记录和处理混合成像装置的测量数据的方法以及该装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于记录和处理混合成像装置的测量数据的方法， 其中除了第一 还可以进行和完成发射断层造影。 此外， 本发明还涉及成像模态一种混合成像装置。这样的混合成像装置例如是作为组合的 MR-PET 系统 (MR 代表磁共振 并且 PET 代表正电子发射断层造影 ) 或作为组合的 MR-SPECT(SPECT 代表 “单光子发射断层 造影” )。 背景技术 公知有组合的 MR-PET 系统或者 CT-PET 系统， 其中， 在同一个混合系统中既可以 记录 MR 或 CT 测量数据也可以记录发射断层造影测量数据。利用第一成像模态 (MR 或 CT) 可以在第一影像中显示待成像的检查体积， 该第一影像主要反应了在检查对象中的解剖关 系。利用第二成像模态 ( 在这种情形下是 PET) 可以产生第二影像。其主要显示身体中放 射性物质的分布并且由此可以描绘生化和生理功能 ( 功能成像 )。
利用两种不同的模态的并行影像建立允许更好判断检查对象的状态。
在检查中通常将检查对象或患者移动到不同的检查台位置， 以便能够成像患者的 不同区域。在 PET-CT 成像中公知如下的记录方案 ： 在该方案中， 连续地在不同的检查台位 置上记录 PET 测量数据， 对于每个检查台位置具有预定的记录持续时间 ( 所谓的 “Step and Shoot” 方案 )。然后， 或者在 PET 测量数据记录的进行之前或者在之后记录 CT 测量数据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是， 提供一种用于在混合成像装置中对测量数据进行记 录和处理的方法， 该方法使得测量数据的记录持续时间短并且记录的数据具有改善的质量 和一致性。此外， 本发明要解决的技术问题是提供一种能够用于进行这样的方法的混合成 像装置。
用于记录和处理混合成像装置的测量数据的本发明方法包括以下步骤， 该混合成 像装置包括用于第一成像模态的第一子装置和用于发射断层造影的第二子装置 ：
- 进行第一子装置的测量数据记录， 其中， 在测量数据记录时连续移动到不同的检 查台位置，
- 在不同的检查台位置上利用第一子装置进行测量数据记录期间， 利用第二子装 置记录发射断层造影测量数据，
- 将记录的发射断层造影测量数据与不同的检查台位置相对应，
- 如下地改变对应于不同的检查台位置的发射断层造影数据的记录的数据量， 使 得相应于改变的数据量的记录持续时间， 在不同的检查台位置的情况下被互相均衡，
- 从改变的发射断层造影测量数据中重建发射断层造影影像。
本发明基于如下思路， 即， 为了利用第一成像模态记录测量数据， 在记录过程期间 通常必须移动到不同的检查台位置， 在这些检查台位置保持不同长的时间， 因为在第一成像模态中对于检查对象的不同区域需要不同长的时间用于记录测量数据。例如， 对于腿的 MR 测量数据的记录比对于腹部的 MR 测量数据的记录需要较短时间。
但是， 已经认识到， 在进行第一成像模态期间可以具有优势地将该时间用于记录 发射断层造影测量数据。然而认识到， 仅仅并行记录发射断层造影测量数据还不足以获得 具有所需质量的发射断层造影影像。因此带来的是， 不同的检查台位置和持续时间 ( 在该 持续时间期间保持不同的检查台位置 )， 基本上与第一成像模态一致。
因此， 对于发射断层造影测量数据的进一步处理提出， 在不同的检查台位置的情 况下分析记录的发射断层造影测量数据的所记录的数据量和 / 或记录持续时间。在发射断 层造影中发射断层造影测量数据的记录持续时间与所记录的数据量相关。在此， 发射断层 造影测量数据可以与表示检查台位置特征的值一起被记录， 从而可以事后将发射断层造影 测量数据与检查台位置相对应。
