DE102010024139A1

DE102010024139A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung in einem Positronenemissionstomographen

Info

Publication number: DE102010024139A1
Application number: DE102010024139A
Authority: DE
Inventors: Matthias Fenchel; Ralf Ladebeck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2011-12-22
Anticipated expiration: 2030-06-18
Also published as: CN102293662B; CN102293662A; DE102010024139B4; US8618490B2; US20110309251A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes (7) in einem Positronenemissionstomographen (2). Bei dem Verfahren wird ein Phantomobjekt (6) in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet. Während der Gegenstand (7) nicht in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, werden erste Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts (6) erfasst. Aus den ersten Strahlungsrohdaten wird ein erstes Bild des Phantomobjekts (6) berechnet. Dann wird der Gegenstand (7) in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet und eine vorläufige Strahlungsschwächung des Gegenstandes (7) festgelegt. Während der Gegenstand (7) in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, werden zweite Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts (6) erfasst. Aus den zweiten Strahlungsrohdaten wird ein zweites Bild des Phantomobjekts (6) untächung berechnet. Die Strahlungsschwächung wird auf Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes kalibriert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes in einem Positronenemissionstomographen sowie eine Vorrichtung für eine Positronenemissions-tomographieanlage zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes in einem Positronenemissions-tomographen der Positronenemissionstomographieanlage.
Um eine Schwächungskorrektur bei einem Positronenemissionstomographen (PET) zu bestimmen, kann eine Kombination aus einer Magnetresonanzanlage und einer Positronenemissionstomographieanlage, eine sog. MR-PET-Hybridanlage, verwendet werden. Ein Problem bei der Verwendung derartiger MR-PET-Hybridanlagen ist jedoch die Tatsache, dass Lokalspulen, welche verwendet werden, um die Magnetresonanzsignale von dem Untersuchungsobjekt, beispielsweise einem menschlichen Körper, zu empfangen, bei üblichen klinischen Magnetresonanzabtasttechniken nicht sichtbar sind. Diese Spulen können jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Emissionsdaten der Positronenemissionstomographie haben und daher muss ihre Schwächung korrigiert werden, um artefaktfreie und quantitative PET-Bilder zu erhalten.
In dem Stand der Technik gibt es verschiedene Ansätze, die Schwächung dieser Objekte, das heißt, der Lokalspulen, zu messen oder deren Schwächung direkt zu bestimmen.
Beispielsweise wurde in „Towards quantitative PET/MRI: A review of MR-based attenuation correction techniques" von M. Hofmann, B. Pichler, B. Schölkopf und T. Beyer (European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging 36 (Supplement 1), 93–104 (03 2009)) vorgeschlagen, die Objekte in einem CT-Scanner abzutasten und die gemessenen Übertragungswerte auf die Schwächung bei 511 keV zu übertragen. Die CT-Bilder des Objekts können jedoch metallische Artefakte enthalten. Weiterhin können Partialvolumeneffekte auftreten und die Transformation der linearen Schwächungskoeffizienten für Nicht-Gewebematerialien auf 511 keV ist aufwändig.
In „Study of MR head and neck coils for its use in an integrated MR/PET-Scanner" von Gaspar Delso, Axel Martinez, Ralph Bundschuh, Ralf Ladebeck, David Faul und Sibylle Ziegler (J. Nucl. Med. Meeting Abstracts 2009 50: 1476) und in "Attenuation Correction for MR Table and Coils for a Sequential PET/MR System" von Bin Zhang, Debashish Pal, Zhigiang Hu, Navaeep Ojha, Tiantui Guo, Gary Muswick, Chi-Hua Tung und Jeff Kaste (IEEE MIC, 2009) wird vorgeschlagen, die Objekte in einer PET-Anlage mit einer Emissionsquelle abzutasten. Diese Akquisition dauert jedoch sehr lange und das sich ergebende Bild ist sehr grob und kleine Strukturen sind nicht unterscheidbar.
