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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Positronen-Emissions-Tomographie(PET)-
und die Magnetresonanz(MR)-Bildgebung und insbesondere auf ein kombiniertes PET-MR-System
und Verfahren zum Ausschluss von PET-Daten, die während MR-Übertragungen erfasst werden,
um die Gesamtqualität
der Daten bei einer PET-Abtastung zu verbessern.
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Die
PET-Bildgebung beinhaltet die Erzeugung von tomographischen Bildern
von positronenemittierenden Radionukliden in einem Objekt von Interesse.
Ein radionuklidgekennzeichneter Wirkstoff wird einer Testperson
verabreicht, die innerhalb des Detektorringes positioniert ist.
Bei seinem Zerfall emittiert das Radionuklid positiv geladene Teilchen, die
als "Positronen" bekannt sind. Während diese
Positronen durch die verschiedenen Gewebe der Testperson hindurch
wandern, verlieren sie kinetische Energie und kollidieren schließlich mit
einem Elektron, was zu beidseitiger Annihilation führt. Infolge der
Positronenannihilation entsteht ein Paar entgegengesetzt ausgerichteter
Gammastrahlen, die bei ungefähr
511 keV emittiert werden.
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Es
sind ebendiese Gammastrahlen, die von den Szintillatoren des Detektorrings
erkannt werden. Jeder Szintillator leuchtet auf, wenn er von einem Gammastrahl getroffen
wird, wodurch ein photovoltaisches Element wie beispielsweise eine
Photodiode aktiviert wird. Die Signale von der Photovoltaik werden
als Inzidenz der Gammastrahlen verarbeitet. Wenn zwei Gammastrahlen
zu ungefähr
derselben Zeit auf einander gegenüberliegend angeordneten Szintillatoren
auftreffen, wird die Koinzidenz registriert. Datensortierungseinheiten
verarbeiten die Koinzidenzen, um zu bestimmen, bei welchen es sich
um echte Koinzidenzereignisse handelt, und um Daten auszusortieren,
die Ausfallzeiten und einzelne Gammastrahlrichtungen darstellen.
Die Koinzidenzereignisse werden gruppiert und integriert, so dass
sie Frames von PET-Daten bilden, die zu Bildern rekonstruiert werden
können,
welche die Verteilung des durch ein Radionuklid gekennzeichneten
Wirkstoffes und/oder dessen Metaboliten bei der Testperson darstellen.
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MR-Bildgebung
beinhaltet die Verwendung von Magnetfeldern und Anregerimpulsen,
um freien Induktionszerfall der Atomkerne zu erkennen, welche Nettoseins
zeigen. Wenn eine Substanz wie menschliches Gewebe einem einheitlichen
Magnetfeld (Polarisierungsfeld B0) ausgesetzt
wird, streben die individuellen magnetischen Momente der Spins in
dem Gewebe danach, sich entsprechend dem Polarisierungsfeld auszurichten,
bewegen sich jedoch um dieses in einer zufälligen Anordnung und bei ihrer
charakteristischen Larmor-Frequenz
herum. Wenn die Substanz oder das Gewebe einem Magnetfeld (Anregungsfeld
B1) ausgesetzt wird, das sich in der x-y-Ebene
befindet und in der Nähe
der Larmor-Frequenz liegt, kann das Netto-Ausrichtungsprodukt oder
die "Längsmagnetisierung", MZ,
in der xy-Ebene gedreht oder "gekippt" werden, um einen
diagonalen magnetischen Nettomoment Mt zu
erzeugen. Nachdem das Anregungssignal B1 beendet
wurde, wird von den angeregten Spins ein Signal emittiert, und dieses
Signal kann empfangen und verarbeitet werden, um ein Bild zu erzeugen.
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Wenn
diese Signale zur Erzeugung von Bildern verwendet werden, werden
Magnetfeldgradienten (Gx, Gy,
und Gz) eingesetzt. Typischerweise wird die
abzubildende Region durch eine Sequenz von Messungszyklen abgetastet,
in denen diese Gradienten je nach dem speziellen angewendeten Lokalisierungsverfahren
variieren. Der daraus resultierende Satz von NMR-Signalen wird digitalisiert
und verarbeitet, um das Bild unter Verwendung von vielen wohlbekannten
Rekonstruktionstechniken zu rekonstruieren.
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Diese
Magnetfelder und HF-Impulse der MR-Bildgebung können die Funktionen der PET-Komponenten,
und folglich auch die Verlässlichkeit
der erfassten PET-Daten, beeinträchtigen.
Bei Hybridsystemen, bei denen diese beiden Modalitäten kombiniert
werden, können
die Magnetfelder und HF-Impulse der MR-Komponenten die PET-Detektorringkomponenten
in unterschiedlichem Maße
beeinträchtigen.
