技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于在正电子发射
断层造影范畴内测定
受检对象的与至少一个周期性运动过程有关的身体部位的正电子发射测量信息的方法及一种所属的装置。
背景技术
[0002] 在正电子发射断层造影中借助于一种事先引入到受检对象的器官中的
放射性标记物质
跟踪其在身体内的分布，以得到进行着的生化和生理过程的主要功能图像或者说数据。正电子发射断层造影的时间
分辨率与其它的成像方法相比相当低。典型地在正电子发射断层造影的情况下图像摄取按不同的阶段进行，所述阶段称为“床位”并且各需要2至5分钟范围的摄取时间。与这种较长的拍摄时间相比较，身体内的一系列运动过程，例如呼吸或者心搏周期，以比单个“床位”拍摄相关的时间常数短的时间常数进行。
[0003] 其它的解剖成像方法，主要是，其数据能够起完善例如涉及糖代谢的正电子发射断层造影数据的正确性作用的解剖成像方法，具有较高的
时间分辨率。从而例如用计算机断层造影的全身摄像以几秒钟至大约两分钟范围内的测量时间进行。
[0004] 因为在一个“床位”期间受检对象的受关注区域在运动，所采集的正电子发射数据表示在身体运动上的一种时间均化。这必然会导致显著地降低从正电子发射测量信息中获得的图像的图像
质量。
[0005] 尽管有用于采集和重现正电子发射测量信息的方案和方式，以得到四维的正电子发射数据组，也就是按时间分析的数据，然而至今这种数据尚不足以尤其是与譬如计算机断层造影之类的解剖成像方法的解剖数据结合或者说
叠加，所述计算机断层造影的数据与正电子发射数据不是等中心，这是行不通的或者说达不到满意。
[0006] 例如人们试图在正电子发射
数据采集时动用由心脏周期或者说呼吸决定的触发器。这种触发器检测心脏周期或者呼吸周期中的峰值，所述峰值在考虑对所述峰值的时间延迟的条件下重现图像数据时用作时间分辨参数。然而，在此却存在各周期在其持续时间方面变化的问题，这例如是由于譬如紧张、心律不齐或者咳嗽等的生理影响造成的。由此在时间上求均值变得特别地复杂。此外，由于各种原因，与呼吸相关的触发器不是很可靠，例如在呼吸深度方面，从而往往不能识别一个周期的峰值或者开始点。
发明内容
[0007] 从而本发明要解决的技术问题是，提出一种在正电子发射断层造影范畴内测定一个检查对象的与至少一种周期性运动过程相关的身体区域的正电子发射测量信息的方法，与此相关地改善该方法并且以能够以简单和可靠的方式把正电子发射测量信息编排到其解剖环境中。
[0008] 为了解决该技术问题提出一种前述类型的方法，其具有以下的步骤：
[0009] 一种用于在正电子发射断层造影范畴内测定一个受检对象的与至少一个周期性运动过程有关的身体区域的正电子发射测量信息的方法，包含步骤：
[0010] -在受检对象的要检查的区域中进行正电子发射测量以测定功能上的正电子发射测量信息，
[0011] -与正电子发射测量同时地用一种具有高时间分辨率的解剖成像方法，尤其是用一种计算机断层造影方法在至少一个测量时间段内将要检查的身体区域的解剖测量信息采集限制在一个拍摄面上，
[0012] -用解剖成像方法以较高的时间分辨率在至少一个运动过程周期内采集解剖参考测量信息的完整四维数据组并且
[0013] -根据所述解剖成像方法的属于正电子发射测量的测量时间段内的限制于拍摄面上的解剖测量信息与所述四维解剖参考测量信息的比较，使所述测量时间段的正电子发射测量信息与相应的解剖参考测量信息对应。
