ДИНАМИЧЕСКОЕ ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ С КОМПЕНСАЦИЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ИЗОТОПАМИ
DYNAMIC POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY IMAGING WITH ISOTOPE CONTAMINATION COMPENSATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка относится к области формирования ядерных изображений. Она, в частности, находит применение при изучении поглощения совместно с формированием изображений посредством позитронно-эмиссионной томографии (PET). Однако было бы предпочтительно, чтобы она нашла применение совместно с другими типами формирования изображений посредством PET, формированием изображений посредством компьютерной томографии (CT) с одним излучением фотона (SPECT) и т.п.
Уровень техники
201
99m
13
3
При выполнении изучения поглощения, например, при оценке потока крови через миокард для диагностики заболевания коронарной артерии (CAD) субъекту вводят радиоактивный индикатор и получают изображение в состоянии покоя. Затем через соответствующий интервал у пациента вырабатывают стресс либо с использованием протокола упражнений (бегущая дорожка), или фармакологически (внутривенное вливание дипиридамола, например), ему вводят другую дозу радиоактивного индикатора и получают изображение в ситуации стресса. Более широко используемые протоколы клинического состояния покоя/состояния стресса представляют собой 1-дневные протоколы с использованием изображения SPECT (T1 для состояния покоя и Tc-MIBI для состояния стресса). Однако исследования перфузии миокарда с индикаторами PET, такими как [N] аммиак (NH), предлагают ряд потенциальных преимуществ по сравнению с протоколами SPECT, включающими в себя: более высокое пространственное разрешение, более высокую чувствительность сканера и более короткое время получения.
13
13
13
N представляет собой предпочтительный изотоп для выполнения таких исследований поглощения, поскольку N имеет период полураспада приблизительно 10 минут. Поскольку период ожидания 20-30 минут составляет 2-3 периода полураспада, первая доза радиоактивного индикатора существенно затухает до второго сеанса формирования изображений. Кроме того, можно выполнять протоколы формирования изображений в состоянии покоя - состоянии стресса с использованием [N] аммиака в течение 60-90 минут, что представляет собой существенное уменьшение времени по сравнению с типичными клиническими протоколами.
13
18
18
18
18
18
18
[N] аммиак обычно генерируется в больнице или в другом медицинском учреждении, обычно в результате бомбардировки протонами водных растворов. Как правило, остается небольшой процент, например 0,1%, загрязнителей после окончания бомбардировки другими радиоактивными изотопами, в частности F. Авторы настоящего изобретения определили, что такое малое исходное процентное содержание загрязнения F может привести к существенным ошибкам в интерпретации получаемых в результате изображений. F имеет период полураспада приблизительно 110 минут. Из-за разницы периода полураспада 10 минут по сравнению со 110 минутами процент загрязнения изотопа F возрастает с течением времени, то есть в течение сеанса формирования изображений. Например, на 85 минутах после окончания бомбардировки протонами уровень загрязнения F составляет 21%. В результате, из-за времени транспортирования из циклотрона к месту формирования изображения и длительности сеансов формирования изображений, составляющих 85 минут после окончания бомбардировки, высокий уровень загрязнения F может возникать в пределах окна формирования изображения.
В настоящей заявке предложено, как решить эти и другие проблемы.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом, предусмотрена система формирования ядерных изображений. Сканер принимает излучение индикатора, введенного в субъект, причем этот индикатор включает в себя, по меньшей мере, первичный компонент радиоизотопа и один или больше компонентов радиоизотопа загрязнителя. Процессор реконструкции реконструирует детектируемое излучение, получая представления в виде изображений. Система включает в себя, по меньшей мере, один (1) процессор коррекции поглощения, который корректирует реконструированные изображения и/или обнаруживаемое излучение в соответствии с кривой затухания индикатора, загрязненного радиоизотопом, и/или (2) процессор калибровки, который определяет кривую затухания индикатора, загрязненного радиоизотопом. На дисплее отображают, по меньшей мере, одно из (1) реконструированного представления изображения, скорректированного по кривой затухания индикатора, и/или (2) реконструированного изображения без коррекции и кривой затухания индикатора, чтобы обеспечить для диагноста возможность коррекции нескорректированного изображения во время анализа.