Beispielsweise funktionieren Fotoelektronenvervielfacherröhren und
andere Arten von Photovoltaik in Magnetfeldern nicht besonders gut.
Ebenso können
HF-Impulse bei den PET-Erkennungssignalen zu erhöhtem Rauschen führen. So
können PET-Daten,
die zur Zeit eines HF- oder Gradientimpulses erfasst wurden, als
beeinträchtigt
betrachtet und in einigen Fällen
nicht für
die PET-Rekonstruktion verwendet werden.
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Bei
einigen Versuchen zur Kompensierung der Effekte von MR-Übertragungen
auf PET-Daten sind HF-Abschirmungen auf und um die PET-Komponenten
herum verwendet worden. Allerdings kann es sein, dass diese Techniken
bei der Eliminierung der Effekte der MR-Übertragungen auf die PET- Komponenten und die
Qualität
der erfassten Daten nicht immer in vollem Umfang effektiv sind,
insbesondere bei der MR-Bildgebung mit höherem Tesla. Außerdem erhöht der Einbau
einer HF-Abschirmung die Kosten und die Komplexität von hybriden
MR-PET-Systemen. Andere Versuche, die MR Beeinträchtigung bei der PET-Erfassung
auszugleichen, umfassten die Verwendung von Lichtröhren, um
Szintillatorilluminationen an entfernt gelegene und abgeschirmte
Photovoltaik zu übermitteln.
Solche Verfahren erhöhen ebenfalls
die Kosten und die Komplexität
sowie auch die Größe von MR-PET-Scannern.
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Es
wäre daher
wünschenswert,
ein System und Verfahren zu haben, das in der Lage ist, die Effekte
der MR-Gradienten-
und HF-Impuls-Übertragungen
auf die PET-Ausrüstung effektiv
und effizient zu kompensieren, ohne dass dabei eine komplexe HF-Abschirmung
oder andere zusätzliche
physische Kompensationskomponenten notwendig wären. Es wäre ferner wünschenswert, wenn das System
so angepasst werden könnte,
dass es solch eine Kompensation in verschiedenen Konfigurationen
von vorhandenen hybriden PET-MR-Scannersystemen
ausführen
könnte.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird ein System und Verfahren zur Verbesserung der PET-Datenqualität bei gleichzeitiger MR-Datenerfassung
geliefert. Indem diejenigen PET-Daten, die während der aktiven MR-Übertragungen
erfasst wurden, ausgeschlossen werden, können die zuvor dargelegten
Nachteile von vorhandenen Kompensationssystemen umgangen werden.
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Daher
umfasst ein Bildgebungsscanner gemäß einem Aspekt der Erfindung
eine Anzahl von Gradientenspulen, die um die Bohrung eines Magneten
herum positioniert sind, um in diese ein Polarisierungsfeld einzubringen,
eine HF-Spulenanordnung, die
HF-Impulssequenzen aussendet und daraus resultierenden MR-Signale
von einem in der Bohrung befindlichen Objekt von Interesse empfängt, einem Detektor,
der so positioniert ist, dass er PET-Emissionen vom Objekt von Interesse
erkennt, und einen Koinzidenzprozessor, der so angeschlossen ist,
dass er einen Ausgang vom Detektor empfängt. Es ist auch ein Auslöschungsregler
vorhanden, um die Perioden, während
derer die PET-Erkennung fehlerhaft sein könnte, zu identifizieren.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bilderfassungsregler vorgestellt,
der einen MR-Übertragungsmonitor
umfasst, welcher Signale an eine Verarbeitungseinheit ausgibt, die MR-Übertragungen
darstellen können.
Die Übertragungseinheit
ist so programmiert, dass sie diese Signale empfängt und eine Zeitgebungssequenz
der MR Übertragungszeiten
auf der Grundlage der Signale generiert. Durch die Verwendung der
Zeitgebungssequenz kann die Übertragungseinheit
[bestimmte] Daten vom PET-Bildgebungsprozess ausschließen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für die PET-Bildgebung
vorgestellt. Das Verfahren umfasst die Verabreichung eines PET-Wirkstoffes
an eine Testperson, die Erkennung der von Objekt ausgehenden Positronenemissionen,
um einen Strom aus PET-Daten zu generieren und die MR-beeinträchtigten
PET-Daten dann aus dem Strom von PET-Daten auszuschließen. Dann können aus
dem verbleibenden Strom von PET-Daten PET-Bilder rekonstruiert werden.
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Verschiedene
andere Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden detaillierten
Beschreibung und der Zeichnungen verdeutlicht.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Zeichnungen illustrieren Ausführungsformen,
die zurzeit zur Ausführung
der Erfindung in Betracht gezogen werden.
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Für die Zeichnungen
gilt:
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines hybriden PET-MR-Bildgebungssystems,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst.