Schließlich besteht die Möglichkeit, die Schwächungsabbildungen aus Designzeichnungen durch Umwandeln von CAD-Strukturen in Volumenbilder zu bestimmen, wobei in den Volumenbildern die einzelnen Volumenpunkte mit den physikalischen linearen Schwächungskoeffizienten versehen werden. Üblicherweise sind jedoch nicht alle Teile als Modell verfügbar sind. Häufig sind nur die Kunststoffteile als Modell verfügbar. Andere Teile, wie z. B. Metallteile, können daher nur generisch modelliert werden wodurch die tatsächliche lokale Struktur der linearen Schwächungskoeffizienten nur ungenau und schwierig abzuleiten ist. Darüber hinaus kann jede Spule aufgrund von Fertigungstoleranzen geringfügig von der bestimmten Schwächungsabbildung abweichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung von Gegenständen, wie z. B. Lokalspulen, in einem Positronenemissionstomographen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes in einem Positronenemissionstomographen nach Anspruch 1, eine Vorrichtung für eine Positronenemissionstomographieanlage nach Anspruch 10, eine MR-PET-Hybridanlage nach Anspruch 13, ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 und einen elektronisch lesbaren Datenträger nach Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes in einem Positronenemissionstomographen bereitgestellt. Bei dem Verfahren wird zunächst ein Testobjekt, ein sog. Phantomobjekt, in dem Positronenemissionstomographen angeordnet. Das Phantomobjekt ist ein Objekt definierter Größe und Form, welches eine Positronenemissionsquelle aufweist, das heißt, ein Objekt, welches in definierter Art und Weise hochenergetische Photonen aufgrund einer Wechselwirkung eines Positrons mit einem Elektron in dem Phantomobjekt aussendet. In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden automatisch erste Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts mit Hilfe des Positronenemissionstomographen erfasst, wobei sich während dieser Erfassung der ersten Strahlungsrohdaten der Gegenstand, dessen Strahlungsschwächung mit dem Verfahren bestimmt werden soll, nicht in dem Positronenemissionstomograph befindet. Der Gegenstand kann beispielsweise eine oder mehrere Lokalspulen für eine Magnetresonanzuntersuchung umfassen. Auf der Grundlage der ersten Strahlungsrohdaten wird automatisch ein erstes schwächungskorrigiertes PET-Bild des Phantomobjekts berechnet. Verfahren zur Berechnung von schwächungskorrigierten tomographischen PET-Bildern sind dem Fachmann bekannt und werden nicht weiter ausgeführt. Dann wird der Gegenstand, also beispielsweise eine Lokalspule einer Magnetresonanzanlage, in dem Positronenemissionstomograph angeordnet. Mit Hilfe von in dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie sie zuvor in der Einleitung beschrieben wurden, wird eine vorläufige Strahlungsschwächung des in dem Positronenemissionstomographen angeordneten Gegenstandes bestimmt oder festgelegt. Wie zuvor beschrieben, kann diese Bestimmung oder Festlegung beispielsweise durch Abtasten des Gegenstandes in einem Computertomographen und Umrechnen von gemessenen Transmissionswerten auf eine Schwächung bei 511 keV, durch Abtasten des Gegenstandes in dem Positronenemissionstomograph mit einer Emissionsquelle oder durch Bestimmen der vorläufigen Strahlungsschwächung aus einer Geometrie, Abmessungen und physikalischen Schwächungskoeffizienten des Gegenstandes durchgeführt werden. Die vorläufige Strahlungsschwächung kann verhältnismäßig ungenau festgelegt werden, da sie mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens genau bestimmt wird. In einem weiteren Schritt des Verfahrens werden dann, während der Gegenstand in dem Positronenemissionstomographen eingeordnet ist, zweite Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts mit Hilfe des Positronenemissionstomographen automatisch erfasst. Aus den zweiten Strahlungsrohdaten wird unter Berücksichtigung der zuvor festgelegten vorläufigen Strahlungsschwächung ein zweites schwächungskorrigiertes PET-Bild des Phantomobjekts automatisch berechnet. Schließlich wird dann auf der Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes die Strahlungsschwächung automatisch kalibriert, das heißt, die vorläufige Strahlungsschwächung wird auf der Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes verbessert, so dass eine genauere Strahlungsschwächung des Gegenstandes bestimmt wird.