В соответствии с другим аспектом, предусмотрен способ формирования ядерных изображений. Радиоизотопный индикатор генерируется с помощью бомбардировки протонами, и этот индикатор имеет первичный радиоизотопный компонент и загрязнен, по меньшей мере, одним другим радиоизотопом. Индикатор вводят в тело субъекта. Затем обнаруживают излучение, излучаемое индикатором, введенным в тело субъекта. Обнаруживаемое излучение реконструируют с получением представления в виде изображения. Формируют кривую затухания для индикатора.
В соответствии с другим аспектом, предусмотрен машиночитаемый носитель информации. На считываемом компьютером носителе информации сохранена программа, которая управляет компьютером. Управляемый компьютер формирует кривую затухания для радиоизотопного индикатора, который формируют под воздействием бомбардировки протонами, причем индикатор имеет первичный радиоизотопный компонент и загрязнен, по меньшей мере, одним другим радиоизотопом. Компьютером дополнительно управляют для реконструкции изображений субъекта, которому ввели радиоизотоп, и генерируют (формируют) отображение, по меньшей мере, одного из (1) реконструированных изображений и генерируемой кривой затухания и/или (2) реконструированных изображений, скорректированных в соответствии с кривой затухания.
Одно из преимуществ относится к улучшенной точности при оценке результатов исследований поглощения.
Другое преимущество относится к компенсации загрязнения другим изотопом в радиоактивных индикаторах.
Другие дополнительные преимущества будут понятны для специалиста в данной области техники после прочтения и понимания следующего подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
Техническое новшество может принимать форму различных компонентов и компоновок компонентов и различных этапов и компоновок этапов. Чертежи представлены только с целью иллюстрации различных аспектов, и их не следует рассматривать, как ограничение изобретения.
На Фиг. 1 (1-I, 1-II) представлена схематическая иллюстрация системы формирования ядерных изображений в соответствии с настоящим изобретением;
13
18
на Фиг. 2 показан частичный вклад в общую активность с течением времени для [N] аммиака, загрязненного F;
13
18
на Фиг. 3 показан эффективный период полураспада индикатора [N] аммиака, загрязненного F; и
на Фиг. 4 (4-I, 4-II) показан способ формирования ядерных изображений.
Осуществление изобретения
13
13
При подготовке индикатора в медицинском учреждении, в котором формируют изображение, дозу [N] аммиака генерируют путем бомбардировки протонами. Индикатор транспортируют в место формирования изображения и вводят в тело пациента, изображение которого требуется сформировать. Как показано на Фиг. 1, пациента, которому ввели [N] аммиак, располагают в устройстве 8 формирования ядерного изображения, таком как сканер PET. В одном примере пациент остается в сканере в течение 6-10 минут для генерирования первого набора данных формирования изображения. Через 20-30 минут пациенту вводят вторую дозу радиоактивного индикатора из той же партии и снова формируют изображение. В других протоколах формирования изображений пациенту вводят только одну дозу индикатора, и степень поглощения и/или степень вымывания отслеживают в течение более длительного периода, например 20-40 минут.
13
18
13
13
Во время установки исходного сканирования оператор вводит выбранный протокол сканирования в устройство 10 ввода графического интерфейса пользователя. Когда протокол включает в себя использование индикатора [N] аммиака, генератор 12 предупреждения генерирует сигнал предупреждения в отношении загрязнителя F, который отображается на дисплее 14 интерфейса пользователя. Такое предупреждение указывает клиническому врачу о том, что требуется учесть чистоту [N] аммиака и ограничения скорости подсчета сканера PET и т.п. Пользователю также представляется подсказка о необходимости проверить способ производства для [N] аммиака или другие показатели уровня загрязнения. На дисплее также подсказывают пользователю, что требуется ввести фактическое время окончания бомбардировки или другой показатель длительности между окончанием бомбардировки и началом формирования изображений. В случае необходимости пользователя также можно предупредить о том, что требуется ввести уровень исходного загрязнения образца индикатора. Такое предупреждение может также включать в себя таблицы, графики или другую информацию, которая помогает врачу-диагносту правильно интерпретировать изображения.
13
В одном варианте осуществления в процессоре 16 калибровки используется загрязнение и время окончания бомбардировки для расчета эффективного периода полураспада индикатора, причем этот эффективный период полураспада может использоваться врачом-диагностом для коррекции затухания. Система дополнительно проверяет эффективное значение периода полураспада путем отслеживания одиночных значений во время формирования изображений и уведомляет пользователя, если эффективная оценка периода полураспада отклоняется от оценки на основе известного загрязнителя. Процессор 16 коррекции дополнительно выводит предварительно рассчитанную кривую затухания для отображения. Начиная с окончания бомбардировки, процессор калибровки рассчитывает уровень активности [N] аммиака и отображает уровень активности для обеспечения для пользователя возможности выбора правильных установок формирования изображений. В одном варианте осуществления процессор калибровки дополнительно рассчитывает рекомендации по дозе индикатора для выбранного протокола формирования изображений, причем рекомендованную дозу также отображают на дисплее 14.