[0014] 也就是说一方面进行一种正电子发射断层造影，用以得到PET测量信息，所述正电子发射断层造影在下文中也称为PET。该PET测量可以借助于一种PET装置的相应控制装置自动地进行。通过所述PET测量可以时间模糊地基于拍摄时间在几分钟的范围内得到功能数据，所述功能数据例如涉及糖代谢。
[0015] 与PET测量同时间地在受检对象的同一关注的身体区域中连续地或者在所述PET测量的一定时间段内进行用解剖成像方法的拍摄。然而该拍摄却限于在要拍摄的身体部位范围中一个拍摄面或者断层，也就是说不在时间上提供所述解剖范围的完整三维数据组，而是只提供在一个层面中的解剖信息。然而由于所述解剖成像方法较高的时间分辨率也能够用这种拍摄得到解剖结构或者说对应的身体区域的运动的实时检验。必要时，该拍摄还可以按照监视所述拍摄工作的技术人员对测量记录的选择同样完全或者在很大程度上自动地进行。
[0016] 补充地用所述解剖成像方法采集解剖参考测量信息的完整四维数据组，所述解剖成像方法在一个运动过程的至少一个周期，例如在一个心搏周期或者一个呼吸周期上展开。因此所述四维采集不必在整个正电子发射测量过程中并列地进行，而是就其持续时间而言限制在PET测量时间段的一个小部分上。采集解剖参考测量信息作为四维数据组，也就是时间分辨的立体数据，例如可以在真正的PET测量之前进行。于是在PET测量本身的过程中只在一个层中进行解剖数据的采集。一种适当的采集方法是计算机断层造影。
[0017] 不言而喻，作为解剖成像方法可以设想不同的方法，例如光学断层造影方法、
超声波方法或者
磁场传感方法以及磁共振方法。然而本发明所述的方法可以特别有利地与解剖成像方法相结合，所述解剖成像方法一方面导致受检对象承受射线负荷，而另一方面却得到不与PET的数据等中心的不同数据。
[0018] 在最后的步骤中最后进行例如计算机断层造影的限于一个拍摄面上的解剖测量信息与所述四维解剖参考测量信息的比较，以能够在所述拍摄的一个确定的时间段或者说一个确定的间期，从在PET拍摄过程中作为时间控制得到的所述一个测量层的受限制的解剖信息中推断出属于该层的完整四维解剖参考测量信息。为此例如借助于适当的程序工具，在一定的情况下自动地把所述测量信息外推到完整的受检查区域。为此可以借助各种
图像识别技术和
图像处理技术，譬如结构识别或者边缘识别。
[0019] 由此能够把例如计算机断层造影的解剖数据与PET的功能数据如此地结合，即，使得在结果中得到合成或者说叠加成准确的四维解剖和功能图像数据。
[0020] 在此，本发明所述的方法出发点是，所关注的身体区域例如心脏的运动尽管在时间上或者在各个周期中改变，然而这种运动却在三维空间内是非常类似的。例如心脏所具有的几何形状可能在时域中基于心搏速度改变或者譬如心律不齐之类的病理
缺陷等等而非常地不同，然而在一个心搏周期中在空间域方面在几何形状上却存在一种较大的相似性。对在PET测量时周期性地进行的运动过程起决定性作用的是在一个级数展开中的单次项。在一定的情况下可以为所述空间对应配属把所述运动的描述限制在这些项。
[0021] 由此可以达到准确配准PET数据和计算机断层造影数据来作为四维数据组。如果比至今结合采用PET的新示踪物通过PET检查的糖代谢更快的功能过程，例如
钾钠
泵或者丙
酮酸盐代谢，起作用的话，这样的四维解剖和功能数据组的实用性尤其在将来会起作用。这样的话，所述成像过程基本上取决这样的四维数据组的可达到性。
[0022] 根据本发明这样一种数据组可以简单的方式和方法通过借助于一个运动周期的参考数据组外插同时进行的、并且限于一个拍摄面上的对解剖信息的测量达到，尽管PET数据和计算机断层造影数据不是等中心的。