Anstatt die Strahlungsschwächung des Gegenstands, wie z. B. der Lokalspulen, in einem Positronenemissionstomograph direkt zu bestimmen, wie es in dem Stand der Technik üblich ist, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine vorläufige oder anfängliche, möglicherweise fehlerbehaftete Strahlungsschwächung verwendet und mit Hilfe von Bildern des Test- oder Phantomobjekts ohne den Gegenstand und mit dem Gegenstand kalibriert und somit verbessert. Der Kalibrierungsvorgang kann auch mehrfach iterativ durchgeführt werden, wobei die kalibrierte Strahlungsschwächung beim folgenden Iterationsschritt als vorläufige Strahlungsschwächung verwendet wird. Da sich die Strahlungsrohdaten zwischen den einzelnen Iterationsschritten nicht ändern, umfasst eine Iteration lediglich das Berechnen des zweiten Bildes unter Berücksichtigung der vorläufigen bzw. der bis dahin genauer bestimmten Strahlungsschwächung und das Kalibrieren der Strahlungsschwächung auf der Grundlage des ersten und des zweiten Bildes. Die Iterationen können daher automatisch von einem entsprechenden Computersystem durchgeführt werden, bis beispielsweise ein Differenzbild aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild nur noch Abweichungen unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts aufweist. Andere Abbruchkriterien sind auch möglich, beispielsweise eine maximale vorbestimmte Anzahl von Iterationen oder eine minimale Änderung zwischen der Strahlungsschwächung der letzten Iteration und der Strahlungsschwächung aktueller Iteration. Durch das Kalibrieren der Strahlungsschwächung gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren wird somit das zweite Bild des Phantomobjekts, welches erfasst wurde, während der Gegenstand in dem Positronenemissionstomographen angeordnet ist, an das erste Bild, welches erfasst wurde, während der Gegenstand nicht in dem Positronenemissionstomograph angeordnet ist, angeglichen. Auf diese Art und Weise kann eine sehr genaue Strahlungsschwächung des Gegenstandes bestimmt werden und es ist nicht notwendig, den Gegenstand, beispielsweise Lokalspulen, für eine Verwendung in einer Hybrid MR-PET-Anlage zu optimieren.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt des Kalibrierens der Strahlungsschwächung folgende Schritte: zunächst wird ein Differenzbild aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild automatisch bestimmt. Dies kann beispielsweise durch Bilden eines Differenzwertes für jeden Bildpunkt durchgeführt werden. Auf der Grundlage der vorläufigen Strahlungsschwächung beziehungsweise im Fall der zuvor beschriebenen Iteration auf der Grundlage der Strahlungsschwächung des letzten Iterationsschrittes, werden Schwächungskorrekturfaktoren für (Vorwärts-)Projektionen durch den Gegenstand bestimmt. Diese Bestimmung kann beispielsweise mit Hilfe einer sog. Radon-Transformation durchgeführt werden. Weiterhin werden auf der Grundlage des Differenzbildes Änderungswerte für die Schwächungskorrekturfaktoren bestimmt. Auf der Grundlage dieser Änderungswerte werden dann die Schwächungskorrekturfaktoren korrigiert und schließlich die kalibrierte Strahlungsschwächung auf der Grundlage der geänderten Schwächungskorrekturfaktoren, beispielsweise mit Hilfe der umgekehrten Radon-Transformation, bestimmt.
In diesem Zusammenhang werden nachfolgend die Begriffe Strahlungsschwächung und Schwächungskorrekturfaktor genauer erläutert. Der Begriff der Strahlungsschwächung, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, betrifft einen Schwächungswert, welcher einem Volumenelement des Gegenstandes zugeordnet ist. Die Gesamtheit der Strahlungsschwächung mit ihrer räumlichen Zuordnung wird auch als μ-map bezeichnet. Der Begriff Schwächungskorrekturfaktor, wie er in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bezeichnet eine Schwächung entlang einer Projektionsgeraden durch den Gegenstand. Der Schwächungskorrekturfaktor wird auch als Attenuation Correction Factor bezeichnet. Eine Umrechnung der Strahlungsschwächung in Schwächungskorrekturfaktoren und umgekehrt kann beispielsweise mit Hilfe der Radon-Transformation (Vorwärtsprojektion) beziehungsweise der Umkehrung der Radon-Transformation (Rückprojektion) durchgeführt werden. Anstatt einer einfachen Rückprojektion wird häufig eine sogenannte gefilterte Rückprojektion verwendetet, welche eine Entfaltung des rückprojizierten Bildes bewirkt. Diese Verfahren sind dem Fachmann bekannt und werden nicht näher beschrieben.
Wie nachfolgend gezeigt werden wird, ist die Umrechnung der Strahlungsschwächung in Schwächungskorrekturfaktoren und eine Korrektur der Schwächungskorrekturfaktoren auf der Grundlage von Änderungswerten, welche sich aus dem Differenzbild ergeben, vorteilhaft, da sich das Ändern der Schwächungskorrekturfaktoren auf eine einfache Addition von logarithmierten Werten zurückführen lässt.
