用於生成組合圖像的方法和混合成像模態的製作方法

2023-12-11 15:51:12

用於生成組合圖像的方法和混合成像模態的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於生成組合圖像（5）的方法，其具有步驟：記錄至少一個對檢查區域（尤其至少肺的一部分）進行成像的正電子發射斷層造影圖像數據組（8），藉助第二個成像模態來記錄至少一個對檢查區域進行成像的灌注圖像數據組（7），對於所述灌注圖像數據組（7）預先給定闕值和選擇所述灌注圖像數據組（7）的這樣的位於闕值之下的區域和/或逆轉所述灌注圖像數據組（7）的顏色調色板或灰度調色板，將所述正電子發射斷層造影圖像數據組（8）和逆轉的灌注圖像數據組（7）組合成組合圖像（5）。本發明還涉及一種可以執行上述方法的混合成像模態（1）。
【專利說明】用於生成組合圖像的方法和混合成像模態
【技術領域】
[0001]本發明涉及用於生成組合圖像的一種方法和一種混合成像模態。
【背景技術】
[0002]正電子發射斷層造影術(簡稱PET)是這樣的一種成像方法，藉助其可以示出檢查對象之內的放射性物質的分布。在PET中使用發射質子的放射性核素，其中為了記錄測量數據而圍繞檢查對象布置探測器環。在一個發射的質子與一個電子湮滅的情況下釋放出兩個光子，這兩個光子以彼此相反的方向運動。如果藉助探測器環在預規定的時間段內採集到兩個光子，這被評價為巧合且由此被評價為湮滅現象。
[0003]在此單次的湮滅現象還不足以做出關於空間分布的推論。只有通過多次湮滅現象的記載才能從單次「響應線，line of response」(簡稱LOR)中算出正電子發射斷層造影圖像數據組。以下將正電子發射斷層造影圖像數據組的記錄理解為湮滅現象的位置分辨的記載以及隨後的正電子發射斷層造影圖像數據組的計算。
[0004]根據放射性核素的放射性和所期望信號強度來改變記錄持續時間，其持續大約至少一分鐘。
[0005]放射性核素穿過身體僅僅支持關於放射性核素自身傳播路徑的陳述。為了能夠涉及關於新陳代謝過程的陳述，公知地，將新陳代謝產物配備以放射性核素，其中生物體無法區別原有的和配備了放射性核素的新陳代謝產物。此種注射物質也被稱為為放射性藥品。
[0006]—種公知且經常使用的放射性藥品是氟代脫氧葡萄糖(18F-Fluordesoxyglucose)(FDG)，其代替葡萄糖代謝。腫瘤細胞相比正常細胞具有更快的新陳代謝。在此也吸收FDG和代謝FDG-6-磷酸鹽。因為之後不再發生其它的轉換，FDG在腫瘤細胞內積聚。
[0007]除了腫瘤細胞以外在其它的處理葡萄糖的組織內也發生積聚。這在一般情況下是不加批判的，因為該身體區域或組織是公知的且可以在正電子發射斷層造影圖像數據組中被識別。
[0008]從Kamel E.M.等人的論文 Occult lung infarction may induce falseinterpretation of 18F-FDG PET in primary staging of pulmonary malignancies, EurJ Nucl Med Mol Imaging, 32:641-646，2005得知，在肺部的微小梗塞處也會發生FDG的積聚而不是僅僅在肺部腫瘤處，從而發生對正電子發射斷層造影圖像數據組的錯誤解釋。

【發明內容】

[0009]本發明要解決的技術問題是，給出一種方法和混合成像模態，藉助其大體上獲得一種在正電子發射斷層造影圖像數據組中的放大信號強度區域的更好的區分。
[0010]該技術問題根據本發明通過用於生成組合圖像的方法來解決。本發明的具有優勢的擴展是從屬權利要求的內容。
[0011]根據本發明記錄正電子發射斷層造影圖像數據組和灌注圖像數據組。這些既不必對相同的檢查區域進行成像，也不必具有相同的解析度，層厚等等。這些圖像數據組僅僅必須在檢查對象的成像部分重疊，其中各自信息的組合被看作是必要的。圖像數據組的配準也必須是可行的，從而可以進行圖像數據組的有意義的組合。