Во время сеанса формирования изображений ядерный сканер 8, сканер PET в настоящем варианте осуществления, детектирует события излучения. События излучения содержат временной штамп, полученный с помощью устройства 22 временного штампа. Детектор 24 совпадения детектирует пары событий совпадения излучения, которые определяют линию отклика между парами совпадения. В случае необходимости процессор 26 времени пролета локализует события совпадения вдоль линии отклика. Процессор 20 реконструкции реконструирует линии отклика в последовательность представлений изображения, сохраненных в запоминающем устройстве 30 изображения.
В одном варианте осуществления сгенерированные средства диагностики по двум или больше исследованиям отображают для клинического врача или врача-диагноста, например, на дисплее 14. Клинический врач использует эффективную информацию о периоде полураспада и кривую затухания для точной интерпретации изображений.
В другом примере часть индикатора 40 помещают в измеритель 42 активности. Измеритель активности отслеживает радиоактивность эталонной выборки радиоактивного индикатора с течением времени. Предпочтительно, измеритель активности начинает это измерение перед формированием изображений и продолжает его после того, как сеанс формирования изображений будет закончен. В случае изотопов, излучающих позитроны, которые также излучают одиночные гамма-кванты, измеритель активности, предпочтительно, использует детектирование совпадения, например, одну или более пар детекторов излучения с детектором совпадения, для удаления такого загрязнения из-за одиночного гамма-излучения. В качестве альтернативы одиночные излучатели и другое рассеянное излучение фильтруют, используя дискриминацию по энергии для исключения другого излучения, кроме фотонов 511 кэВ. Калибратор 44 дозы определяет окончание бомбардировки или другой показатель длительности после окончания бомбардировки из устройства 10 ввода или устройства 46 ввода данных времени, ассоциированного с измерителем активности. На основе этой информация калибратор 44 дозы рассчитывает кривую затухания фактической выборки индикатора, используемого в каждом сеансе формирования изображений, кривая затухания которого сохранена в запоминающем устройстве 48 кривой затухания. Если способ производства, исходный уровень загрязнения и т.п. известны только в очень ограниченном количестве точек, например в двух точках вдоль кривой затухания, необходимо масштабирование известной или номинальной кривой затухания соответствующим образом. С другой стороны, используя большее количество точек, кривая затухания может быть точно рассчитана без знания исходных уровней загрязнения изотопами излучения выборки, природы изотопов загрязнения и т.п.
Кривую затухания из запоминающего устройства 48 кривой затухания или кривую затухания из процессора 16 калибровки, в одном варианте осуществления, подают в процессор 28 реконструкции и используют для коррекции во время реконструкции. В другом варианте осуществления процессор 50 коррекции принимает кривую затухания из процессора 16 калибровки или из запоминающего устройства 48 кривой затухания и корректирует ранее сгенерированные изображения в запоминающем устройстве 30 изображения для генерирования скорректированных изображений, которые сохраняют в том же или в другом скорректированном запоминающем устройстве 30 изображения.
В другом варианте осуществления оценку кривой затухания из процессора 16 калибровки передают в процессор 28 реконструкции так, что реконструированные изображения имеют предварительную коррекцию. В другом варианте осуществления процессор 50 коррекции определяет разницу или ошибку между оценкой кривой затухания из процессора 16 калибровки и фактической кривой затухания из запоминающего устройства 48 и регулирует предварительно скорректированные изображения соответствующим образом, используя последующую коррекцию по время реконструкции.
В другом варианте осуществления процессор 52 фармакокинетического моделирования анализирует смещенные по времени изображения в запоминающем устройстве 30' изображения и подгоняет параметры фармакокинетической модели к этим данным. В качестве альтернативы фармакокинетическая модель может быть отрегулирована по фактической кривой затухания и неоткорректированными данными из запоминающего устройства 30, подогнанными к отрегулированной фармакокинетической модели. Неоткорректированные изображения, скорректированные изображения, фармакокинетические модели, различные кривые затухания и т.п. могут быть отображены для клинического врача, радиолога и других специалистов на соответствующем дисплее, таком как дисплей 14, или сохранены в запоминающем устройстве, таком как общая база данных больницы.