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2 ist
ein Graph von einer beispielhaften MR-Abtastsequenz mit PET-Gating gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines PET-Bildgebungssystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das eine Technik zur gleichzeitigen PET-MR-Erfassung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Was 1 anbelangt,
so werden die Hauptkomponenten eines beispielhaften hybriden PET-MR Bildgebungssystems 10 gezeigt,
welches die Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen kann. Der Betrieb des Systems
kann von einer Bedienerkonsole 12 aus reguliert werden,
die eine Tastatur oder eine andere Eingabevorrichtung 13,
ein Bedienfeld 14 und einen Anzeigebildschirm 16 umfasst.
Die Konsole 12 kommuniziert über eine Verbindung 18 mit
einem separaten Computersystem 20, das es einem Bediener
ermöglicht,
die Erzeugung und Anzeige von Bildern auf dem Anzeigebildschirm 16 zu steuern.
Das Computersystem 20 umfasst eine Anzahl von Modulen,
wie ein Bildprozessormodul 22, ein ZVE-Modul 24 und
ein Datenspeichermodul 26. Das Computersystem 20 kann
auch mit einem permanenten oder einem Back-up-Datenspeicher oder einem Netzwerk
verbunden sein, oder kann über
Verbindung 34 mit einem separaten Systemregler 32 kommunizieren.
Die Eingabevorrichtung 13 kann eine Maus, eine Tastatur,
eine Steuerkugel, einen durch Berührung aktivierten Bildschirm,
einen (Strichcode)-Lesestift oder eine ähnliche entsprechende Eingabevorrichtung
umfassen und kann für die
interaktive Geometrievorgabe verwendet werden.
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Der
Systemregler 32 umfasst eine Reihe von Modulen, die miteinander
in Kommunikation stehen und über
die Verbindung 40 mit der Bedienerkonsole 12 verbunden
sind. Über
Verbindung 34 empfängt Systemregler 32 Befehle,
durch welche die durchzuführende
Abtastsequenz bzw. die durchzuführenden Abtastsequenzen
angezeigt werden. Für
die MR-Datenerfassung
weist ein HF-Übertragungs-/Empfangs-Module 38 den
Scanner 48 an, die gewünschte Abtastsequenz
auszuführen,
und zwar geschieht dies durch das Senden von Instruktionen, Befehlen und/oder
Anfragen, welche die Zeitgebung, die Stärke und Form der zu erzeugenden
HF-Impulse und Im- Pulssequenzen
angeben, so dass sie der Zeitgebung und der Länge des Datenerfassungsfensters entsprechen.
Was dies anbelangt, so reguliert ein Übertragungs-/Empfangs-Schalter 44 den
Fluss der Daten vom HF-Übertragungsmodul 38 über den
Verstärker 46 zum
Scanner 48 und vom Scanner 48 zum HF-Empfangsmodul 38.
Der Systemregler 32 ist auch mit einem Gradientenverstärker 42 verbunden, um
die Zeitgebung und die Form der Gradientimpulse anzuzeigen, die
während
einer Abtastung erzeugt werden.
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Die
Gradientenwellenformeninstruktionen, die vom Systemregler 32 erzeugt
wurden, werden an das Gradientenverstärkersystem 42 gesendet,
das Gx-, Gy- und Gz-Verstärker
aufweist. Die Verstärker 42 können außerhalb
des Scanners 48 oder Systemreglers 32 liegen oder
in diesen integriert sein. Jeder Gradientenverstärker aktiviert eine entsprechende physische
Gradientenspule innerhalb einer Gradientenspulenanordnung, die allgemein
mit 50 gekennzeichnet wird, um die Magnetfeldgradienten
zu erzeugen, die zur räumlichen
Kodierung der erfassten Signale dienen. Die Gradientenspulenanordnung 50 stellt
einen Teil einer Magnetenanordnung 52 dar, die einen Polarisierungsmagneten 54 und
eine HF-Spulenanordnung 56, 58 umfasst. Alternativ
können
die Gradientenspulen der Gradientenspulenanordnung 50 unabhängig von
der Magnetanordnung 52 sein. Die HF-Spulenanordnung kann,
wie gezeigt, eine Ganzkörper-HF-Übertragungsspule 56,
Oberflächen-
oder Parallel-Bildgebungspulen 58 oder eine Kombination
aus beiden umfassen. Die Spulen 56, 58 der HF-Spulenanordnung
können
sowohl für
die Übertragung
als auch für
den Empfang, oder aber für entweder
nur die Übertragung
oder nur den Empfang konfiguriert sein. Ein Impulsgenerator 57 kann,
wie gezeigt, in den Systemregler 32 integriert werden, oder
er kann in die Scanausrüstung 48 integriert
werden, um Impulssequenzen oder Impulssequenzsignale für den Gradientenverstärker 42 und/oder
die HF-Spulenanordnung 56, 58 zu
erzeugen. Außerdem
kann der Impulsgenerator 57 PET-Daten-Löschungssignale synchron zur
Erzeugung der Impulssequenzen generieren. Diese Löschungssignale können für die nachfolgende
Datenverarbeitung auf separaten logischen Linien generiert werden.
