DE102007002306A1

DE102007002306A1 - Tomographisches Messsystem und Verfahren zum Durchführen von Messungen

Info

Publication number: DE102007002306A1
Application number: DE102007002306A
Authority: DE
Inventors: Ralf Ladebeck; Georg Pirkl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-01-16
Filing date: 2007-01-16
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US7595640B2; US20080169812A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein tomographisches Messsystem mit zumindest zwei tomographischen Messeinrichtungen, von denen zumindest eine erste (1) in für die Durchführung von Messungen nachteiliger Weise eine zweite (2) stören kann, einem Abschaltmechanismus (4) zumindest in der ersten Messeinrichtung (1) und zumindest einer externen Verbindung (3) zur ersten Messeinrichtung (1) zur Übertragung eines Abschaltsignals an den Abschaltmechanismus (4), wenn die zweite Messeinrichtung (2) eine Messung durchführt bzw. durchführen wird; sowie auf ein Verfahren zum Durchführen von Messungen mit einem entsprechenden tomographischen Messsystem.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein tomographisches Messsystem mit zumindest zwei tomographischen Messeinrichtungen sowie ein Verfahren zum Durchführen von Messungen mit einem entsprechenden tomographischen Messsystem gerichtet.
Neben der Magnetresonanztomographie (MR) findet in den letzten Jahren auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weitere Verbreitung in der medizinischen Diagnose. Während es sich bei der MR-Tomographie um ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen und Schnittbildern im Inneren des Körpers handelt, ermöglicht die PET eine Visualisierung und Quantifizierung von Stoffwechselaktivitäten in vivo.
Die PET nutzt die besonderen Eigenschaften der Positronenstrahler und der Positronen-Annihilation aus, um quantitativ die Funktion von Organen oder Zellbereichen zu bestimmen. Dem Patienten werden dabei vor der Untersuchung entsprechende Radiopharmaka verabreicht, die mit Radionukliden markiert sind. Die Radionuklide senden beim Zerfall Positronen aus, die nach kurzer Distanz mit einem Elektron in Wechselwirkung treten, wodurch eine so genannte Annihilation eintritt. Dabei entstehen zwei Gamma-Quanten, die in entgegen gesetzter Richtung (um 180° versetzt) auseinander fliegen. Die Gamma-Quanten werden von zwei gegenüberliegenden PET-Detektormodulen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfasst (Koinzidenz-Messung), wodurch der Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie zwischen diesen beiden Detektormodulen bestimmt wird.
Zum Nachweis muss das Detektormodul bei der PET im Allgemeinen einen Großteil der Gantry-Bogenlänge bedecken. Es ist in Detektorelemente von wenigen Millimetern Seitenlänge unterteilt. Jedes Detektorelement generiert bei Detektion eines Gamma-Quants eine Ereignisaufzeichnung, die die Zeit sowie den Nachweisort, d. h. das entsprechende Detektorelement angibt. Diese Informationen werden an eine schnelle Logik übermittelt und verglichen. Fallen zwei Ereignisse in einem zeitlichen Maximalabstand zusammen, so wird von einem Gamma-Zerfallsprozess auf der Verbindungslinie zwischen den beiden zugehörigen Detektorelementen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET Bildes erfolgt mit einem Tomografiealgorithmus, d. h. der sog. Rückprojektion.
Aufgrund der unterschiedlichen Informationen, die durch MRI und PET erhalten werden, ist eine überlagerte Bilddarstellung der beiden Verfahren in vielen Fällen wünschenswert.
Im Bereich tomographischer Messverfahren ergibt sich nämlich das Problem, dass ein Positronen-Emissionstomographie-System (PET) keine anatomischen Bildern liefern kann, sondern nur funktionelle. Für zukünftige Systeme wird daher versucht, die Bildgebungsverfahren MRI und PET in einem Gerät zu kombinieren und möglichst gleichzeitig einsetzbar zu machen. Um eine Zuordnung der aufgenommenen Funktionsbereiche zu anatomischen Strukturen vornehmen zu können, wird ein Magnetresonanz-Tomographiegerät mit PET-Gerät kombiniert, in der Regel, indem eine PET-Messeinrichtung in ein MR-Gerät eingebaut wird. Allerdings ergibt sich dabei das Problem, dass die PET-Messeinrichtung MR-Messungen nicht stören darf und umgekehrt, was aufgrund der verwendeten physikalischen Prinzipien vorkommen kann.
Bislang war es üblich, die beiden Messeinrichtungen messtechnisch durch entsprechenden Aufbau des Gesamtsystems sowie durch Abschirm-Maßnahmen zwischen den beiden Einrichtungen geschehen. Eine Aufbaumaßnahme mit einem spezifischen Aufbau kann es beispielsweise sein, die magnetischen Komponenten in der PET-Messeinrichtung zu vermeiden. Eine entsprechende Maßnahme gegen Hochfrequenzein- bzw. -abstrahlungen wäre eine elektromagnetisch dichte Abschirmhaube, deren Realisierung jedoch oft schwierig und/oder aufwendig wäre, so dass davon in der Regel Abstand genommen wird.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen preisgünstigen Ansatz zur Verfügung zu stellen, mit dem sichergestellt werden kann, dass sich Messeinrichtungen nicht gegenseitig stören bzw. beeinflussen können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das tomographische Messsystem gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie das Messverfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12 gelöst. Die Erfindung ist in den abhängigen Ansprüchen weitergebildet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Details und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Der Erfindung liegt das Prinzip zugrunde, einfach dafür zu sorgen, dass eine eventuell störende Messeinrichtung während der Messzeit einer gestörten Messeinrichtung stillgelegt wird.
Dementsprechend ist in einem ersten Aspekt der Erfindung auf ein tomographisches Messsystem gerichtet, welches aufweist:

– zumindest zwei tomographische Messeinrichtungen, von denen zumindest eine in für die Durchführung von Messungen in nachteiliger Weise eine zweite stören kann;
– einen Abschaltmechanismus zumindest in der ersten Messeinrichtung;
– zumindest eine externe Verbindung zur ersten Messeinrichtung zur Übertragung eines Abschaltsignals an den Abschaltmechanismus, wenn die zweite Messeinrichtung eine Messung durchführt bzw. durchführen wird.

Es versteht sich, dass die Prinzipien der Erfindung auf mehr als zwei in einem System kombinierte Messeinrichtungen ausgedehnt werden können und auf mehr als einen Abschaltmechanis mus sowie ebenfalls auf mehrere Verbindungen, entsprechend den Notwendigkeiten zur Abschaltung bestimmter Messeinrichtungen in einem Messsystem mehrerer Messeinrichtungen.
Auch versteht sich, dass die Abschaltung wechselseitig erfolgen kann, also beide oder alle Messeinrichtungen einen Abschalt-Mechanismus und entsprechende Verbindungen aufweisen, wobei es weiterhin möglich sein kann, eine bidirektionale externe Verbindung zu verwenden, die Abschaltsignale in beiden Richtungen übertragen kann.
Die Messeinrichtungen können unterschiedliche physikalische Erfassungsprinzipien aufweisen.
Eine der Messeinrichtungen kann vorzugsweise eine PET-Tomographie-Messeinrichtung sein. Eine der Messeinrichtungen kann ebenfalls eine MR-Tomographie-Messeinrichtung sein.
Besonders bevorzugt ist es, dass eine Messeinrichtung eine PET-Tomographie-Messeinrichtung ist und eine Messeinrichtung eine MR-Tomographie-Messeinrichtung ist.
Aufgrund der spezifischen Erfahrungen mit entsprechenden Messsystemen wird es besonders bevorzugt, dass die erste Messeinrichtung eine PET-Tomographie-Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung eine MR-Tomographie-Messeinrichtung ist.
Bei eine typische MR-Messung werden nämlich nicht ständig Daten akquiriert oder Hochfrequenz (HF) Signale gesendet, sondern dieses geschieht intermittierend, mit folgendem verinfachtem Messablauf: 1. HF-Puls senden, 2. einen Zeitraum TE („echo time") von etwa bis zu 100 ms warten 3. eine oder mehrere Zeilen der Bildmatrix (im k-Raum) auslesen, 4. bis zur Wiederholung von Schritt 1 einen Zeitraum von TR („repetition time") von einigen ms bis zu über 100 ms, manchmal bis zu 3–5 s, warten.
Die währenddessen ablaufende PET-Messung wir jedoch im Wesentlichen nur durch den HF-Puls gestört. Es reicht daher aus, wenn der PET-Detektor als erste Messeinrichtung jeweils ausschließlich während des Senden des HF-Pulses ausgeschaltet wird, während der Schritte 2 bis 4 jedoch Daten akquiriert. Die Erfindung ermöglicht also, MR- und PET-Messung quasi gleichzeitig auszuführen, wobei die PET-Detektoren lediglich in Abständen von einigen Millisekunden bis ca. eine Sekunde jeweils während des HF-Pulses für einen kurzen Zeitraum von bis zu 1 ms abgeschaltet bzw. auf unempfindlich geschaltet werden. Die MR-Tomographie-Messeinrichtung überträgt also bei dieser Ausführungsform jeweils kurz vor einem HF-Puls ein Abschaltsignal an den Abschaltmechanismus der PET-Messeinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die externe Verbindung eine elektrische Verbindung, während sie in einer anderen Ausführungsform eine optische Verbindung ist.