18
13
13
18
На Фиг. 2 иллюстрируется частичный вклад в общую активность F по сравнению с N с течением времени. На Фиг. 3 иллюстрируется кривая эффективного периода полураспада с течением времени. Как можно видеть на кривой эффективного периода полураспада, по мере того как N затухает и F становится более высокой пропорцией индикатора, эффективный период полураспада удлиняется.
Множество процессоров описано и названо для простоты описания операций обработки. Следует понимать, что операции обработки могут быть выполнены одним процессором, могут быть разделены среди большего количества процессоров или могут быть выполнены различными группами процессоров без выхода за пределы настоящего изобретения.
18
13
Хотя описание было представлено со ссылкой на загрязнение F [N] аммиака, следует понимать, что различные другие типы загрязняющего излучения могут быть найдены в других радиоактивных индикаторах и в радиоактивных индикаторах, изготовленных по другим технологиям.
13
18
13
13
Как показано на Фиг. 4(4-I, 4-II), на этапе 60, водный раствор бомбардируют протонами для генерирования [N] аммиака и водного раствора, который обычно содержит загрязнение F. На этапе 62 помечают окончание времени бомбардировки протонами. На этапе 64 пациента подготавливают для формирования изображения и на этапе 66 пациенту вводят индикатор [N] аммиака. На этапе 68 пациента подвергают первому сеансу формирования изображений и на этапе 70 данные из первого сеанса формирования изображений сохраняют. В примерном протоколе теста на стресс, на этапе 72, пациент ожидает период времени заданной длительности, обычно достаточно длительный, чтобы существенная часть индикатора от первой инъекции была вымыта из системы пациента. В варианте осуществления теста на стресс пациента подвергают стрессу на этапе 74. На этапе 76 пациенту вводят вторую дозу индикатора [N] аммиака. На этапе 78 формируют изображение пациента, используя второй индикатор, и данные изображения сохраняют на этапе 80. На этапе 82 сохраненные данные изображения реконструируют в изображения. Конечно, другие протоколы также предусматриваются, включая в себя некоторые протоколы с одиночным сеансом формирования изображений, например переход с этапа 70 непосредственно на этап 82.
В одном варианте осуществления, когда индикатор поступает в комплекс формирования изображения, образец анализируют на этапе 90. Анализ, в одном варианте осуществления, начинается до первого сеанса формирования изображений и продолжается до окончания второго сеанса формирования изображений. На этапе 92 генерируется кривая затухания образца, используемая при формировании изображений.
В другом варианте осуществления, во время подготовки пациента, на этапе 100, вводят время окончания бомбардировки и на этапе 102 получают оценку кривой затухания на основе длительности после времени окончания бомбардировки. На этапе 104 вводят выбранный протокол формирования изображений. На этапе 106 рекомендуют рекомендованную дозу для инъекции индикатора. На этапе 108 генерируют предупреждение и отображают его.
Полученные в результате изображения могут быть скорректированы, используя оценку кривой затухания с этапа 104 или фактическую кривую затухания, сгенерированную на этапе 92 либо во время этапа 82 реконструкции изображения или на этапе 110 коррекции изображения, полученного в результате реконструкции после формирования изображения. Скорректированные изображения отображают на этапе 112. В другом варианте осуществления, на этапе 114 генерируют фармакокинетическую модель и на этапе 116 эту модель отображают. В другом варианте осуществления на этапе 120 фармакокинетическую модель генерируют из нескорректированных изображений. На этапе 122 фармакокинетическую модель корректируют, используя оценку или фактическую кривую затухания. На этапе 124 отображают фармакокинетическую модель.
В соответствии с другим аспектом, считываемый компьютером носитель информации, такой как DVD, CD, лента, другой портативный носитель информации, компьютерное запоминающее устройство и т.п., программируют, используя соответствующие этапы программирования или программное обеспечение, для управления одним или более процессорами, для выполнения одного или более выполняемых компьютером этапов, описанных выше.
Изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления. Модификации и изменения могут возникнуть у других лиц после чтения и понимания предшествующего подробного описания изобретения. Предполагается, что изобретение должно рассматриваться, как включающее в себя все такие модификации и изменения, если только они находятся в пределах объема приложенной формулы изобретения или ее эквивалентов.