例如可以确定， 在单个或所有检查台位置的情况下是否记录了足够多的或足够长 的发射断层造影测量数据， 以便在每个检查台位置的情况下达到对于各个断层造影的重建 的质量的最小标准。
例如可以确定， 在单个或几个检查台位置的情况下是否比在其它检查台位置的情 况下记录了更多或对于更长时间记录了发射断层造影测量数据。这会导致， 重建的发射断 层造影在一些图像片段中会具有与在其它图像片段中不同的图像质量。 如果要从单个发射 断层造影片段重建整个发射断层造影， 则这点首先是引人注意的， 因为整个发射断层造影 会具有质量跳变。
也就是说， 总体上分析所记录的发射断层造影测量数据的所记录的数据量或记录 持续时间并且如下改变， 使得不同的记录持续时间被均衡。可以在重建各个对应于检查台 位置的发射断层造影时就质量标准进行该均衡， 使得例如单个发射断层造影片段具有均匀 的质量。
这点是通过改变对应于不同的检查台位置的发射断层造影数据， 具体来说是针对 其数据量来实现的。在此， 这样进行该改变， 即， 互相均衡分别相应于在不同的检查台位置 的情况下的数据量的记录持续时间， 使得在不同的检查台位置的情况下数据记录时间基本 上相同或类似。 以这种方式在不同的检查台位置的情况下可以重建具有相同的图像质量的 发射断层造影片段。 从单个发射断层造影中重建整个发射断层造影使得可以达到均匀的图 像质量。
总体上通过记录方案得到用于两个成像模态的较小的记录持续时间， 因为在对于 第一子装置的测量数据记录期间已经获得发射断层造影测量数据。 发射断层造影测量数据 与第一子装置的测量数据的伪影或缺乏的一致性被减少或者可能性更小地发生， 该伪影或 不一致是在两个成像模态的顺序记录时由于患者运动而出现的并且由此在两个成像模态 之间会显示不一致。此外， 更小的记录持续时间产生更少的运行成本以及在利用两个成像 模态完成一幅组合的影像的情况下混合成像装置的更少磨损。
在第一成像模态的情况下在时间上连续地移动到的检查台位置， 不一定在空间上 也互相紧邻。例如， 在第一检查台的情况下患者的大脑可以定位于第一成像模态的 FoV( 英 语： “field of view” ， 视野 ) 中， 而在第二检查台位置下定位于臀部区域， 如果要针对该区 域检查的话。不一定非要进行位于中间的站 ( 即， 颈部、 胸部和腹部 ) 的测量数据的记录。通过在至少一个不同的检查台位置的情况下进行与该检查台位置对应的所记录 的发射断层造影数据的减小 ( 方法是丢弃该记录的发射断层造影测量数据的一部分 )， 可 以实现发射断层造影测量数据的改变。例如， 如果在每个检查台位置的情况下已经记录了 发射断层造影测量数据， 并且如果在检查台位置中的一个比在其它检查台位置记录了明显 更多的发射断层造影测量数据， 则这点可以是具有优势的。 在这种情况下有利的是， 丢弃在 该检查台位置的测量数据。不需要附加的数据记录时间。
但是， 还可以通过在检查台位置中的至少一个的情况下进行与该检查台位置对应 的所记录的发射断层造影数据的增加 ( 方法是在该检查台位置上附加地记录其它发射断 层造影测量数据 )， 来实现发射断层造影测量数据的改变。如果确定， 在该检查台位置的情 况下在第一成像模态中停留时间太短， 不足以记录用于在重建时的期望质量所需的最小量 的发射断层造影测量数据， 则这点是具有优势的。在该情况下可以附加地移动到该检查台 位置， 以便附加地进行其它测量数据的补充记录。
也可以组合两种方法， 即， 在一些检查台位置的情况下可以进行补充的记录， 在其 它检查台位置的情况下可以丢弃测量数据， 从而总体上分别调整在不同的检查台位置的情 况下的记录持续时间， 以便获得相同的或互相一致的记录持续时间。 在一种优选变形中， 在利用第一子装置的测量数据的记录结束之后， 进行发射断 层造影测量数据的附加的记录。