Gemäß einer Ausführungsform werden daher logarithmische Änderungswerte für die Schwächungskorrekturfaktoren für die Projektionen durch den Gegenstand durch Vorwärtsprojizieren des Differenzbildes bestimmt. Dann werden die logarithmischen Änderungswerte zu logarithmierten Schwächungskorrekturfaktoren, welche für Projektionen durch den Gegenstand auf der Grundlage der vorläufigen Strahlungsschwächung bestimmt wurden, addiert. Schließlich wird aus den geänderten logarithmierten Schwächungskorrekturfaktoren durch Rückprojizieren die korrigierte oder kalibrierte Strahlungsschwächung bestimmt. Das so definierte Verfahren lässt sich daher auf einfache Art und Weise automatisiert von einem entsprechenden Computersystem durchführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ferner eine Vorrichtung für eine Positronenemissionstomographieanlage zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstands in einem Positronenemissionstomographen der Positronenemissionstomographieanlage bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Steuereinheit zur Ansteuerung eines Positronenemissionsdetektors des Positronenemissionstomographen und eine Bildrecheneinheit zum Empfang von dem Positronenemissionsdetektor erfassten Strahlungsrohdaten und zur Rekonstruktion von Bilddaten aus den Strahlungsrohdaten. Die Vorrichtung ist ausgestaltet, erste Strahlungsrohdaten eines in dem Positronenemissionstomographen angeordneten Phantomobjekts zu erfassen, während der Gegenstand nicht in dem Positronenemissionstomographen angeordnet ist. Das Phantomobjekt weist eine Positronenemissionsquelle auf und ist in der Lage, hochenergetische Photonen aufgrund einer Wechselwirkung eines Positrons mit einem Elektron auszusenden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Geometrie des Phantomobjekts so ist, dass alle Koinzidenzlinien (Lines of Response), die in späteren Patienten-Scans korrigiert werden sollen, bereits mit dem Phantom abgedeckt werden. Die Vorrichtung ist ferner ausgestaltet, ein erstes Bild des Phantomobjekts aus den ersten Strahlungsrohdaten zu berechnen. Weiterhin ist die Vorrichtung in der Lage, eine Anfangsstrahlungsschwächung oder vorläufige Strahlungsschwächung (eine so genannte initiale μ-map) des in dem Positronenemissionstomographen angeordneten Gegenstandes mit Hilfe von in dem Stand der Technik bekannten Verfahren, wie sie in der Einleitung beschrieben wurden, zu verarbeiten (die initiale μ-map kann aus einer beliebigen anderen Anlage stammen), und die in der zu verarbeitenden μ-map gegebene Position des Gegenstandes mit der physikalischen Position des Gegenstandes in der Vorrichtung abzugleichen. Außerdem ist die Vorrichtung in der Lage, zweite Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts zu erfassen, während der Gegenstand in dem Positronenemissionstomographen angeordnet ist, und ein zweites Bild des Phantomobjekts aus den zweiten Strahlungsrohdaten unter Berücksichtigung der vorläufigen Strahlungsschwächung zu berechnen. Schließlich ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass sie auf der Grundlage des ersten und des zweiten Bildes die Strahlungsschwächung kalibriert. Die Positronenemissionstomographieanlage kann beispielsweise eine kombinierte Magnetresonanz- und Positronenemissionstomographieanlage sein, eine sog. MR-PET-Hybridanlage, wobei der Gegenstand eine oder mehrere Lokalspulen der Magnetresonanzanlage umfasst.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgestaltet, dass sie das zuvor beschriebene Verfahren oder eine seiner Ausführungsformen durchführen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine MR-PET-Hybridanlage mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung bereitgestellt. Die MR-PET-Hybridanlage umfasst daher ebenfalls die Vorteile der zuvor beschriebenen Vorrichtung beziehungsweise des zuvor beschriebenen Verfahrens.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, insbesondere eine Software, welche in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinheit einer Vorrichtung für eine Positronenemissionstomographieanlage geladen werden kann. Mit Programmmitteln dieses Computerprogrammprodukts können alle zuvor beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Computerprogrammprodukt in der Magnetresonanzanlage ausgeführt wird.