Vorzugsweise ist die externe Verbindung an einem Ausgang der einen Messvorrichtung angebracht, der gleichzeitig zur Verbindung der Messeinrichtung mit einem weiteren Gerät bestimmt ist. Auf diese Weise ist die Erfindung auch existierenden Systemen zugänglich, sofern diese über einen Ausgang verfügen, an dem ein Aktivitätssignal derart abgegriffen werden kann, dass es als Abschaltsignal interpretiert werden kann. In einem solchen Fall, wie auch grundsätzlich, ist das Abschaltsignal kein spezifisches Signal, sondern fällt aufgrund der Betriebstätigkeit der ersten Messeinrichtung quasi als „Abfallprodukt" an. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, eine Erweiterung der Messeinrichtungen vorzunehmen, die ohne jeglichen Eingriff an der Messeinrichtung durch externes Abtasten interner Signale und einer Interpretation dieser Signale eine beginnende Aktivität der Messeinrichtung erfassen und beim Vorliegen einer entsprechenden Aktivität ein Abschaltsignal erzeugen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die externe Verbindung eine optische Verbindung und weist die externe Verbindung einen Lichtwellenleiter-Verzweiger auf, dessen zwei verteilte Ausgänge mit der ersten Vorrichtung und dem weiteren Gerät verbunden sind. Bei genügender Lichtausgangsleistung am Ausgangsgerät kann das Signal mit einem solchen LWL-Verzweiger bzw. LWL-Koppler auf zwei LWL-Stränge verteilt werden. Der LWL-Verzweiger weist also einen Eingang und zwei Ausgänge auf und ist dabei vollkommen passiv. In einer alternativen Ausführungsform, sofern die Lichtausgangsleistung der optischen Verbindung zum Aufspalten nicht ausreicht, wird das Lichtsignal wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt und nachfolgend auf zwei LWL-Optiksender ausgegeben. Dies ist eine aktive Schaltung, die eine zusätzliche Spannungsversorgung benötigt.
Vorzugsweise weist das Messsystem weiterhin einen Rückkanal zur Übertragung eines Feedback-Signals bei erfolgter Abschaltung der ersten Messeinrichtung an die zweite Messeinrichtung auf. Dieser Rückkanal kann physikalisch entweder dieselbe externe Verbindung sein, wie die externe Verbindung zur Übertragung des Abschaltsignals, die somit bidirektional ist, kann aber auch eine getrennte Verbindung beinhalten, die zusätzlich zwischen den zwei Messeinrichtungen etabliert werden muss.
In einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur tomographischen Messung gerichtet, wobei für das Verfahren alles bezüglich des Messsystems Gesagte gilt und umgekehrt, so dass wechselweise Bezug genommen wird.
Das Verfahren zur tomographischen Messung mit zwei Messeinrichtungen unterschiedlicher Erfassungsprinzipien, von denen zumindest eine erste in für die Durchführung von Messungen nachteiligerweise eine zweite stören kann, weist die folgenden Schritte auf:

– beim Feststellen einer Instruktion zur Messung durch die zweite Vorrichtung Übersenden eines Abschalsignals an eine externe Verbindung zu einem Abschalt-Mechanismus in der ersten Messeinrichtung;
– Abschalten oder Unempfindlichschalten der ersten Messeinrichtung beim Eintreffen des Abschaltsignals; und
– Durchführen der Messung durch die zweite Vorrichtung.

Durch diese sequenzielle Koordination verschiedener Verfahrensschritte wird erreicht, dass die erste Messeinrichtung vor Beginn der eigentlichen Messung oder spätestens mit Beginn der Messung so abgeschaltet oder unempfindlich geschaltet wird, dass sie für die Messung durch die zweite Vorrichtung nicht mehr störend sein kann, und erst nach Abschaltung die Messung in der zweiten Vorrichtung durchgeführt wird.
Auch hier kann eine der Messvorrichtungen eine PET-Tomographie-Messeinrichtung sein und eine der Messeinrichtungen kann eine MR-Tomographie-Messeinrichtung sein. Bevorzugt wird es insbesondere, dass eine Messeinrichtung eine PET-Tomographie-Messeinrichtung und eine Messeinrichtung eine MR-Tomographie-Messeinrichtung ist.
Besonders bevorzugt wird es, dass die erste Messeinrichtung eine PET-Tomographie-Messeinrichtung und die zweite Messeinrichtung eine MR-Tomographie-Messeinrichtung ist. Auch hier versteht es sich, dass das Verfahren ebenfalls umgekehrt werden kann, so dass die erste Messeinrichtung eine MR-Tomographie-Messeinrichtung ist und die zweite Messeinrichtung eine PET-Tomographie-Messeinrichtung, wobei wahlweise mehrere externe Verbindungen oder eine bidirektionale externe Verbindung verwendet werden kann, wenn beide Verfahrensvarianten mit einer Messeinrichtung und einem Verfahren möglich sein sollen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren die weiteren Schritte auf:

– nach erfolgtem Abschalten oder Unempfindlich-Schalten Übersenden eines Feedback-Signals an die zweite Messeinrichtung;
– wobei die Messung durch die zweite Messeinrichtung nach Empfang des Feedback-Signals durch die zweite Messeinrichtung durchgeführt wird.

Es versteht sich, dass nach erfolgter Messung auch eine Reaktivierung des ersten Messgeräts stattfinden kann. Dies kann entweder dadurch geschehen, dass die Übertragung des Abschaltsignals beendet wird oder dadurch, dass eine spezielles Reaktivierungssignal übertragen wird, wobei die gleiche externe Verbindung verwendet werden kann.
1 zeigt das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung in schematischer Weise. Ein Abschaltmechanismus 4 an oder in einer ersten Messeinrichtung 1 ist über eine externe Verbindung 3, z. B. einen elekrischen Datenbus, mit einer zweiten Messeinrichtung 2 verbunden, wobei die zweite Messeinrichtung dann, wenn sie eine Messung durchführen möchte, ein Abschaltsignal an den Abschaltmechanismus 4 sendet, der daraufhin die erste Messeinrichtung 1 in einen Zustand versetzt, bei dem sie die zweite Messeinrichtung 2 nicht mehr stören kann, z. B. abschaltet.
Die Vorteile der oben vorgestellten Erfindung sind insbesondere:

– das Abschaltsignal lässt einen Betrieb einer PET-Messeinrichtung in einer MR-Anlage ohne aufwendige Schirmmaßnahmen zu.
– Das Abschaltsignal kann bereits ein vorhandenes Steuersignal wie z. B. Sequenz aktiv bzw. RF_ON oder RF-Power-Amplifier-Unblank sein.
– Ein passiver optischer LWL-Verzweiger erfordert keine Erweiterung der Steuerung mit einem zusätzlichen Ausgang und ebenfalls keine zusätzliche Stromversorgung.

Claims

Tomographisches Messsystem, aufweisend zumindest zwei tomographische Messeinrichtungen (1, 2), von denen zumindest eine erste (1) in für die Durchführung von Messungen nachteiliger Weise eine zweite (2) stören kann, einen Abschaltmechanismus (4) zumindest in der ersten Messeinrichtung (1); und zumindest eine externe Verbindung (3) zur ersten Messeinrichtung (1) zur Übertragung eines Abschaltsignals an den Abschaltmechanismus (4), wenn die zweite Messeinrichtung (2) eine Messung durchführt bzw. durchführen wird.
Messsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtungen (1, 2) unterschiedliche Erfassungsprinzipien aufweisen.
Messsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messeinrichtungen (1, 2) eine PET-Tomographiemesseinrichtung ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messeinrichtungen (1, 2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (1) eine PET-Tomographiemesseinrichtung und eine Messeinrichtung (2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Messsystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinrichtung (1) eine PET-Tomographiemesseinrichtung und die zweite Messeinrichtung (2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Verbindung (3) eine elektrische Verbindung ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Verbindung (3) eine optische Verbindung ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Verbindung (3) an einem Ausgang der einen Messvorrichtung (1) angebracht ist, der gleichzeitig zur Verbindung der Messeinrichtung mit einem weiteren Gerät bestimmt ist.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Verbindung (3) eine optische Verbindung ist und die externe Verbindung (3) einen Lichtwellenleiter-Verzweiger aufweist, dessen zwei verteilte Ausgänge mit der ersten Vorrichtung (1) und dem weiteren Gerät verbunden sind.
Messsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Rückkanal zur Übertragung eines Feedbacksignals bei erfolgter Abschaltung der ersten Messeinrichtung (1) an die zweite Messeinrichtung (2) umfasst.
Verfahren zur tomographischen Messung mit zwei Messeinrichtungen, von denen zumindest eine erste in für die Durchführung von Messungen nachteiliger Weise eine zweite stören kann, die Schritte aufweisend: – Beim Feststellen einer Instruktion zur Messung durch die zweite Messeinrichtung (2) Übersenden eines Abschaltsignals über eine externe Verbindung (3) zu einem Abschaltmechanismus (4) in der ersten Messeinrichtung (1); – Abschalten oder Unempfindlichschalten der ersten Messeinrichtung (1) beim Eintreffen des Abschaltsignals; und – Durchführen der Messung durch die zweite Messeinrichtung (2).
Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messeinrichtungen (1) eine PET-Tomographiemesseinrichtung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messeinrichtungen (2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (1) eine PET-Tomographiemesseinrichtung und eine Messeinrichtung (2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messeinrichtung (1) eine PET-Tomographiemesseinrichtung und die zweite Messeinrichtung (2) eine MR-Tomographiemesseinrichtung ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es die weiteren Schritte aufweist: – Nach erfolgtem Abschalten oder Unempfindlichschalten Übersenden eines Feedbacksignals an die zweite Messeinrichtung (2); und wobei die Messung durch die zweite Messeinrichtung nach Empfang des Feedbacksignals durch die zweite Messeinrichtung (2) durchgeführt wird.