[0012]類似於正電子發射斷層造影圖像數據組的記錄，可行的是，將灌注圖像數據組的記錄理解為得到位置分辨的灌注信息或對此進行表現的圖像的所有步驟。在此一個或多個位置分辨的「原始」圖像數據組的信號可以任意處理和組合。本質上僅僅是獲得位置分辨
的灌注信息。
[0013]這些不必被絕對量化，也即是說灌注圖像數據組不必呈現:灌注在特定的圖像元素中表現為4ml/(gXmin)。，如果確定相對的量化就是足夠的，即，當圖像元素的通過相應數值代表的信號強度與其它圖像元素對比有雙倍強度時，其對應雙倍的灌注。
[0014]在此不言而喻地假定，圖像數據組由圖像元素或像素或者體素構成，其中每個圖像元素對應於有一個數值，該數值對應所記錄的信號強度。圖像數據組可以作為矩陣、陣列或任意其它形式存儲。為了顯示，每個數值對應於灰度值或顏色值，其取決於所使用的顏色調色板。這可以在圖像邊緣示出和由其可以獲悉，哪些顏色對應於哪些數值或值域。在此慣常地設置灰度調色板和顏色調色板。
[0015]通常如此構建灰度調色板，使得黑色對應於圖像中成像數值的最低值而白色對應於最聞值。
[0016]存在多種顏色調色板，廣為傳播的是軟體「IDL」中的「彩虹(Rainbow)」調色板。在這裡「黑」色對應於最低數值而「紅」色對應於最高數值。在這之間由「黑」開始延伸到顏色「紫」、「深藍」、「淡藍」、「淡綠」、「綠」、「黃」以及最後的「紅」，其中每個圖像元素的數值對應於一個顏色以用於顯示並且示出圖像。同樣公知的是程式語言「Matlab」，其提供了調色板「噴射器(Jet)」。該調色板不同於顏色調色板「彩虹」之處僅僅在於，替代「黑」而由「深藍」對應於最低數值。其它次·序還可以在精確的顏色漸變上或在中間步驟的數量上有所區別，但是在其它方面和上述顏色次序相同。
[0017]在一個控制器裝置上任何情況下至少存在一個顏色調色板，其對於對應控制器裝置的使用者而言是熟悉的。根據本發明在一個步驟中設置，使得灌注圖像數據組的顏色顯示被逆轉。更準確地說是，顏色調色板的顏色與數值(尤其是存在於灌注圖像數據組中的數值)之間的對應被顛倒或逆轉。這些可以通過三種方式發生。
[0018]首先一種可以對於灌注圖像數據組中的每個圖像元素的數值確定其倒數。這些以如下公式進行:
[0019]倒數=1/數值
[0020]然後該倒數如同上文中所描述的那樣分別被分配顏色調色板的一個顏色值並且從而產生了灌注圖像數據組。當然在此導致一定的失真，因為數一，二和三的距離是相等的，而它們的倒數1，1/2和1/3的距離卻不是。
[0021]在另外一種構造中因此對於每個圖像元素根據公式:
[0022]數值_new=數值 _max —數值 _。1(1
[0023]來確定數值。數值_max是灌注圖像數據組的所有圖像元素的數值的最高值。由此原有的最大數值變成零也就是最小數值。所有其它計算出的新的數值都大於零並且位於零和從原先的最小數值獲得的數值之間。原則上可以使用每個其它的、甚至沒有在灌注圖像數據組中出現過的數值作為數值』ax。然後最低值不再等於零，而是大於或小於零。因此會產生「偏移(Offsets)」。
[0024]替代地也可以逆轉顏色調色板自身，也就是顏色「紅」對應於最低數值，等等。也就是最低數值對應於這樣的顏色，其一般情況下被分配給最高數值，反之亦然。
[0025]顏色調色板的逆轉顯而易見不受限於所描述的顏色調色板，而是對於任意其它顏色調色板類似地進行。
[0026]替代地或附加地為了顏色調色板或灰度調色板的逆轉,可以設置闕值和僅僅使用灌注圖像數據組的這樣的位於闕值以下的區域或圖像元素以生成組合圖像。在此顯而易見對於每個圖像元素將數值與闕值相比較並且保留或丟棄。由此立刻可見的是，正電子發射斷層造影圖像數據組的哪些信號區域位於低灌注區域中而哪些不是。低灌注在此意味著位於闕值以下。
[0027]闕值可以在灌注的絕對量化的情況下作為數值預先給定。在僅相對量化的情況下其可以作為百分數取決於灌注圖像數據組的圖像元素的所有數值的最大值或平均值而被給定。