Schließlich stellt die vorliegende Erfindung einen elektronisch lesbaren Datenträger, z. B. eine CD oder DVD, bereit, auf welchem elektronisch lesbare Steuerinformationen, insbesondere Software, gespeichert sind. Wenn diese Steuerinformationen von dem Datenträger gelesen und in einer Steuereinheit einer Vorrichtung für eine Positronenemissionstomographieanlage gespeichert werden, können alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Verfahrens mit der Positronenemissionstomographieanlage durchgeführt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer MR-PET Hybridanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Positronenemissionstomographieaufnahme eines Phantomobjekts, welches mit Hilfe einer vorläufigen Strahlungsschwächung bestimmt wurde.
3 zeigt eine Positronenemissionstomographieaufnahme des Phantomobjekts, welche mit einer gemäß der vorliegenden Erfindung kalibrierten Strahlungsschwächung bestimmt wurde.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstands in einem Positronenemissionstomographen.
1 zeigt eine MR-PET-Hybridanlage 1, welche einen kombinierten Magnetresonanz- Positronenemissionstomographie-Tomographen 2 (MR-PET-Tomograph), einen in dem MR-PET-Tomographen angeordneten Untersuchungstisch 3, eine Steuereinheit 4 und eine Bildrecheneinheit 5 umfasst. Die Steuereinheit 4 ist ausgestaltet, den MR-PET-Hybridtomographen 2 und den darin angeordneten Untersuchungstisch 3 anzusteuern, um Positronenemissionstomographieaufnahmen und Magnetresonanzaufnahmen von einem auf dem Untersuchungstisch 3 angeordneten Untersuchungsobjekt oder Patienten zu erfassen und mit Hilfe der Bildrecheneinheit 5 auf einem Bildschirm der Bildrecheneinheit 5 darzustellen. Die Arbeitsweise des Tomographen 2, der Steuereinheit 4 und der Bildrecheneinheit 5 im Allgemeinen ist dem Fachmann bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
Durch die Verwendung einer MR-PET-Hybridanlage kann die Bildqualität einer Positronenemissionstomographieaufnahme erheblich verbessert werden. Eine magnetresonanzbasierte Schwächungskorrektur der Strahlungsdaten wird in MR-PET-Hybridanlagen jedoch durch die Tatsache erschwert, dass Lokalspulen, welche verwendet werden, um das Magnetresonanzsignal von dem Patienten zu empfangen, bei den üblichen Magnetresonanzabtasttechniken nicht sichtbar sind. Diese Spulen können jedoch einen erheblichen Einfluss auf die Strahlungsdaten der Positronenemissionstomographieaufnahmen haben und daher muss ihre Schwächung korrigiert werden, um Artefakte zu vermeiden und quantitative PET-Aufnahmen zu erhalten. Dazu ist die Strahlungsschwächung der Lokalspulen möglichst genau zu bestimmen. Diese Strahlungsschwächung wird nachfolgend auch als μ-map bezeichnet.
Daher wird gemäß der hier beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der Steuereinheit 4 und der Bildrecheneinheit 5 ein iteratives Verfahren durchgeführt, bei welchem ausgehend von einer verhältnismäßig ungenauen Abbildung der Strahlungsschwächung oder μ-map der Lokalspulen eine verbesserte μ-map bereitgestellt, indem in Bereichen, welche zuvor unterkorrigiert waren, Schwächung hinzugefügt wird und in Bereichen, welche zuvor überkorrigiert waren, Schwächung weggenommen wird. Das Verfahren wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 in Form eines Ablaufverfahrens 40 beschrieben werden.
Im Schritt 41 des Verfahrens 40 wird ein Testobjekt 6, ein sog. Phantomobjekt, in der MR-PET-Anlage 1 angeordnet. Das Phantomobjekt 6 kann beispielsweise auf dem Objekttisch 3 innerhalb des Tomographen 2 angeordnet werden. Das Phantomobjekt 6 weist eine Positronenemissionsquelle auf, wodurch in dem Phantomobjekt 6 durch Kombination von Positronen und Elektronen hochenergetische Photonenpaare entstehen, welche von dem Positronenemissionstomographen 2 erfasst werden können und zur Erzeugung von Positronenemissionstomographieaufnahme verwendet werden können. Im Schritt 42 werden dementsprechend mit Hilfe des Positronenemissionstomographen 2 Abtastrohdaten S_A des Phantomobjekts 6 erfasst. Lokalspulen, welche in MR-PET-Hybridanlagen verwendet werden können, sind zu diesem Zeitpunkt nicht in dem Tomographen 2 angeordnet. Im Schritt 43 werden mit Hilfe der Bildrecheneinheit 5 aus den Abtastrohdaten S_A Bilddaten I_A des Phantomobjekts 6 bestimmt. 3 zeigt eine des Phantomobjekts 6, welche den Bilddaten I_A entspricht.