Die MR-Signale, die aus den Anregungsimpulsen resultieren, welche
von den angeregten Atomkernen im Körper des Patienten emittiert
werden, können
von der Ganzkörperspule 56 oder
von separaten Empfangsspulen, wie beispielsweise parallelen Spulen oder
Oberflächenspulen 58,
erkannt und dann über den
T/R-Schalter 44 an
das HF-Übertragungs-/Empfangs-Modul 38 übertragen
werden. Die MR-Signale werden dann in dem Datenverarbeitungsabschnitt 68 des
Systemreglers 32 demoduliert, gefiltert und digitalisiert.
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Eine
MR-Abtastung ist abgeschlossen, wenn einer oder mehrere Sätze von
rohen k-Raum-Daten im Datenprozessor 68 erfasst worden
sind. Diese rohen k-Raum-Daten werden im Datenprozessor 68 rekonstruiert,
der so funktioniert ist, dass er die Daten (mittels Fouriertechnik
oder anderer Techniken) in Bilddaten umwandelt. Diese Bilddaten
werden über Verbindung 34 an
das Computersystem 20 übermittelt,
wo sie in Datenspeicher 26 gespeichert werden. Alternativ
kann in einigen Systemen das Computersystem 20 die Bilddatenrekonstruktion
sowie andere Funktionen des Datenprozessors 68 übernehmen.
In Reaktion auf die Befehle, die von der Bedienerkonsole 12 empfangen
werden, können
die Bilddaten, die in Datenspeicher 26 gespeichert werden,
in einem Langzeitspeicher archiviert oder durch Bildprozessor 22 oder
ZVE 24 weiter verarbeitet und an die Bedienerkonsole 12 übermittelt
und auf einem Display 16 angezeigt werden.
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Bei
kombinierten MR-PET-Scansystemen können PET-Daten gleichzeitig mit der oben beschriebenen
MR-Datenerfassung gewonnen werden. So enthält Scanner 48 auch
einen Positronen-Emissions-Detektor 70, der so konfiguriert
ist, dass er Gammastrahlen von Positronenannihilationen erkennt,
welche von einem Objekt emittiert wurden. Detektor 70 umfasst
vorzugsweise eine Vielzahl von Szintillatoren und Photovoltaik,
die um die Gantry herum angeordnet sind. Der Detektor 70 kann
allerdings aus einer beliebigen geeigneten Konstruktion zur Erfassung
von PET-Daten bestehen. Außerdem müssen die
Szintillatorpakete, die Photovoltaik und andere Elektronik des Detektors 70 nicht
von den Magnetfeldern und/oder HF-Feldern abgeschirmt werden, denen
die MR-Komponenten 54, 56 ausgesetzt
werden. Allerdings wird in Betracht gezogen, dass Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Abschirmungen umfassen, wie sie auf diesem
Gebiet bekannt sind, oder aber sie können mit verschiedenen anderen
Abschirmungstechniken kombiniert werden.
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Gammastrahlinzidenzen,
die von Detektor 70 erkannt werden, werden durch die Photovoltaik des
Detektors 70 in elektrische Signale umgewandelt und durch
eine Reihe von Vorschaltelektronik[komponenten] 72 konditioniert.
Diese Konditionierungsschaltkreise 72 können verschiedene Verstärker, Filter
und Analog/Digital-Wandler umfassen. Die von der Vorschaltelektronik 72 ausgegebenen
digitalen Signale werden von einem Koinzidenzprozessor 74 verarbeitet,
um die Gammastrahlerkennungen als potentielle Koinzidenzereignisse
abzugleichen. Wenn zwei Gammastrahlen auf Detektoren auftreffen,
die einander ungefähr
gegenüber
liegen, ist es möglich,
dass irgendwo entlang der Linie zwischen den Detektoren eine Positronenannihilation
stattgefunden hat, sofern keine Wechselwirkung von weißem Rauschen
und Signalgammastrahlerkennungen vorhanden sind. So werden die Koinzidenzen,
die vom Koinzidenzprozessor 74 bestimmt wurden, in echte
Koinzidenzereignisse sortiert und schließlich mittels Datensortierer 76 integriert.
Die Koinzidenzereignisdaten oder PET-Daten vom Sortierer 76 werden
vom Systemregler 32 an einem PET-Daten-Empfangsport 78 empfangen
und zur nachfolgenden Verarbeitung 68 in Datenspeicher 66 gespeichert.