[0023] 在此数据的采集可以在由操作人员、例如医技辅助人员启动以后借助于一个控制装置自动地或者说基本上自动地进行。
[0024] 将所述四维解剖参考测量信息连同所述测量时间段的对应的正电子发射测量信息一起图像地尤其以叠加图像形式显示在至少一个图像输出装置上，和/或存储在一个
存储器单元中为以后显示进行保留。通过既用PET信息也用解剖信息把所述图像叠加成一个单个的图像可以得到并且显示解剖的和功能的数据的完整四维的数据组。这样一种显示能够简单地
可视化得到所有采集的信息，尤其是可以立即在解剖学上正确地与所述PET信息对应起来，由此可以更便于医生例如为诊断目进行随后的分析。通过立即进行的显示使得医技人员能够正确地判断图像质量。作为在一个图像输出装置、例如一个监视器或者一个平面显示屏或者类似物上显示的补充，或者作为替代方案，可以进行所对应的解剖数据和功能数据的存储。由此实现，例如通过存储在一个
硬盘上或者一个外部的数据载体上，在以后调用所述解剖和功能测量信息的四维数据组。所述图解的显示及存储可以例如通过程序工具在需要时自动地进行或者按照操作人员的操作进行。
[0025] 解剖参考测量信息的完整四维数据组可以在正电子发射测量开始前或者结束以后产生。也就是说，例如可以首先通过计算机断层造影拍摄一个心脏周期或者一个呼吸周期，然后接着利用并列的计算机断层造影图像进行PET测量，然而这时所述并列的计算机断层造影图像限制在一个拍摄面上。类似地可以在PET结束以后在一个完整的运动周期或者多个运动周期上进行这样一种解剖数据的测量。
[0026] 当然如果所希望的拍摄技术允许，也可以在采用自动控制的情况下还在PET测量过程中，在一个周期上一次地记录一个完整的数据组，并且用作参考，其中在PET测量的其余时间段中只做断层拍摄。在一定的情况下还可以相应地在PET测量结束前和结束后跟踪完全的或者几乎完全的运动周期，以得到解剖数据，其中，可以平均或者叠加多个周期的这些四维数据，以整体上得到功能与解剖数据的一种准确的对应。
[0027] 根据本发明，限制于一个拍摄面上的解剖测量信息的采集可以在采用一种低剂量的、以射线为
基础的解剖成像方法的情况下进行，例如在采用计算机断层造影的情况下进行。如果只是并列地以较低的剂量进行
X射线计算机断层造影扫描，对患者的射线负荷就很低。只对应于一个运动周期必须采集一完全的、不限于一个层的数据组。在此对应于断层拍摄或层拍摄的剂量可以选择得低到使所选择的拍摄面的图像质量刚好在展开在一个周期上的四维数据组的参考测量信息方面能够可靠地对应即可。适当的剂量可以通过一种优选程序确定。
[0028] 限制于一个拍摄面的解剖测量信息与所述四维解剖参考测量信息的比较和/或所述测量时间段的正电子发射测量信息与相应的解剖参考测量信息的对应可以借助于一个程序工具至少部分自动地和/或由操作人员手动进行。
[0029] 在此相宜的是，不论是所述比较还是所述对应都通过程序工具进行，所述程序工具还理解成一种程序工具包。为此还可以考虑同时地或者彼此相继地采用各种图像识别技术或者图像处理技术。例如，可以使用减影方法以及结构识别或者边缘识别方法，其中适当的图像处理方法的选择通过所述程序工具自动地进行，或者作为替代或补充方案通过操作人员进行，例如可以通过相应资质的信息技术人员或者科学工作者进行。
[0030] 可以把所述自动比较或者自动对应与操作人员方的检验和校正相结合。为此相宜地同样通过所述程序工具，必要时在把PET测量信息包括在内的条件下，产生所述层拍摄以及所述完整四维数据组的屏幕显示，以使得操作人员能够通过选择相应地属于一个整体的图像元或图像达到可视化的比较和对应。