Im Schritt 44 werden eine oder mehrere Lokalspulen 7 zusätzlich zu dem Phantomobjekt 6 auf dem Objekttisch 3 in dem Tomographen 2 angeordnet. Die Lokalspulen 7 werden vorteilhafterweise derart angeordnet, dass sie sich in der MR-PET-Anlage in der gleichen Position befinden, wie bei einer späteren Verwendung in Verbindung mit einem Patienten. Gemäß bekannten Verfahren, wie sie in der Einleitung beschrieben wurden, wird eine vorläufige Strahlungsschwächung oder μ-map der Lokalspulen im Schritt 45 bestimmt. Diese vorläufige μ-map kann verhältnismäßig ungenau sein. Beispielsweise kann diese vorläufige μ-map näherungsweise aus geometrischen Strukturen der Lokalspulen bestimmt werden. Im Schritt 46 werden dann Abtastrohdaten S_B des Phantomobjekts 6 erfasst, während die Lokalspulen 7 in der MR-PET-Anlage 1 angeordnet sind. Im Schritt 47 werden dann Bilddaten I_B des Phantomobjekts 6 aus den Abtastrohdaten S_B unter Verwendung der vorläufigen μ-map bestimmt. 2 zeigt ein mögliches Ergebnis dieser Bilddaten I_B. In 2 ist eine des Phantomobjekts 6 zu erkennen, wobei jedoch das Innere des Phantomobjekts 6 starke Unregelmäßigkeiten aufweist, insbesondere hellere und dunklere Bereiche, welche beispielhaft in 2 mit dem Bezugszeichen 21–23 gekennzeichnet sind. Diese Unregelmäßigkeiten resultieren aus der ungenauen Strahlungsschwächung, welche für die Lokalspulen in der vorläufigen μ-map angenommen wurde. Mit dem nachfolgend beschriebenen interativen Verfahren werden diese Unregelmäßigkeiten korrigiert und somit die μ-map der Lokalspulen kalibriert.
Dazu wird im Schritt 48 zunächst ein Differenzbild ΔI aus den Bilddaten I_A und I_B bestimmt: ΔI = I_A – I_B
Weiterhin werden im Schritt 51 Schwächungskorrekturfaktoren, sog. Attenuation Correction Factors (ACF), für Projektionen durch die Lokalspulen 7 aus der vorläufigen μ-map berechnet. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Radon-Transformation, einer sog. Vorwärtsprojektion (forward projection) durchgeführt werden, da der Schwächungskorrekturfaktor der Exponent der vorwärts projizierten μ-map ist. Das Differenzbild ΔI weist die lokalen Über- und Unterkorrekturen auf. Überkorrekten zeigen beispielsweise einen Wert kleiner als Null, wohingegen Unterkorrekturen einen Wert größer als Null anzeigen. Im Schritt 53 werden diese Differenzen ebenfalls vorwärts projiziert und somit Differenzen der logarithmischen Schwächungskorrekturfaktoren Δlog(ACF) bestimmt. Diese Differenzen werden zu den Schwächungskorrekturfaktoren, welche im Schritt 51 aus der vorläufigen Strahlungsschwächung bestimmt wurden, addiert, um verbesserte Schwächungskorrekturfaktoren ACF* zu erhalten: ACF*: = exp(log(ACF) + Δlog(ACF))
Durch Rückprojizieren des Logarithmus der verbesserten Schwächungskorrekturfaktoren ACF* wird eine verbesserte Strahlungsschwächung (μ-map) der Lokalspulen 7 im Schritt 54 bestimmt Die Rückprojektion kann gefiltert oder ungefiltert sein. Das Verfahren wird dann im Schritt 47 fortgesetzt, wobei in den folgenden Iterationsschritten anstatt der vorläufigen Strahlungsschwächung nun jeweils die bereits verbesserte Strahlungsschwächung verwendet wird. Im Schritt 47 werden daher aus den Abtastrohdaten S_B unter Verwendung der verbesserten μ-map Bilddaten I_B bestimmt. Im Schritt 48 wird wiederum ein Differenzbild ΔI aus I_A und I_B bestimmt. Im Schritt 49 werden nun die Abweichungen oder Unregelmäßigkeiten innerhalb des Differenzbildes ΔI untersucht. Wenn die Abweichungen hinreichend klein sind, das heißt, wenn sich die Aufnahme 20 der 2 hinreichend der Aufnahme 30 der 3 angenähert hat, wird das Verfahren im Schritt 50 beendet. Andernfalls wird das Verfahren mit dem Schritt 51 und den zuvor beschriebenen Folgeschritten weiter durchgeführt, bis eine Strahlungsschwächung (μ-map) für die Lokalspulen 7 bestimmt ist, welche hinreichend genau ist.