Dann können
PET-Bilder vom Bildprozessor 22 rekonstruiert und mit MR-Bildern
kombiniert werden, um hybride strukturelle und metabolische oder funktionale
Bilder zu erzeugen. Konditionierungschaltkreise 72, Koinzidenzprozessor 74 und
Sortierer 76 können
jeweils in Bezug auf den Scanner 48 oder den Systemregler 32 extern
oder darin integriert sein.
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Es
ist auch ein Auslöschungsregler
oder Monitor 80 in Systemregler 32 vorhanden.
Auslöschungsmonitor 80 identifiziert
und zeichnet die Zeiten auf, während
derer MR-Komponenten 50–56 aktiv sind oder übertragen.
Auslöschungsmonitor 80 kann
diese Zeitgebungsdaten verwenden, um die PET-Datenerfassung durch
Detektor 70 oder die Signalkonditionierung durch die Vorschaltelektronik 72 zu
sperren, oder kann eine Zeitgebungssequenz ausgeben, die während der
Datenverarbeitung durch den Koinzidenzprozessor 74, Sortierer 76,
Prozessor 68 oder Bildrekonstruierer 22 verwendet
werden soll. Der Auslöschungsmonitor 80 kann
daher mit dem Impulsgenerator 57, dem HF-Übertragungs-/Empfangs-Modul 38,
dem Gradientenverstärker 42 und/oder
anderen Systemkomponenten verbunden sein, um die Erfassungssequenzinstruktionen
synchron zu überwachen,
oder er kann direkt mit den Gradientenspulen 50 und/oder
HF-Spulen 56, 58 verbunden werden, um deren aktive
Zeiten zu überwachen
oder zu erkennen. In anderen Worten kann der Auslöschungsmonitor 80 PET-Daten
von einer PET-Erfassungssequenz ausschließen, indem er die MR-Übertragungen überwacht/erkennt
und dann reaktiv eine Zeitgebungssequenz oder ein Auslöschungssignal
generiert, oder er kann PET-Daten ausschließen, indem er eine Zeitgebungssequenz oder
ein Auslöschungssignal
synchron zu den MR-Übertragungen
generiert. Es sei auch darauf hingewiesen, dass Auslöschungsmonitor 80 individuell einen
Gradientimpulsmonitor, einen HF-Impulsmonitor oder andere MR-Übertragungsmonitore
umfassen kann, oder er kann so funktionieren, dass er alle oder
eine beliebige Kombination der MR-Übertragungen überwachen
kann.
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Was
nun 2 anbelangt, so wird der Graph einer beispielhaften
MR-Abtastsequenz 82 abgebildet, die von einem kombinierten
PET-MR-Scanner ausgeführt
werden soll. Es wird eine Anzahl von HF-Anregerimpulsen 84 übertragen,
wobei während dieser
Zeit eine Reihe von Raumkodierungs-, Dephasierungs- und/oder Rephasierungs-Gradientimpulsen 86 angewendet
werden kann, um eine beliebige bekannte MR-Erfassungssequenz auszuführen. Eine HF-Impuls-Überwachungssequenz
wird entlang Linie 88 gezeigt. Ein Auslöschungssignal, welches gleichzeitig
mit der HF-Wellenform oder dem HF-Impulsmonitor generiert wird,
bestimmt die aktiven Übertragungszeiten 90 der
HF-Spulen des MR-Abschnitts des Scanners im Verlauf der Abtastsequenz 82 und zeichnet
diese auf. Ebenso wird eine Gradientimpuls-Überwachungssequenz entlang
Linie 92 gezeigt. So zeichnet jedes mal, wenn irgendein
Gradientimpuls oder ein anderes Magnetfeld 86 angewendet
wird, ein Auslöschungssignal,
welches gleichzeitig mit den Gradientenwellenformen oder einem Gradientimpulsmonitor
generiert wird, die Zeitgebung 94 von solchen Übertragungen
im Verlauf der Abtastsequenz 82 auf. Wie gezeigt wird,
zeigt die HF-Impuls-Zeitgebungssequenz 88 ein interstitielles Überwachungsmuster,
während
die Gradientimpuls-Zeitgebungssequenz 92 ein
kontinuierliches Überwachungsmuster
zeigt, da während
der Abschnitte der gezeigten MR-Abtastsequenz 82 durchgehend
einer oder mehrere Gradienten angewendet wurden. Es sei allerdings
darauf hingewiesen, dass die Anzahl, Periode, Länge und andere Charakteristiken
der gezeigten HF- und Gradienten-Sequenzen 84, 86 je nach
beliebiger bekannter Erfassungssequenz variieren können und
dass jedes entsprechende Auslöschungssignal 88, 92 kontinuierlich
oder interstitiell sein kann. Diese Zeitgebungssequenzen 88, 92 können individuell
oder kombiniert verwendet werden, um die Datenerfassung zu sperren
oder beeinträchtigte
PET-Daten von der nachfolgenden Bildrekonstruktion auszuschließen.