[0028]在逆轉灌注圖像數據組或提取灌注圖像數據組的位於闕值之下的區域之後，灌注圖像數據組和正電子發射斷層造影圖像數據組被疊加成為組合圖像，其中在背景中示出灌注圖像數據組而在前景中示出正電子發射斷層造影圖像數據組。
[0029]以該方式和方法，將在正電子發射斷層造影圖像數據組中具有增強的信號強度的、位於減少的灌注的區域之內的區域用警告色加以強調。
[0030]在此優選給正電 子發射斷層造影圖像數據組分配這樣的顏色調色板，其與灌注圖像數據組的調色板相偏差。由此組合圖像的由正電子發射斷層造影圖像數據組所得到的區域，可以更容易地被識別和更好地與灌注圖像數據組的區域相區分。
[0031]在一種構造中使用磁共振設備作為第二成像模態。磁共振斷層造影術是一種公知的、用於顯示解剖學結構以及官能參數的成像方法。尤其公知的是，藉助磁共振斷層造影術來生成灌注圖像數據組。
[0032]在本發明的一種改進方案中為藉助磁共振斷層造影術記錄灌注圖像數據組可以採用一種動脈自旋標記(ASL)的方法。在此準備位於測量層或測量體積上遊的層。該準備也被稱為自旋標誌或自旋標記。所準備的自旋灌注於組織的測量層中而改變所灌注區域的信號強度。由此根據信號改變推斷出灌注。為了確定信號改變而記錄參考圖像，其中在其餘相同的記錄條件下卻不發生所述準備。
[0033]存在兩種不同的ASL種類，意即脈衝動脈自旋標記(PASL)和持續動脈自旋標記(CASL)0它們的不同之處僅在於如何準備信號的方式和方法，二者都可供使用。如此準備的自旋有時候被標識為內源的示蹤劑，而應用的造影劑被稱為外源的示蹤劑。在本申請中以造影劑來表示待應用的物質，當所述物質存在於檢查對象的成像區域時在圖像中的對比度表現被改變。
[0034]在替代的構造中可以藉助造影劑來確定灌注圖像數據組。這些通常應用於檢查區域的周邊，然後被輸送進入其中。基於應用之前的檢查區域的持續或點狀成像，在這期間或一段時間之後，尤其是造影劑注入的動脈階段期間，可以對血管中的造影劑團和組織中的造影劑的記錄進行可視化以及計算位置分辨的灌注信息。
[0035]在使用造影劑以生成灌注圖像數據組的情況下可能的是，應用其它成像模態。尤其可以使用X射線設備或計算機斷層造影設備或超聲波設備。優選使用計算機斷層造影設備，因為已經存在包括正電子發射斷層造影設備和計算機斷層造影設備的混合成像模態並且計算機斷層造影設備是公知的，藉助所述計算機斷層造影設備也可以生成簡單的X射線檢查圖像。因為為了確定灌注圖像數據組而重複記錄單次圖像數據組，所以在儘可能小的輻射負荷的情況下獲得高的時間解析度是令人嚮往的。這些藉助X射線檢查圖像的記錄是可行的。
[0036]優選使用一種造影劑，其在記錄正電子發射斷層造影圖像數據組的同時作為放射性核素或放射性藥物應用。需要根據成像模態來構造所述造影劑。在磁共振設備中例如可以使用釓螯合物或錳螯合物，其中額外地加入放射性核素。另外在磁共振斷層造影術中公知有所謂智能的造影劑，其包含這樣的部分，所述部分因為新陳代謝過程或其它過程引起造影劑的聚集。該種造影劑也被稱作事件標誌物或分子標誌物。也可以在此種智能造影劑中加入放射性核素以形成放射性藥物。
[0037]由此可能的是，根據造影劑或放射性核素的時間上或位置上的信號歷程來使正電子發射斷層造影圖像數據組和灌注圖像數據組相互配準。在此可以多次應用造影劑，但是一次性提供也可以是足夠的。然後首先生成灌注圖像數據組，其方式是例如追蹤造影劑的記錄和灌注。如果放射性核素被加入到放射性藥物中，無論如何代謝需要一定的時間。這些被用於生成灌注圖像數據組。尤其由於以下可行性，即一次性提供造影劑足以既用於灌注圖像數據組的記錄又用於正電子發射斷層造影圖像數據組，這使得此種造影劑的應用是令人感興趣的，因為在患者的血管系統中僅有有限的可以引入其中的(造影劑)體積。
[0038]因為造影劑和放射性核素的同時積聚，在正電子發射斷層造影圖像數據組區域內構成具有增強的信號強度的區域，所述區域與在灌注圖像數據組中的具有增強或減弱的信號強度的區域關於大小、距離和數量相互關聯。由此，灌注圖像數據組和正電子發射斷層造影圖像數據組無需其它輔助即可相互配準。