替换地和 / 或附加地， 可以在进行第一子装置的测量数据的记录期间， 进行发射 断层造影测量数据的附加的记录。在后者情况下例如， 利用第一子装置的测量数据记录可 以包括第一子测量数据记录和在时间上跟随的第二子测量数据记录， 在它们之间有等待时 间。等待时间例如可以由于如下原因产生 ： 第二子测量数据记录需要一定的准备时间。在 这种情况下在等待时间期间进行发射断层造影测量数据的附加的记录， 从而得到混合成像 装置的最佳利用。
在本方法的一种变形中， 确定最小的记录持续时间。该最小的记录持续时间基于 发射断层造影测量数据的数据量的改变， 其中， 在每个检查台位置的情况下相应于改变的 数据量的记录持续时间应该大于最小的记录持续时间。 最小的记录持续时间例如还可以取 决于待检查的对象的几何形状。
在一种优选的变形中， 根据在各个检查台位置的情况下发射断层造影光子的出现 的衰减， 对于不同的检查台位置分开地确定最小的记录持续时间。该方法利用该方案可以 与待检查的对象的解剖事实匹配。例如， 可以在用于成像的腹部被定位在其中的一个检查 台位置的情况下， 确定较大的最小记录持续时间， 因为例如与用于成像的仅小腿被定位于 其中的检查台位置相比， 从腹部发射的光子发生更强的衰减。
发射断层造影例如可以是正电子发射断层造影或单光子发射断层造影。
按照本发明的混合成像装置具有用于第一成像模态的第一子装置、 用于发射断层 造影的第二子装置、 和用于控制第一和第二子装置的控制装置， 其中， 控制装置被构造为用 于进行按照本发明的方法。
在此， 控制装置通常被划分为一个或多个计算单元。 于是， 一个计算单元承担用于 记录测量数据的第一子装置的控制， 另一个计算单元承担用于记录测量数据的第二子装置 的控制， 并且另一个计算单元承担对所记录的数据的分析和处理直到图像的重建。该计算
单元、 另一个计算单元和 / 或附加的计算单元同样可以用于患者检查台的控制， 以便为了 测量数据记录而能够相应地控制和定位该患者检查台。 特别是可以进行既利用第一成像模 态也利用发射断层造影显示待检查的对象的混合成像的重建。 附图说明
以下借助附图详细解释本发明的实施方式， 然而并不限于此。附图中， 图 1 是构造为 MR-PET 的混合成像装置的示意图， 图 2 是在不同的检查台位置所记录的数据量的示意图， 图 3 是不同的检查台位置所记录的 PET 数据量的图， 图 4 是在均衡到阈值之后 PET 数据量的图， 图 5 是均衡到可变阈值之后 PET 数据量的图， 图 6 是在按照本发明的方法的实施方式中被执行的方法步骤的示意图。具体实施方式
图 1 示出了在本发明的优选实施方式中使用的公知的组合 MR 设备 1。组合的 MR-PET 设备具有如下优点， 可以同心地 (isozentrisch) 获得 MR 数据和 PET 数据。此外可 以同时记录这些测量数据。
原则上如果 MR-PET 设备不同心地运行， 也可以进行并行记录。在这种情况下可以 利用分别用于不同区域的两个模态进行同时的测量数据记录。
MR-PET 设备 1 包括公知的管形的 MR 单元 2。MR 单元 2 仅示意性表示并且定义与 图 1 的图平面正交地延伸的纵轴 z。
如在图 1 中所示， 在 MR 单元 2 内部同轴地设置多个围绕纵轴 z 成对地相对设置的 PET 探测单元 3。 PET 探测单元 3 优选地由具有在前连接的、 由 LSO 晶体 4 组成的阵列的 APD 光电二极管阵列 5 以及电气放大电路 (AMP)6 组成。但是， 本发明不限于具有 APD 光电二极 管阵列 5 和在前连接的由 LSO 晶体 4 组成的阵列的 PET 探测单元 3， 而是可以使用不同形成 的光电二极管、 晶体和装置用于探测。