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3 ist
ein Blockdiagramm eines PET-Erfassungssystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Wie oben beschrieben, formt ein Detektor 96 die
Inzidenzen der Gammastrahlen auf dessen Szintillatoren in elektrische
Signale 98 um. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung kann der Ausgang von Detektor 96 durch einen
Auslöschungsschaltkreis
oder einen anderen Erfassungsregler 126 so gesteuert oder
gegatet werden, dass während
der aktiven MR-Übertragungszeiten
keine PET-Signale 98 ausgegeben werden – sowohl was HF-Impulsübertragungen
als auch Gradientimpulsanwendungen anbelangt. Wie oben festgestellt,
kann Auslöschungsregler 126 MR-Übertragungen
erkennen oder kann in dem Impulsgenerator oder einer anderen MR-Komponente
integriert sein, um MR-Übertragungszeiten synchron
mit der Erzeugung der Impulse zu identifizieren. Die analogen elektrischen
Signale 98, die von Detektor 96 generiert werden,
werden mittels Vorschaltelektronik 99 konditioniert und
in digitale Signale 100 umgewandelt. Der Ausgang der Vorschaltelektronik 99 kann
auch durch einen Auslöschungsmonitor
oder Regler 126 reguliert werden, so dass keine digitalen
Signale 100 während
derjenigen Perioden erzeugt werden, die vom Auslöschungsmonitor 126 identifiziert
wurden. Digital Signale 100 können auch Zeitgebungsinformationen
umfassen, die sich auf den Zeitpunkt der Erfassung der Signale beziehen. Koinzidenzprozessor 102 liest
die digitalen PET-Daten 100, um die Koinzidenzen von zwei
im Wesentlichen entgegengesetzten Gammastrahlen zu erkennen. Was
dies anbelangt, so kann der Auslöschungsschaltkreis
oder -Regler 126 eine Zeitgebungssequenz der aktiven MR-Übertragungen
an den Koinzidenzprozessor 102 ausgeben (als Alternative
zu oder in Kombination mit der Sperrung des Detektors 96 und
der Vorschaltelektronik 99). Also kann der Koinzidenzprozessor 102 so
reguliert werden, dass er nur diejenigen PET-Daten verarbeitet,
die den Erfassungszeiten entsprechen, zu denen keinen aktive MR-Übertragungen
aufgetreten ist. In anderen Worten kann der Koinzidenzprozessor 102 so
konfiguriert werden, dass er nur diejenigen PET-Daten verarbeitet,
die nicht von MR-Übertragungen
beeinträchtigt wurden,
und dass er beeinträchtigte
PET-Daten ausschließt.
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Koinzidenzprozessor 102 gibt
einen Strom von Koinzidenzdaten 106 aus, die von Datensortierer 108 sortiert
werden sollen. Der Sortierer 108 ist so programmiert, dass
er bestimmt, welche der Gammastrahl-Koinzidenzen 106 als
echte Koinzidenzereignisse 110 weiterverarbeitet werden
sollen. In anderen Worten kann der Sortierer 108 Koinzidenzereignisse
herausfiltern, die Daten darstellen, welche außerhalb des gewünschten
Ansichtsfeldes liegen, und er kann die Erfassung von Daten in einer
aus einer Vielzahl von Datenframes auf der Grundlage eines dynamischen,
eines kardio-gegateten oder atmungs-gegateten Bildgebungsprotokolls
organisieren. Die Koinzidenzereignisse 110 können dann gruppiert
und durch eine Daten -Übertragungseinheit (oder
ein Histogrammgerät) 112 integriert
werden, um Frames von PET-Daten 114 zu erzeugen, die zur nachfolgenden
Bildrekonstruktion als rohe PET-Datenanordnungen in einer Datenspeichereinheit 116 gespeichert
werden sollen. Wie bei Koinzidenzprozessor 102, können Sortierer 108 und
Histogrammgerät 112 verbunden
werden, um MR-Übertragungs-Zeitgebungssequenzen
vom Auslöschungsschaltkreis
oder Erfassungsregler 126 zu empfangen. So können Sortierer 108 und
Histogrammgerät 112 so
programmiert werden, dass sie Koinzidenzen oder verarbeitete PET-Daten
vernachlässigen,
welche durch MR-Übertragungen
beeinträchtigt
sein könnten.
