CN102472824A - 具有同位素污染物补偿的动态pet 成像 - Google Patents

具有同位素污染物补偿的动态pet 成像 Download PDF

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Abstract

一种核成像系统包括扫描器(8)，例如PET扫描器。向患者注射被少量18F污染物污染的[13N]氨放射性同位素示踪剂。扫描器接收来自所注射的示踪剂的辐射，并且重建处理器(28)将所探测的辐射重建成图像表示。警报发生器(12)向临床医生生成关于18F污染物的影响的警报。校准处理器(16)基于从创建示踪剂的质子轰击结束起的时间以及关于示踪剂的先验信息生成估计的衰变曲线。活度计(42)测量从示踪剂的样品发射的辐射，并且剂量校准器(44)根据所测量的辐射确定衰变曲线。在重建过程中根据所述衰变曲线之一来校正所探测的辐射，或者校正处理器(50)根据所述衰变曲线之一或两者来校正所重建的图像。显示器(14)显示未校正的重建图像以及衰变曲线和/或经校正的图像。

Description

具有同位素污染物补偿的动态PET 成像
本申请涉及核成像领域。它特别适用于结合正电子发射断层摄影(PET)成像的吸收研究。然而，应认识到，它将具有与其他类型的PET成像、单光子发射CT(SPECT)成像等结合的用途。
当执行诸如评估心肌血流以诊断冠心病(CAD)的吸收研究时，受检者被注射放射性示踪剂并且在休息情况下被成像。然后在适当时间间隔后，患者被通过训练协议(平板运动)或药理学方式(例如静脉内输注双嘧达莫)应激，被注射另一剂量的放射性示踪剂，并且被在应激情况下成像。更广泛使用的临床休息/应激协议是利用SPECT成像的一日协议(201Tl用于休息并且99mTc-MIBI用于应激)。但是，利用诸如[13N]氨(NH3)的PET示踪剂的心肌灌注研究相比SPECT协议提供了若干潜在的优点，包括：更高的空间分辨率、更高的扫描器灵敏性和更短的采集时间。
13N是用于执行这种吸收研究的有利的同位素，因为13N具有大约10分钟的半衰期。因为20-30分钟的等待时间段是2-3个半衰期，所以第一剂量的放射性示踪剂在第二成像会话之前显著地衰变。随后，有可能在60-90分钟内利用[13N]氨执行休息-应激成像协议，其表示出相比典型临床协议的显著的时间减少。
[13N]氨一般在医院或其他医学护理机构中生成，通常是通过水性溶液的质子轰击实现的。一般地，在轰击结束时存在其他放射性同位素(特别是18F)的小百分比(例如0.1％)的污染物。本发明的发明人已经认识到这一小初始百分比的18F污染物可能在解释最终图像时导致显著的误差。18F具有大约110分钟的半衰期。由于在半衰期方面存在10分钟对110分钟的差异，18F同位素的污染百分比随着时间——即在成像会话的过程中增长。例如，在质子轰击结束后85分钟时，18F的污染水平是21％。由于从回旋加速器到成像套件的传送时间以及成像会话的持续时间，从轰击结束起85分钟，18F污染物的高水平可能处于成像窗口内。
本申请意欲解决这些和其他问题。
根据一个方面，提供一种核成像系统。扫描器接收来自注射到受检者中的示踪剂的辐射，该示踪剂包括至少一种主放射性同位素组分和一种或多种污染物放射性同位素组分。重建处理器将所探测的辐射重建成图像表示。该系统包括以下至少之一：(1)根据放射性同位素污染的示踪剂的衰变曲线校正所重建的图像和/或所探测的辐射的吸收校正处理器和/或(2)确定放射性同位素污染的示踪剂的衰变曲线的校准处理器。显示器显示以下至少之一：(1)针对示踪剂的衰变曲线校正的重建图像表示和/或(2)未校正的重建图像以及示踪剂的衰变曲线以使得诊断专家能够在分析过程中校正该未校正的图像。
根据另一方面，提供一种核成像方法。通过质子轰击来生成放射性同位素示踪剂，该示踪剂具有主放射性同位素组分并且被至少一种其他放射性同位素污染。该示踪剂被注射到受检者中。由注射到受检者中的示踪剂发射的辐射被探测。所探测的辐射被重建成图像表示。生成示踪剂的衰变曲线。
根据另一方面，提供一种计算机可读介质。该计算机可读介质存储控制计算机的程序。受控制的计算机生成由质子轰击生成的放射性同位素示踪剂的衰变曲线，该示踪剂具有主放射性同位素组分并且被至少一种其他放射性同位素污染。该计算机被进一步控制以重建注射有放射性同位素的受检者的图像，并且生成以下至少之一的显示：(1)所重建的图像和所生成的衰变曲线和/或(2)根据衰变曲线校正的重建图像。
