen, dass sie
alle derartigen Abwandlungen und Abänderungen insofern beinhaltet,
als sie im Rahmen der angefügten Ansprüche oder
Entsprechungen davon liegen. Text
in der Zeichnung Figur
4
| Coincidence
logic | Koinzidenzlogik |
| Distortion
and sensitivity correction circuits | Verzerrungs-
und Empfindlichkeitskorrekturschaltung |
| Summation
circuit | Summierschaltung |
| Axial
drive | Axialer
Antrieb |
| Rotational
drive | Rotationsantrieb |
| Data
acquisition processor | Datenerfassungsprozessor |
| Operator
interface | Bedienerschnittstelle |
| Image
processing computer | Bildverarbeitungscomputer |