在 MR 和 / 或 PET 检查期间将待检查的患者与患者检查台 ( 简称检查台 ) 一起连 续地移动到不同的位置， 以便分别将待检查的片段移动到 MR 单元 2 或 PET 单元的检查区域 ( 视野 ) 中。
通过控制装置 7 控制 MR-PET 设备 1。控制装置 7 为了执行测量数据记录例如可以 包括用于控制 MR 单元的第一子装置 9 和用于控制 PET 单元的第二子装置 11。第一子装置 9 和 / 或第二子装置 11 同样可以控制和合适地定位患者检查台。此外， 控制装置 7 还可以 包括分析计算机 13， 其与子装置 9、 11 相连， 该分析计算机可以分析所记录的测量数据并且 建立检查对象的混合影像 15。混合影像 15 可以被显示给应用者或者存储在存储单元中。 控制装置 7 的组件互相连接。
这样的装置在现有技术中是公知的。
这样扩展具有其单元 9、 11、 13 的控制装置 7， 使得其能够执行以下结合图 2 至图 5 解释的新的方法。
在图 2 中可以看出相对于时间描绘的检查过程， 其示出了按照本发明的方法的实施方式。 图的上面部分 T 示出了为了进行 MR 检查而移动到的三个不同的检查台位置 31、 33、 35。这些检查台位置例如可以相应于大脑、 腹部和腿的检查。
图的中间部分示出了 MR 测量数据的记录。在第一检查台位置 31 上记录对于大脑 的第一 MR 测量数据 41， 在第二检查台位置 33 上记录对于腹部的第二 MR 测量数据 43 并且 在第三检查台位置 35 记录对于腿的第三 MR 测量数据 45。
在单个 MR 测量数据记录之间分别流逝一定的等待时间。在该等待时间期间为下 一区域的检查做准备并且将检查台移动到相应位置。MR 测量数据 41、 43、 45 的记录在各个 检查台位置 31、 33、 35 上需要不同长的时间。
图的下面部分示出了 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55 的记录。可以看出， 部分地将 PET 测量数据与 MR 测量数据 41、 43、 45 并行地记录。在此， 在后台按照所谓的列表模式数 据格式 (List-Mode-Datenformat) 进行记录。同时地记录检查台位置 31、 33、 35， 从而在进 一步的处理过程中能够对应 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55， 其中其分别记录检查台位置 31、 33、 35。
列表模式数据格式在发射断层造影中被理解为原始数据， 即通过探测器探测的结 果， 其与时间戳一起被记录。该数据格式需要相比而言大的存储空间。因此， 在发射断层造 影中通常的是， 按照已经处理的格式记录测量数据， 该格式总共需要较少的存储空间， 但是 其对于常规的发射断层造影的重建是足够的。
然而， 列表模式数据格式除了提到的缺点之后还具有如下优点， 即， 其允许对于图 像重建的较大灵活性， 因为能够在事后改变地加工和处理数据， 并且因此在本发明的实施 方式中被使用。
即时例如在等待时间期间而没有记录 MR 测量数据 41、 43、 45， 也进行在检查台位 置 31、 33、 35 上 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55 的记录。仅仅在患者检查台移动期间中断 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55 的记录。 如果出现较长的等待时间， 则检查台本身也可能对于 PET 测量数据的记录被移动到如下位置上， 在该位置上还必须记录或补充 PET 测量数据 ( 此处 未示出 )。