一个优点在于评估吸收研究的结果时改进的精确性。
另一优点在于补偿放射性示踪剂中的其他同位素污染。
在阅读和理解以下详细描述之后，更多优点对于本领域普通技术人员而言将是显而易见的。
本发明可以体现为各种部件和部件布置以及各种步骤和步骤布置。附图仅用于图示说明各个方面而不应被解读为限制本发明。
图1是根据本发明的核成像系统的示意图；
图2示出针对被18F污染的[13N]氨的随时间变化的总活性的部分贡献；
图3示出被18F污染的[13N]氨示踪剂的有效半衰期；以及
图4示出一种核成像方法。
当在医学成像机构制备示踪剂时，通过质子轰击生成一剂量的[13N]氨。该示踪剂被传送到成像套件并且被注射到要被成像的患者体内。参考图1，注射了[13N]氨的患者被设置在诸如PET扫描器的核成像装置8中。在一个示例中，患者在扫描器中停留6-10分钟以生成第一组成像数据。在20-30分钟之后，患者被注射来自同一批次的第二剂量的放射性示踪剂并且被再次成像。在其他成像协议中，仅给予患者一个剂量的示踪剂并且在延长的持续时间例如20-40分钟内监测吸收和/或洗出。
在初始扫描设置期间，技术人员利用图形用户界面的输入装置10输入所选择的扫描协议。当该协议包括使用[13N]氨示踪剂时，警报发生器12生成关于18F污染物的警报，该警报被显示在用户界面的显示器14上。该警报提醒临床医生考虑[13N]氨的纯度和PET扫描器的计数率限制等。还提示用户核查[13N]氨的生产方法或污染水平的其他指标。显示器还提示用户输入轰击结束的实际时间或从轰击结束到开始成像之间的持续时间的其他指示。可选地，还可以提示用户输入示踪剂样品的初始污染水平。该警报还可以包括帮助诊断专家正确解释图像的表、图或其他信息。
在一个实施例中，校准处理器16使用污染物和轰击结束时间来计算示踪剂的有效半衰期，该有效半衰期可以被诊断专家用于衰变校正。该系统进一步通过在成像期间监测信号速率并且通知用户有效半衰期估计值是否偏离基于已知污染物的估计值来核查有效半衰期。校正处理器16进一步检索预先计算的衰变曲线以进行显示。从轰击结束起，校准处理器计算[13N]氨的活性水平并且显示该活性水平以使得用户能够选择适当的成像设置。在一个实施例中，校准处理器进一步计算用于所选择的成像协议的示踪剂剂量推荐，该推荐的剂量也被显示在显示器14上。
在成像会话过程中，在本实施例中为PET扫描器的核扫描器8探测辐射事件。辐射事件被时间戳装置22加时间戳。符合探测器24探测辐射事件的符合对，其定义符合对之间的响应线。可选地，飞行时间处理器26沿着响应线定位符合事件。重建处理器20将响应线重建成存储在图像存储器30中的一系列图像表示。
在一个实施例中，来自两种或更多种研究的所生成的诊断图像例如在显示器14上被显示给临床医生或诊断专家。临床医生使用有效半衰期信息和衰变曲线来精确地解释图像。
在另一示例中，一部分示踪剂40被放置在活度计42中。该活度计随时间监测放射性示踪剂的参考样品的放射性。优选地，该活度计在成像之前开始这一测量并且在成像会话已经结束后继续进行测量。在还发射单伽马量子的正电子发射同位素的情况下，该活度计优选使用符合探测，例如具有符合探测器的一对或多对辐射探测器，以便去除单伽马污染。作为替代，利用能量区别来过滤单辐射或其他杂散辐射以消除不同于511keV光子的辐射。剂量校准器44从输入装置10或与活度计相关联的时间输入装置46接收轰击的结束或从轰击结束起的持续时间的其他指标。基于这一信息，剂量校准器44计算在每个成像会话中使用的示踪剂的实际样品的衰变曲线，该衰变曲线被存储在衰变曲线存储器48中。如果制造方法、初始污染水平等是已知的，则仅需要沿着衰变曲线的非常有限数量的点——例如两个点——来适当定标已知或标称衰变曲线。在另一方面，通过采用更大量的多个点，可以精确计算衰变曲线而无需知道样品的初始放射性同位素污染水平、污染同位素的特性等。
在一个实施例中，来自衰变曲线存储器48的衰变曲线或来自校准处理器16的衰变曲线被提供给重建处理器28并且被用于在重建过程中作出校正。在另一实施例中，校正处理器50接收来自校准处理器16或衰变曲线存储器48的衰变曲线并且校正图像存储器30中之前生成的图像以生成校正图像，其被存储在同一或不同的校正图像存储器30□中。