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In
anderen Ausführungsformen
können
Frames von rohen, unverarbeiteten PET-Daten 118, welche
Ausfallzeiten, Einzel-Gammastrahlrichtungen und potentiell beeinträchtigte
Daten umfassen, direkt vom Detektor 98 oder der Detektorelektronik 99 übertragen
werden, um zur nachfolgenden Analyse in der Datenspeichereinheit 116 gespeichert
zu werden. Ebenso können
unverarbeitete Koinzidenzdaten 120, die potentiell beeinträchtigte
PET-Daten enthalten können
oder nicht, für
die nachfolgende Analyse als Frames 122 in einer Datenbank 124 gespeichert
werden. Der Ausgang von Auslöschungsmonitor 126 kann
zur nachfolgenden Verarbeitung der PET-Datenframes 118, 122 ebenfalls
in einer oder beiden Datenspeichereinheiten 116, 124 gespeichert
werden.
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Was
nun 4 anbelangt, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das
eine beispielhafte kombinierte PET-MR-Erfassungstechnik 128 illustriert.
Ein Positronen emittierender PET-Wirkstoff, der mit Radionuklid
gekennzeichnet ist, wird in Block 130 einem Patienten oder
einem Objekt von Interesse verabreicht bzw. in dieses eingebracht.
Dann werden in Block 132 Positronenemissionen in Form von
Gammastrahlen erfasst, die durch die Positron-Elektron-Annihilationen
entstehen, die innerhalb des Körpers
des Patienten oder des Objekts auftreten. Dieser Strom von PET-Daten
wird dann auf die gleiche Weise erfasst und verarbeitet, wie sie
in Bezug auf 3 beschrieben wurde. Die Technik 128 umfasst
dann den Beginn einer MR-Erfassungssequenz in Block 134. Die
MR-Erfassung in Block 134 kann eine Vielzahl von bekannten
MR-Sequenzen umfassen, wozu Spinecho, Gradientenecho und andere
Formen der Erfassung zählen.
Außerdem
sei darauf hingewiesen, dass die MR-Erfassung vor der PET-Erfassung
beginnen kann.
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In
Block 136 wird ein Auslöschungssignal, welches
synchron zur MR-Sequenz oder durch einen Erfassungsregler, der die
MR-Sequenz überwacht, generiert
wurde, verwendet, um die genauen Zeiten zu identifizieren, zu denen
die HF-Impulse,
Gradientimpulse oder beide übermittelt
wurden. Die identifizierten MR-Übertragungszeiten
werden in Block 138 als Zeitgebungs- oder Kontrollsequenz
an die PET-Erfassungskomponenten zum Ausschluss von beeinträchtigten
MR-Daten aus dem
Datenstrom übermittelt,
welcher für
die PET-Bildrekonstruktion verwendet
wird. Der Strom von PET-Daten, der vom Detektor zum Bildrekonstruierer
wandert, wird dann in Block 140 gemäß den identifizierten MR-Übertragungszeiten
ausgelöscht.
Wie oben besprochen, kann dieser Ausschluss von Daten durch die
Deaktivierung der PET-Datengenerierung (d. h. Gating des Detektorringes
oder der Vorschaltelektronik) oder durch die Einfügung von
Markern erreicht werden, die als gelöschte Segmente des PET-Daten stroms kennzeichnen,
welche potentiell beeinträchtigten
Daten entsprechen, so dass die Segmente nicht in Bezug auf Koinzidenzen,
Koinzidenzereignisse, Gruppierungen oder die Bildrekonstruktion
im Allgemeinen verarbeitet werden. Die Technik endet mit der Rekonstruktion
eines PET-Bildes unter ausschließlicher Verwendung der nicht-ausgeschlossenen
(unbeeinträchtigten)
PET-Daten und der Rekonstruktion von MR-Bildern anhand der Daten, die im Zuge
der MR-Erfassungssequenz in Block 142 erfasst wurden.
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Folglich
umfasst in einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ein kombinierter PET-MR Bildgebungsscanner
eine Vielzahl von Gradientenspulen, die um eine Bohrung eines Magneten
positioniert sind, um darin ein Polarisierungsfeld einzubringen,
eine HF-Spulenanordnung, die mit einem Impulsgenerator verbunden
ist, um eine HF-Impulssequenz
zu emittieren, und die so angeordnet ist, dass sie MR-Signale von
einem in der Bohrung enthaltenen Objekt von Interesse empfängt, einen
Detektor, der so positioniert ist, dass er PET-Emissionen vom Objekt
von Interesse erkennt, und einen Koinzidenzprozessor, der so angeschlossen
ist, dass er einen Ausgang vom Detektor empfängt. Der Bildgebungsscanner
umfasst auch einen Auslöschungsregler,
der so konfiguriert ist, dass er Perioden identifiziert, während derer
die PET-Erkennung beeinträchtigt
sein könnte.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Bilderfassungsregler einen MR-Übertragungsmonitor,
der so konfiguriert ist, dass er Signale ausgibt, die eine MR-Übertragungen anzeigen,
und der mit einer Übertragungseinheit
verbunden ist. Die Übertragungseinheit
ist so programmiert, dass sie Signale vom MR-Übertragungsmoni tor empfängt, eine
Zeitgebungssequenz generiert, welche die MR-Übertragungszeiten anhand der
Signale erkennt, und PET-Daten
gemäß der Zeitgebungssequenz
vom PET-Bildgebungsprozess ausschließt.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur PET Bildgebung.