由于在检查台位置不同长的停留时间， 在一些检查台位置的情况下比在其它检查 台位置的情况下记录更少的数据或者说更短的数据。
然而， 事先确定了， 为了在重建的 PET 影像中实现对质量的最小度量在每个检查 台位置必须记录一个最小量的数据， 通过表示了最小记录持续时间的线条 61 来象征其。
在该例子中可以看出， 在第一检查台位置 31 上在第一 MR 测量数据 41 的记录期间 记录第一 PET 测量数据 51， 其数据量与所需的最小数据量或最小记录时间 ( 线条 61) 相比 太小。
相反在第二检查台位置 33 上记录了足够多的第二 PET 测量数据 53。
在第三检查台位置 35 上直接在第三 MR 测量数据 45 结束之后同样还没有记录足 够多的第三 PET 测量数据 55。因此， 紧接在第三 MR 测量数据 45 的记录结束之后患者停留 在第三检查台位置 35 上并且一直补充第三 PET 测量数据 55 的记录， 直到达到了对于第三 检查台位置 35 的最小量 61 的 PET 测量数据。
然后， 检查台又被移动到第一检查台位置 31， 以便对于第一检查台位置 31 还记录
另一个第一 PET 测量数据 51′， 此处也是一直直到记录了对于第一检查台位置 31 所要求的 最小量的 PET 测量数据 61。
在测量数据记录结束之后出现了在图 3 中示出的对于 PET 测量数据的情形。描绘 的是相对于在此采取的检查台位置 P 所记录的数据量 M。所记录的 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55 被分类并且对应于各个检查台位置 31、 33、 35。左边的柱相应于第一检查台位置 31， 中间的柱相应于第二检查台位置 33 并且右边的柱相应于第三检查台位置 35。
尽管有另一个第一 PET 测量数据 51′的附加记录和第三 PET 测量数据 55 的延长 的记录， 就数据量 / 记录持续时间来说， 对于第一和对于第三检查台位置 31、 35 还呈现了不 同的多个 PET 测量数据， 因为在第二检查台位置 33 的情况下记录了远远更多的第二 PET 测 量数据 53。如果从所有的 PET 测量数据 51、 51′、 53、 55 建立一幅整体 PET 影像， 则该影像 的质量逐层地或逐级地不一致， 特别是腹部的层以不同于腿或头部的层的质量被显示。这 点将误导必须评价该影像的使用者。
因此， 在测量数据的进一步处理中丢弃第二 PET 测量数据 53 的一部分 53′， 如在 图 4 中所示。然后可以从这样补充 / 变清晰的测量数据中建立一幅整体 PET 影像， 该影像 没有所描述的问题。
图 5 示出了在图 4 中示出的方法的变形。图 4 对于每个检查台位置 31、 33、 35 示 出了相同的阈值 63， 其相应于线条 61。也就是基于相同的最小记录持续时间， 可能的另一 个 PET 测量数据记录或 PET 测量数据的丢弃针对该最小记录持续时间。
相反地， 图 5 示出了可变阈值 65， 即， 不同的检查台位置不同的最小的记录持续时 间。该可变的阈值 65 针对在发射断层造影中出现的光子的待预计的衰减。待预计的衰减 例如可以从所记录的 MR 测量数据或从由此重建的 MR 图像数据来确定或估计。
例如， 在腹部中比在头部区域或腿部区域中预计在腹部中形成的光子的更强的衰 减。由于这个原因， 对于腹部更高地选择最小记录持续时间， 以便获得用于重建的 PET 测量 数据的数据量。
如 果 为 了 PET 成 像 使 用 与 典 型 的 检 查 持 续 时 间 相 比 长 寿 命 的 示 踪 物、 例如 18 18F-FDG(18F-Fluordesoxyglucose， 氟 [ F] 脱氧葡萄糖 )， 则此处解释的方法及其变形是 特别具有优势的。如果视临床应用的不同而应该使用短寿命的示踪物， 则先 PET 测量数据 后 MR 测量数据的顺序记录的经典记录方案也可以是具有优势的。因此， 这样构造混合成像 装置， 使得使用者可以在经典的记录方案和本发明方法之间选择。