Im Schritt 49 können auch andere Abbruchkriterien für das Verfahren verwendet werden, beispielsweise kann im Schritt 49 bestimmt werden, wie stark sich die μ-map zwischen den letzten beiden Iterationsschritten geändert hat. Ist die Änderung der μ-map zwischen den letzten beiden Iterationsschritten hinreichend gering, wird das Verfahren abgebrochen. Alternativ können auch Schwellenwerte für Änderungen in der μ-map oder für maximale Abweichungen in dem Differenzbild ΔI verwendet werden, um das Verfahren 40 bei Unterschreiten dieser Schwellenwerte abzubrechen.
Obwohl die Erfindung in der vorhergehenden Beschreibung zur Bestimmung einer μ-map von Lokalspulen 7 in der MR-PET-Hybridanlage beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ kann auch für beliebige andere Gegenstände, welche während einer PET-Untersuchung in dem Tomographen 2 angeordnet sind, eine μ-map mit dem zuvor beschriebenen Verfahren 40 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste

1: MR-PET-Hybridanlage
2: MR-PET-Tomograph
3: Objekttisch
4: Steuereinheit
5: Bildrecheneinheit
20: Aufnahme
21–23: unregelmäßige Bereiche
30: Aufnahme
40: Verfahren
41–54: Schritt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Towards quantitative PET/MRI: A review of MR-based attenuation correction techniques” von M. Hofmann, B. Pichler, B. Schölkopf und T. Beyer (European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging 36 (Supplement 1), 93–104 (03 2009)) [0004]
„Study of MR head and neck coils for its use in an integrated MR/PET-Scanner” von Gaspar Delso, Axel Martinez, Ralph Bundschuh, Ralf Ladebeck, David Faul und Sibylle Ziegler (J. Nucl. Med. Meeting Abstracts 2009 50: 1476) [0005]
”Attenuation Correction for MR Table and Coils for a Sequential PET/MR System” von Bin Zhang, Debashish Pal, Zhigiang Hu, Navaeep Ojha, Tiantui Guo, Gary Muswick, Chi-Hua Tung und Jeff Kaste (IEEE MIC, 2009) [0005]

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes (7) in einem Positronenemissionstomographen (2), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: – Anordnen eines Phantomobjekts (6), welches eine Positronenemissionsquelle aufweist, in dem Positronenemissionstomographen (2), – Erfassen von ersten Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts (6) mit Hilfe des Positronenemissionstomographen (2), während der Gegenstand (7) nicht in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, – Berechnen eines ersten Bildes des Phantomobjekts (6) aus den ersten Strahlungsrohdaten, – Anordnen des Gegenstandes (7) in dem Positronenemissionstomographen (2) und Festlegen einer vorläufigen Strahlungsschwächung des in dem Positronenemissionstomographen angeordneten Gegenstandes (7), – Erfassen von zweiten Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts (6) mit Hilfe des Positronenemissionstomographen (2), während der Gegenstand (7) in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, – Berechnen eines zweiten Bildes des Phantomobjekts (6) aus den zweiten Strahlungsrohdaten unter Berücksichtigung der vorläufigen Strahlungsschwächung, und – Kalibrieren der Strahlungsschwächung des Gegenstandes auf der Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Kalibrierens der Strahlungsschwächung umfasst: – Bilden eines Differenzbildes aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild, – Bestimmen eines Schwächungskorrekturfaktors für eine Projektion durch den Gegenstand (7) auf der Grundlage der vorläufigen Strahlungsschwächung, – Bestimmen eines Änderungswertes für den Schwächungskorrekturfaktor auf der Grundlage des Differenzbildes, – Ändern des Schwächungskorrekturfaktors auf der Grundlage des Änderungswertes, und – Bestimmen der Strahlungsschwächung auf der Grundlage des geänderten Schwächungskorrekturfaktors.