[0031] 在本发明所述的方法中所述身体区域可以依据呼吸周期和/或心搏周期周期性地运动。这是在人类和动物器官中出现的最重要的运动过程，并且由于很小的时间分辨率在PET测量信息的时间刻度上导致不准确性或者模糊。呼吸和心脏运动不仅在心脏和
肺脏区域中拍摄时导致不准确性，而且此外还至少对跟随这种运动的相邻的身体区域有显著的影响，并且其中因此同样要求修正以准确地与所述PET测量信息对应。当然本发明所述的用于测定PET测量信息的方法还可以考虑其它的周期运动或者某些无意识的重复出现的其它运动，其中，例如考虑两个或者多个周期以用解剖成像方法适当地采集参考测量信息并且加以平均或者检验相符性。当然在其它的运动过程中通过一个周期产生的四维数据组就足够了。
[0032] 根据本发明可以用一个唯一的检测器或者两个相邻的分开的检测器检测所述正电子发射测量信息和解剖测量信息。
[0033] 如果采用一个能够既接收PET
信号也能够接收解剖成像方法的信号、也就是尤其是计算机断层造影信号的唯一检测器，那么所述解剖方法就可以提供用作解剖结构运动的实时检验。于是该唯一的检测器就可以完成等中心采集PET测量信息和CT测量信息的任务。如果采用这样的检测器，就可以得到PET数据和CT数据的直接完整的四维数据组。
[0034] 然而对于本发明方法需要的却只是用于计算机断层造影X射线(或者另一种解剖成像方法的信号)和PET
光子的两个独立检测器要紧密接近。在此情况下所述PET测量信息的运动修正如以前所述地进行，其中由于本发明所依据的原理，可以采用表示一个确定的轴向断层的计算机断层造影的X射线透视数据，以从所述四维参考数据组中查找出每个任意的断层
位置。通过借助于两个检测器的X射线计算机断层造影测量信息和PET测量信息的同时数据采集，目前，也就是用已经采用的并且比较简单的装置，就可以达到最佳的接近。
[0035] 在只考虑简单的触发器而放弃X射线透视数据时，例如通过心搏周期中的峰值，要求解剖成像方法的参考周期的数据与PET测量信息的接近，由此与本发明方法不同地会得出不可忽略的误差，所述误差的数量级远高于纯空间接近的数量级。
[0036] 根据本发明可以对于相应的多个测量时间段与相应的解剖参考测量信息对应地设置正电子发射测量信息。从而在PET测量的过程中，尤其有利地在一个运动周期内，例如在心脏的运动周期内，多次地进行与解剖四维数据相关的PET数据的对应设置，以达到PET测量信息的尽可能优化的时间分辨率。从而可以把呼吸周期或者心搏周期或者待检查的身体区域中的其它周期性的运动过程划分成时隙，在每个时隙各进行解剖数据和功能数据的一种编排。所述对应设置可以用一个为此或者还为其它任务例如在所述拍摄运行的控制装置上安装的程序工具实现。
[0037] 可以相应地一起图解地显示所述多个测量时间段的正电子发射测量信息和所对应设置的解剖参考测量信息，并且从所述图解显示中可以产生重现所述功能和解剖测量信息的时间流程的影片和/或
图像序列。这相宜自动地或者通过操作人员支持利用为图像拍摄而与所述控制装置对应设置的程序工具实现，所述程序工具在一定的情况下还用于数据比较和对应设置，并且可能涉及由多个组成部分构成的程序包。影片或者所述图像序列的产生可以全自动地进行，其中在一个
数据处理装置上运行的程序工具在一个图像输出装置上的显示不必立即进行，而是可能以后在由操作人员调出后进行，例如由一名医生读片。