结合图 3 至图 5 解释的实施例具有对于第一成像模态和对于发射断层造影一致的 检查台位置。这不是一定必须的。
在第一成像模态中被移动到的检查台位置， 也不必完全与在发射断层造影中被移 动到的检查台位置一致。
例如， 可以发生如下情况 ： MR 设备具有 20cm 的 FoV。患者为了 MR 成像被定位在第 一检查台位置上， 利用该检查台位置可以测量和成像患者的 0cm 至 20cm 的区域。在第二位 置上测量或成像患者的 30cm 至 50cm 的区域。
在此， 在测量结束之后可以记录填充 20cm 至 30cm 区域的附加的 PET 测量数据。 为此患者可以在 MR 测量结束之后被移动到第三检查台位置 ( 其例如覆盖 15cm 至 35cm 区 域 )， 然后在该位置上记录附加的 PET 测量数据。图 6 示意性示出了在本方法的实施方式中可以执行的方法步骤。
首先记录 ( 步骤 71)MR 概览图 ( 所谓的 Scout-Abbildung， )。可以利用较少的时 间开销、 例如在每个检查台位置 20s 之内记录该 MR 概览图。在该记录期间就可以在后台记 录 ( 步骤 73)PET 测量数据。MR 概览图不用于诊断目的。利用 MR 概览图规划以下的采集的 后续步骤。
此外， MR 概览图还可以用于， 在重建 PET 影像时进行衰减校正或者确定每个 FoV 应 该采集的最小量的 PET 测量数据。但是， 为此目的还可以记录可能的附加的 MR 测量数据， 特别是， 当利用不允许从 MR 概览图确定衰减校正的参数记录了 MR 概览图时。
然后， 根据 MR 概览图定义 ( 步骤 75) 对于 PET 测量的 FoV。已经在 MR 概览图期间 记录了的 PET 测量数据就可以与各个 FoV 对应。
在另一个步骤 77 中， 结合 MR 概览图进行 MR 测量的特定于患者的和特定于疾病的 规划。在该规划阶段不记录 MR 测量数据。然而， 在要求一定的时间的该规划阶段， 还进行 在后台持续地记录的 PET 测量数据的记录 ( 步骤 73)。
如果期望， 则在该阶段就可以通过确定在哪个检查台位置上还缺少 PET 测量数 据， 将患者或患者检查台移动到不同的位置。 然后， 进行 MR 测量数据的记录 ( 步骤 79)。在 MR 测量数据的该记录期间与此并行 地继续记录 PET 测量数据。
在 MR 测量数据的记录结束之后， 必要时记录 ( 步骤 81) 其它 PET 测量数据， 并且 具体来说是一直记录， 直到对于如在步骤 75 中被定义的所有的 FoV， 记录了足够多的 PET 测 量数据。
在测量数据的整个记录结束之后， 进行 PET 测量数据的进一步均衡， 如结合图 3 至 图 5 所解释的。
从 MR 测量数据或从 PET 测量数据重建 ( 步骤 83)MR 或 PET 影像和 / 或混合影像。
附图标记列表
1 MR-PET 设备
2 MR 单元
3 PET 探测单元
4 LSO 晶体
5 APD 光电二极管阵列
6 电放大电路
7 控制装置
9 第一子装置
11 第二子装置
13 分析计算机
15 混合影像
31 第一检查台位置
33 第二检查台位置
35 第三检查台位置
41 第一 MR 测量数据
43 第二 MR 测量数据 45 第三 MR 测量数据 51 第一 PET 测量数据 53 第二 PET 测量数据 55 第三 PET 测量数据 51′另一个第一 PET 测量数据 53′第二 PET 测量数据的一部分 61 线条 63 阈值 65 可变阈值