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmen des Änderungswertes ein Bestimmen eines logarithmischen Änderungswertes für den Schwächungskorrekturfaktor für die Projektion durch den Gegenstand (7) durch Vorwärtsprojizieren des Differenzbildes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Änderns des Schwächungskorrekturfaktors ein Addieren des logarithmischen Änderungswertes zu einem Logarithmus des Schwächungskorrekturfaktors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Bestimmens der Strahlungsschwächung ein Rückprojizieren des geänderten Schwächungskorrekturfaktors für die Projektion durch den Gegenstand (7) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte Berechnen eines zweiten Bildes des Phantomobjekts (6) und Kalibrieren der Strahlungsschwächung iterativ durchgeführt werden, wobei die kalibrierte Strahlungsschwächung einer Iteration als vorläufige Strahlungsschwächung der folgenden Iteration verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Iterieren beendet wird, wenn ein Differenzbild aus dem ersten Bild und dem zweiten Bild nur Abweichungen unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlegen der vorläufigen Strahlungsschwächung des in dem Positronenemissionstomographen angeordneten Gegenstandes (7) umfasst: – Abtasten das Gegenstandes (7) in einem Computertomographen und umrechnen von gemessenen Transmissionswerten auf eine Schwächung bei 511 keV, – Abtasten des Gegenstandes (7) in dem Positronenemissionstomographen mit einer Emissionsquelle, und/oder – Bestimmen der vorläufigen Strahlungsschwächung aus Geometrie, Abmessungen und physikalischen Schwächungskoeffizienten des Gegenstandes (7).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenstand (7) eine Lokalspule einer Magnetresonanzanlage (1) umfasst.
Vorrichtung für eine Positronenemissionstomographieanlage zur Bestimmung einer Strahlungsschwächung aufgrund eines Gegenstandes (7) in einem Positronenemissionstomographen (2) der Positronenemissionstomographieanlage (1), wobei die Vorrichtung (4, 5) eine Steuereinheit (4) zur Ansteuerung eines Positronenemissionsdetektors des Positronenemissionstomographen (2) und eine Bildrecheneinheit (5) zum Empfang von von dem Positronenemissionsdetektor erfassten Strahlungsrohdaten und zur Rekonstruktion von Bilddaten aus den Strahlungsrohdaten umfasst, wobei die Vorrichtung (4, 5) ausgestaltet ist, – erste Strahlungsrohdaten eines in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordneten Phantomobjekts (6), welches eine Positronenemissionsquelle aufweist, zu erfassen, während der Gegenstand (7) nicht in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, – ein erstes Bild des Phantomobjekts (6) aus den ersten Strahlungsrohdaten zu berechnen, – eine vorläufige Strahlungsschwächung des in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordneten Gegenstandes (7) festzulegen, – zweite Strahlungsrohdaten des Phantomobjekts (6) zu erfassen, während der Gegenstand (7) in dem Positronenemissionstomographen (2) angeordnet ist, – ein zweites Bild des Phantomobjekts (6) aus den zweiten Strahlungsrohdaten unter Berücksichtigung der vorläufigen Strahlungsschwächung zu berechnen, und – die Strahlungsschwächung auf der Grundlage des ersten Bildes und des zweiten Bildes zu kalibrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Positronenemissionstomographieanlage (1) eine kombinierte Magnetresonanz- und Positronenemissionstomographieanlage umfasst, wobei der Gegenstand (7) eine Lokalspule umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4, 5) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 ausgestaltet ist.
MR-PET-Hybridanlage mit einer Vorrichtung (4, 5) nach einem der Ansprüche 10–12.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinheit (4) einer Vorrichtung (4, 5) für eine Positronenemissionstomographieanlage (1) ladbar ist, mit Programmmitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–9 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinheit (4) ausgeführt wird.
Elektronisch lesbarer Datenträger mit darauf gespeicherten elektronisch lesbaren Steuerinformationen, welche derart ausgestaltet sind, dass sie bei Verwendung des Datenträgers in einer Steuereinheit (4) einer Vorrichtung (4, 5) für eine Positronenemissionstomographieanlage (1) das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 durchführen.