[0038] 所述影片和/或图像序列或许至少部分自动地借助于程序工具和/或由操作人员手动产生和/或在一个图像输出装置上显示和/或为保留以后的显示而存储在一个存储器装置中。也就是说可以实现，一名操作人员例如与所述程序工具互动地规定一个应当产生一个影片的确定时间段，或者还规定PET测量的多个影片的要采集的区间。然后适当地用程序支持为这些区域制造希望的图像序列或者影片。在一个监视器上的显示或者在其它图像输出装置上的显示，例如在一个局域网中的其它的图像输出装置上的显示可以通过所述程序工具引起，例如通过直接地
访问所述计算机联网的一个计算机，或者通过经电子邮件向应当得到这些信息的医生发送。此外还可以需要时在提供给一名操作人员以后，例如在一个网络内的数据处理装置的内部的或者外部的数据载体上的存储所述影片数据或者所述图像序列，所述操作人员可以是信息员或者医技人员。
[0039] 此外本发明涉及一种在正电子发射断层造影的范畴内用于测定受检对象的涉及至少一个周期性运动过程的身体区域的正电子发射测量信息的装置，包含用于测定功能的正电子发射测量信息的装置和用于以一种高时间分辨率采集解剖测量信息的装置，并且设计用于执行以上所说明的方法。
[0040] 从而所述装置能够实现在基于心搏或者呼吸或者其它在运动中的过程或者通过这些运动过程在一定的程度上随动的身体区域中的PET数据采集。所述装置包含用于采集PET测量信息和解剖测量信息、优选计算机断层造影信息的装置。因此这例如涉及一种集成的具有相应的信号检测装置的PET和计算机断层造影系统，为此例如可以设置两个在空间中位置相邻的分开用于计算机断层造影的X射线的检测器和用于PET光子的检测器。
[0041] 如此地设计按照本发明的装置，即，使得能够以高时间分辨率测定解剖数据以及同时能够确定PET的功能数据。在此用解剖成像方法产生至少一个运动周期的四维数据组，而所述PET拍摄装置与解剖拍摄装置同时地在采集参考数据组之后或者之前进行一次测量，该测量可以实现在结果上得到解剖图像数据和功能图像数据的四维数据组。
附图说明
[0042] 本发明的其它优点、特征和细节参照下面的
实施例以及附图予以阐述。其中：
[0043] 图1示出本发明方法的基础的原理简图，
[0044] 图2A、2B以及2C示出本发明方法的原理流程，以及
[0045] 图3示出一种按照本发明的装置。
具体实施方式
[0046] 图1示出如本发明所述方法的基础的原理简图。按照本发明的方法基于把身体中的周期运动过程看成多项式展开的不同阶的叠加。在一阶近似中，把心脏看成球体。多项式展开的一阶是在图1中所示的单项式1。待检查的身体区域所经受的周期运动在所述第一阶近似中对应于球形区域的自扩张或者重新收敛，在此通过处于与球体中点4不同距离的球面2或者3表示。一种呼吸球体方式的运动在此通过箭头5表示，该箭头5在此情况下表示所述扩张。
[0047] 所述多项展开式的其余的项，也就是说例如一个偶项式的二次项对应于一个摆动的球体，或者一个四项式的四次项对应于一个无质心和
重心改变的
变形的球体，对于整体运动起的作用很小，因此在本方法中不予考虑。作为主导运动只考虑第一项，也就是单项式。
[0048] 图2A、2B以及2C示出一种如本发明所述方法的原理流程。
[0049] 在图2A中图解地示出属于一个完整四维数据组的截取的参考测量信息。在图A1至A6中的参考测量信息包含一个心搏周期，其中在此以一个球形表示心脏6，对应于所述单项展开式的第一项。在心搏周期过程中所述心脏从图示A1扩张至图示A4，以便接着重新收敛到图示A1的形状。从而通过与PET测量相比具有高时间分辨率的参考测量信息得到心脏6在一个周期上不同的运动形式，所述高时间分辨率的参考测量信息是一种计算机断层造影方法提供的数据。