[0039]在使用混合成像模態的情況下自身地給出配準。然後可以使用第二成像模態的圖像數據組，也就是用於生成灌·注圖像數據組的那些，以便對藉助正電子發射斷層造影設備所獲得的信號進行運動修正。也可以在正電子發射斷層造影設備的運行期間藉助第二模態顯而易見地獲得檢查區域的解剖圖像數據組。通過多個解剖學圖像數據組的比較得到運動信息，其可以在正電子發射斷層造影圖像數據組的計算期間被考慮。
[0040]本發明的基礎的技術問題也可以通過混合成像模態來解決。這包括正電子發射斷層造影設備和至少一個第二成像模態，尤其是磁共振設備和/或計算機斷層造影設備，以及用於執行根據權利要求中任一項的方法所構造的控制裝置。
[0041]上述方法在控制裝置中的執行在此可以作為軟體或(固定連線的)硬體來實施。
[0042]根據本發明的方法的具有優勢的構造對應於根據本發明的混合成像模態的相應構造。為避免不必要的重複因此參考相應的方法特徵及其優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]藉助下面對於本發明的具有優勢的構造的描述給出本發明的其它優點、特徵和特色。其中:
[0044]圖1表示根據本發明的混合成像模態，[0045]圖2表示根據本發明的方法的流程圖，
[0046]圖3表示在第一構造中的組合圖像，
[0047]圖4表示在第二構造中的組合圖像，而
[0048]圖5表示在第三構造中的組合圖像。
【具體實施方式】
[0049]圖1示出混合成像模態1，其包含磁共振設備2和控制單元4，所述磁共振設備具有布置於其中的探測器環3。為了清晰性起見，未示出磁共振設備2的大量單個組件，例如梯度線圈、激勵線圈和探測線圈、患者臺以及正電子發射斷層造影設備。
[0050]正電子發射斷層造影設備的探測器環3位於磁共振設備2的主磁場的均勻區域，從而使得可以藉助兩個模態同時測量。激勵線圈，也被稱為「身體線圈」，可以與探測器環一起被構建為一個單元，以便不多餘地限制用於患者的空間。
[0051]同時，通過該固定的結構實現了對藉助不同成像模態所記錄的圖像進行配準。作為軟體在控制裝置4中實現所描述的方法。尤其它可以在定位患者和提供放射性藥物或造影劑之後以「按下按鍵」來執行。
[0052]圖2示出用於記錄組合圖像的流程圖。在步驟SI，將患者推入混合成像模態I中，對患者進行定位，並且將磁場進行均勻化。在步驟S2給出優選為18F-FDG的放射性藥物。緊接著藉助磁共振設備 來採集參考圖像(步驟S3)。之後才作為步驟S4進行給藥提供MR造影劑，優選是具有釓的造影劑。直接在提供MR造影劑之後持續地以多秒(例如10秒)的間隔記錄概覽圖像。除了記錄時間點之外，這些概覽圖像與參考圖像相同且概覽圖像相互之間相同。為了計算灌注圖像數據組，原則上僅僅單個概覽圖像的記錄就足夠了。在步驟S5中從參考圖像和概覽圖像中確定灌注圖像數據組，其方式是從參考圖像中逐個圖像元素地減去概覽圖像。其它概覽圖像用於對藉助探測器環3所測量的信號進行運動修正。
[0053]執行湮滅現象的採集，直至作為步驟S6從測量數據中至少計算出一個正電子發射斷層造影圖像數據組。
[0054]在步驟S7中通過對顏色對應進行鏡像來逆轉灌注圖像數據組的顏色調色板。額外地在灌注圖像數據組上採用闕值，其中所有高於該闕值的圖像元素被棄用。
[0055]其後在步驟S8中將正電子發射斷層造影圖像數據組和灌注圖像數據組疊加為組合圖像，其中灌注圖像數據組位於背景中。因為位於具有較小灌注的區域內的放射性藥物的積聚，所以所有在正電子發射斷層造影圖像數據組中的信號區域可以立刻被可視化採集。
[0056]圖3示出組合圖像5，其對肺6進行成像。在此灌注圖像數據組7位於背景中而正電子發射斷層造影圖像數據組8在前景中。在組合圖像的一側布置有顏色刻度9，其示出所使用的顏色調色板。所述調色板和其它顯示相比被逆轉。
[0057]灌注圖像數據組7由於可展示性的原因被分成兩半示出。在區域10中灌注是較高的，在區域11中是較低的。正電子發射斷層造影圖像數據組8的信號區域12的一部分在區域10之內而一部分在區域11之內。
