CN101933836B - 记录和处理混合成像装置的测量数据的方法以及该装置 - Google Patents
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Abstract
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，该混合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，所述方法包括以下步骤：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在利用第一子装置进行测量数据记录的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对应；如下地改变对应于不同的检查台位置所记录的发射断层造影数据的数据量，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。此外本发明还涉及一种混合成像装置，其被构造为用于进行这样的方法。
Description
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，其中除了第一成像模态 还可以进行和完成发射断层造影。此外，本发明还涉及一种混合成像装置。这样的混合成像装置例如是作为组合的MR-PET***(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***或者CT-PET***，其中，在同一个混合***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，确定最小记录持续时间。该最小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记录持续时间。最小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18F-FDG(18F-Fluordesoxyglucose，氟[18F]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
Claims (12)
1.一种用于记录和处理混合成像装置(1)的测量数据(41，43，45；51，53，55)的方法，该混合成像装置包括用于第一成像模态的第一子装置(2)和用于发射断层造影的第二子装置(3，4，5，6)，所述方法包括以下步骤：
-进行第一子装置(2)的测量数据记录(MR)，其中，在测量数据记录时连续移动到不同的检查台位置(31，33，35)，并且其中，所述不同的检查台位置和保持所述不同的检查台位置的持续时间与第一成像模态一致，
-在不同的检查台位置(31，33，35)上在利用第一子装置(2)进行测量数据记录(MR)的期间利用第二子装置(3，4，5，6)记录发射断层造影测量数据(51，53，55)，
-将记录的发射断层造影测量数据(51，53，55)与不同的检查台位置(31，33，35)相对应，
-如下地改变对应于不同的检查台位置(31，33，35)所记录的发射断层造影数据(51，51′；53，53′；55)的数据量，使得相应于改变的数据量(51，51′；53，53′；55)的记录持续时间(61)，在不同的检查台位置(31，33，35)的情况下被互相均衡，
-从改变的发射断层造影测量数据(51，51′；53，53′；55)中重建发射断层造影影像。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在检查台位置的至少一个(33)的情况下进行与该检查台位置(33)对应的所记录的发射断层造影数据(53)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(53′)，来实现发射断层造影测量数据(51，51′；53，53′；55)的改变。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过在检查台位置中的至少一个(31)的情况下进行与该检查台位置(31)对应的所记录的发射断层造影数据(51)的增加，方法是在该检查台位置上进行发射断层造影测量数据(51′)的附加记录，来实现发射断层造影测量数据(51，51′；53，53′；55)的改变。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在利用所述第一子装置(2)进行测量数据记录(MR)之后，进行附加的记录。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，在利用所述第一子装置(2)进行测量数据记录(MR)的期间进行所述附加的记录。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，利用所述第一子装置(2)进行测量数据记录(MR)，包括第一子测量数据记录(41，43)和在时间上跟随的第二子测量数据记录(43，45)，在它们之间有等待时间，其中在等待时间期间进行发射断层造影测量数据(51，51′；53，53′；55)的附加记录。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定最小记录持续时间(61)，并且如下地进行发射断层造影测量数据(51，51′；53，53′；55)的数据量的改变：使得在每个检查台位置(31，33，35)的情况下相应于改变的数据量的记录持续时间大于所述最小记录持续时间(61)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，根据在检查台位置(31，33，35)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(31，33，35)分开地确定所述最小记录持续时间(61)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，借助利用所述第一子装置记录的测量数据确定发射断层造影光子的所出现的衰减。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，按照列表模式数据格式记录发射断层造影测量数据。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述第一子装置是磁共振装置并且所述第二子装置是正电子发射断层造影装置。
12.一种混合成像装置，具有
-用于第一成像模态的第一子装置(2)
-用于发射断层造影的第二子装置(3，4，5，6)和
-用于控制第一子装置(2)和第二子装置(3，4，5，6)的控制装置(7，9，11，13)，
其中，所述控制装置被构造为用于进行按照权利要求1至11中任一项所述的方法。
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