[0050] 如在图2B中所示在PET测量过程中，只在一个平面中并列地产生一个X射线计算机断层造影图像。所述计算机断层造影图像具有比PET方法高的时间分辨率，其中例如得到图像记录B1至B3，各图中相应地示出X射线透视图像的拍摄面7。所述PET测量信息或者对应的信号通过阴影线的区域8表示。通过分析所述X射线透视图像可以看出，所述PET测量信息受心脏运动的强烈影响，从而对于测定有说服
力的信息而言，借助于所取得的PET数据进行对解剖结构的配属是特别有帮助的，甚至是必需的。
[0051] 为此，如图2C中所示，借助于所述X射线透视数据进行图2A中所示的第一步骤的对参考测量信息的配属。图2C的上一行图像记录C1至C3相应地表示拍摄面7，其具有处于该层中的PET测量信息，也就是区域8的相应的一部分，在此用8a表示。把PET测量的X射线透视的拍摄面7与所述方法的图2A所示的步骤1的完整计算机断层造影图像相比较。包含一个完整的心搏周期的参考测量信息在图示C4至C9示出。参考测量信息的图示C1至C3与图示C4至C9的比较在图示C6、C7以及C9的情况得不到与相应的运动相的所属性，从而相应地不能够实现将带有所属的PET数据的限于一个拍摄面上的X射线透视数据与图2A所示步骤的完整四维数据组对应。
[0052] 但在图示C4、C5以及C8的情况下，在比较中确定了一致性，这使得能够把PET测量信息用其通过参考图像数据组给出的解剖关系表示，在此通过图示C4、C5和C8的叠加图像表示。这种叠加图像必要时可以在一个程序工具方或者医技人员方存储以后，提交给一位医生，该医生现在能够，用所述PET信号结合其解剖环境评估受检区域或者说所关注的身体区域。由此可以与解剖环境相关地指出PET发射体准确的位置。同时患者的射线负荷很低，因为只须借助于计算机断层造影对心脏6的一个运动周期产生一个完整的解剖数据组，而在PET测量的较长的测量时间内X射线透视可以限制在一个层上。
[0053] 图3中示出一种本发明的装置9。该装置9包含一个测量装置10，所述测量装置10具有用于测定功能的正电子发射测量信息和用于采集解剖的计算机断层造影信息的装置，如由两个小方框11和12所表示地那样。患者13在患者检查床14上被送入到测量装置10中以产生PET测量信息并且采集计算机断层造影测量信息，所述测量装置10具有两个由小方框15表示的相邻的检测器，这两个检测器一方面用于采集PET信号，而另一方面用于检测X射线信号。测量装置10的控制通过一个控制装置16进行，将检测器的信号传送到所述控制装置上，所述检测器用小方框15表示。为了对患者13的承受周期运动的身体区域进行拍摄，由一名操作人员17起动装置9的拍摄运行，为此所述操作人员17操作包含一个图像输出装置的操作装置18。
[0054] 在此首先使用本发明装置9，以采集计算机断层造影数据的参考图像数据组，所述参考图像数据组示出要检查的完整的解剖结构，或者附加地还表示一个周围的区域。接着并列地进行计算机断层造影采集和PET数据的采集，其中只在一个拍摄面中进行具有高时间分辨率的计算机断层造影。接着借助于在所述控制装置16上存放在一个对应的存储器区域中的程序工具进行比较，该比较能够从在PET测量过程中用计算机断层造影采集的只表示一个层析的数据中，推断出此前采集的参考图像数据组的正确对应于所接收到的PET信号的解剖结构。
[0055] 从而可以得到四维的解剖和功能结合的PET图像和计算机断层造影图像并且在操作装置18的图像输出装置上向操作人员17显示。为了能够事后查询，由医生等另外还把这种四维数据组存放在控制装置16的存储器装置上。测量信息的采集工作和后续处理不要求操作人员17的介入，而是可以至少基本上自动进行。