Das Verfahren umfasst die Verabreichung eines PET-Wirkstoffes an eine
Textperson von Interesse und die Erkennung von Positronenemissionen
von der Testperson von Interesse, um einen Strom von PET-Daten zu
generierten. MR-beeinträchtigte
Daten werden aus dem PET-Datenstrom
ausgeschlossen und anhand des PET-Datenstroms werden dann PET-Bilder
erzeugt.
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Die
vorliegende Erfindung ist anhand von bevorzugten Ausführungsformen
beschrieben worden, und es sei darauf hingewiesen, dass neben den
explizit genannten auch andere Äquivalente,
Alternativen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der
angehängten
Patentansprüche
möglich sind.
Die Reihenfolge und Sequenz der Prozess- oder Verfahrensschritte
kann gemäß den alternativen Ausführungsformen
variiert und umgestellt werden.
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Ein
System und Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von PET- und MR-Daten
von einem Objekt von Interesse mit einem hybriden PET-MR-Scanner 10 umfasst
die Überwachung
der Übertragungszeiten
der HF-90 und Gradientenspulen 94 der MR-Gerätschaft
und die entsprechende Auslöschung
von Segmenten des PET-Datenstroms. Durch den Ausschluss von PET-Daten,
die während
der aktiven MR-Übertragungen 90, 94 erfasst
wurden, können die
verbleibenden für
die Bildrekonstruktion verwendeten PET-Daten eine verbesserte PET-Bildqualität gewährleisten.
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- 10
- PET-MR-Bildgebungssystem
- 12
- Bedienerkonsole
- 13
- Eingabevorrichtung
- 14
- Bedienfeld
- 16
- Anzeigebildschirm
- 18
- Verbindung
- 20
- Computersystem
- 22
- Bildprozessormodul
- 24
- ZVE-Modul
- 26
- Datenspeichermodul
- 32
- Systemregler
- 34
- Verbindung
- 40
- Verbindung
- 38
- HF-Übertragungs-/Empfangs-Modul
- 48
- Scanner
- 44
- Übertragungs/Empfangs-Schalter
- 46
- Verstärker
- 42
- Satz
von Gradientenverstärkern
- 50
- Gradient
enspulenanordnung
- 52
- Magnetanordnung
- 54
- Polarisierungsmagnet
- 56
- HF-Spulenanordnung
- 58
- HF-Spulenanordnung
- 57
- Impulsgenerator
- 68
- datenverarbeitungsabschnitt
- 70
- Positronen-Emissions-Detektor
- 72
- Vorschaltelektronik
- 74
- Koinzidenzprozessor
- 76
- Datensortierer
- 78
- PET-Datenempfangsport
- 66
- Datenspeicher
- 80
- Auslöschungsregler/-monitor
- 82
- Graph
von MR-Abtastsequenz
- 84
- Anzahl
von HF-Anregerimpulsen
- 86
- Gradientimpulse
- 88
- HF-Impuls-Überwachungssequenz
- 90
- aktive Übertragungszeiten
- 92
- Gradientimpuls-Überwachungssequenz
- 94
- Gradientimpuls-Zeitgebung
- 96
- Detektor
- 98
- elektrische
Signale
- 99
- Vorschaltelektronik
- 126
- Auslöschungsschaltkreis
- 100
- digitale
Signale
- 102
- Koinzidenzprozessor
- 106
- Strom
von Koinzidenzdaten
- 108
- Datensortierer
- 110
- echte
Koinzidenzereignisse
- 112
- Histogrammgerät
- 114
- Frames
von PET-Daten
- 116
- Datenspeichereinheit
- 118
- Frames
von rohen, unverarbeiteten PET-Daten
- 120
- unverarbeitete
Koinzidenzdaten
- 122
- potentiell
beeinträchtigte
PET-Daten
- 124
- Datenbank
- 128
- beispielhafte
kombinierte PET-MR-Erfassungstechnik
- 130
- Verabreichung
von PET-Wirkstoff
- 132
- Beginn
der PET-Emissionserkennung
- 134
- Beginn
der MR-Übertragungssequenz
- 136
- Identifizierung
von aktiven Zeiten der MR-Komponente
- 138
- Senden
von Zeitgebungssequenz an PET-Gerätschaften
- 140
- Auslöschung des
PET-Datenstroms, welcher den aktiven Zeiten der MR-Komponente entspricht
- 142
- Rekonstruktion
des PET-Bildes unter ausschließlicher Verwendung
von nicht-ausgelöschten
PET-Daten