[0058]由此假設，在區域11中的肺6的降低的灌注歸因於肺栓塞，可以將該信息注入到信號區域12的評論中。[0059]圖4示出組合圖像5的替代的圖示。從灌注圖像數據組7中僅示出區域11。正電子發射斷層造影圖像數據組8的信號區域12的一部分由此位於區域11之內而一部分位於其外。所述灌注圖像數據組7不對整個檢查區域進行成像，因為在生成組合圖像5的情況下使用闕值，通過所述閾值將所有帶有高於該闕值的數值的圖像元素都過濾掉。由此壓制了區域10。
[0060]圖5示出組合圖像5的其它替代性的圖示。由灌注圖像數據組7示出區域10和
11。為了分隔這些區域在其中示出一條清晰可見的分隔線13。
[0061]從自身即可理解，根據本發明的方法以及根據本發明的磁共振設備相互之間緊密聯繫，作為方法方面來描述的本發明的特徵本質上也可以用於磁共振設備。這些也可以以相反的方式適用於參考磁共振設備所描述的特徵，其也可以與所述方法相關。
[0062]此外從自身可以理解，參考單個構造所描述的特徵也可以在其它的構造和實施例的情況下被實現，除非這些被明確強調地不一樣地描述或出於技術原因被自身禁止。
【權利要求】
1.一種用於生成組合圖像(5)的方法，其具有步驟: -記錄至少一個對檢查區域、尤其至少肺的一部分進行成像的正電子發射斷層造影圖像數據組(8)， -藉助第二個成像模態來記錄至少一個對所述檢查區域進行成像的灌注圖像數據組(7)， -對於所述灌注圖像數據組(7)預先給定闕值，並且選擇該灌注圖像數據組(7)的位於所述闕值之下的區域，和/或逆轉該灌注圖像數據組(7)的顏色調色板或灰度調色板， -將所述正電子發射斷層造影圖像數據組(8)和所述灌注圖像數據組(7)組合成組合圖像(5)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，使用磁共振設備(2)作為第二成像模態。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，為了記錄所述灌注圖像數據組(7)而引入動脈自旋標記的方法。
4.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，使用計算機斷層造影設備作為第二成像模態。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助造影劑來確定所述灌注圖像數據組(7)。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，使用如下的造影劑，其在記錄所述正電子發射斷層造影圖像數據組(8)的同時被作為放射性示蹤劑使用。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，根據所述造影劑在時間上的和在位置上的信號歷程，對所述正電子發射斷層造影圖像數據組(8)和所述灌注圖像數據組(7)進行相互配準。
8.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，根據所述灌注圖像數據組的最大值或作為固定值來預先給定所述闕值。
9.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助所述第二成像模態來記錄解剖學的圖像數據組，這些圖像數據組允許對正電子發射信號的運動修正。
10.一種混合成像模態(1)，包括正電子發射斷層造影設備和至少一個第二成像模態、尤其是磁共振設備(2)和/或計算機斷層造影設備，以及包括控制裝置(4)，所述控制裝置被構建為用於執行上述權利要求中任一項所述的方法。
【文檔編號】A61B5/055GK103845072SQ201310645861
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2012年12月4日
【發明者】S.施米特 申請人:西門子公司