在另一实施例中，来自校准处理器16的估计衰变曲线被提供给重建处理器28，从而使得重建图像具有初步校正。在另一实施例中，校正处理器50确定来自校准处理器16的估计衰变曲线与来自存储器48的实际衰变曲线之间的差异或误差，并且在重建后的校正中相应地调整初步校正的图像。
在另一实施例中，药代动力学建模处理器52分析图像存储器30′中的临时放置的图像并且使药代动力学模型参数拟合至该数据。最为替代，可以调整该药代动力学模型，使得实际衰变曲线和来自存储器30的未校正的数据拟合至经调整的药代动力学模型。未校正的图像、经校正的图像、药代动力学模型、各种衰变曲线等可以在诸如显示器14的适当的显示器上显示给临床医生、放射学家等，或者存储到诸如医院广泛使用的数据库的存储器。
图2示出随时间变化的18F对13N的总活性的部分贡献。图3示出随时间变化的有效半衰期曲线。将注意到，在该有效半衰期曲线上，随着13N衰变并且18F变成示踪剂的更高比例，有效半衰期延长。
为了简化对处理操作的描述，描述并命名了多个处理器。应认识到，在不偏离本发明的情况下，这些处理操作可以由划分成更多处理器的单一处理器来执行，或者可以由不同分组的处理器来执行。
虽然通过参考[13N]氨的18F污染物进行了描述，应认识到，可以在其他放射性示踪剂和通过其他技术生成的放射性示踪剂中发现各种其他类型的污染辐射。
参考图4，在步骤60处，用质子轰击水性溶液以生成[13N]氨和水溶液，其通常含有18F污染物。在步骤62处，标记质子轰击结束时间。在步骤64处，患者预备进行成像，并且在步骤66处，向患者注射[13N]氨示踪剂。在步骤68处，患者经受第一成像会话，并且在步骤70处，保存来自第一成像会话的数据。在示例性应激测试协议中，在步骤72处，患者等待预先选择的持续时间，该持续时间通常足够长以便来自第一注射的示踪剂的主要部分被洗出患者的系统。在应激测试实施例中，在步骤74中患者被应激。在步骤76处，向患者注射第二剂量的[13N]氨示踪剂。在步骤78处，利用第二示踪剂对患者进行成像，并且在步骤80处保存图像数据。在步骤82处，所保存的图像数据被重建成图像。当然，其他协议也被预料到，包括具有单一成像会话的一些协议，例如从步骤70直接移到步骤82。
在一个实施例中，当示踪剂到达成像套件时，在步骤90处分析样品。在一个实施例中，该分析开始于第一成像会话前并且继续进行直到第二成像会话后。在步骤92处，生成成像中使用的样品的衰变曲线。
在另一实施例中，在患者的预备过程中，在步骤100处输入轰击结束时间，并且在步骤102处基于从轰击结束起的持续时间来估计衰变曲线。在步骤104处，输入所选择的成像协议。在步骤106处，推荐示踪剂注射的推荐剂量。在步骤108处，生成并显示警报。
在图像重建步骤82过程中或在图像重建后的图像校正步骤110中，可以利用来自步骤104的估计衰变曲线或在步骤92处生成的实际衰变曲线来校正最终的图像。在步骤112处显示经校正的图像。在另一实施例中，在步骤114处生成药代动力学模型，并且在步骤116处显示该模型。在另一实施例中，在步骤120中根据未校正的图像生成药代动力学模型。在步骤122处，利用估计的衰变曲线或实际衰变曲线来校正药代动力学模型。在步骤124处显示药代动力学模型。
根据另一方面，通过适当的编程步骤或软件对诸如DVD、CD、磁带、其他便携式介质、计算机存储器等的计算机可读介质进行编程，以便控制一个或多个处理器执行一个或多个上述计算机可实施的步骤。
已经参考优选实施例描述了本发明。在阅读和理解之前的详细描述之后其他人员容易想到各种修改和变化。希望本发明被解读为包括所有这些修改和变化，只要它们落在随附的权利要求及其等价物的范围内。

Claims (20)

1.一种核成像系统，其包括：
扫描器(8)，其探测来自注射到受检者中的放射性同位素污染的示踪剂的辐射，该示踪剂包括至少一种主放射性同位素组分和一种或多种污染物放射性同位素组分；
重建处理器(28)，其将所探测的辐射重建成图像表示；
以下至少之一：(1)根据所述放射性同位素污染的示踪剂的衰变曲线校正所重建的图像和所探测的辐射的吸收校正处理器(50)和/或(2)确定所述放射性同位素污染的示踪剂的所述衰变曲线的处理器(16)；以及
显示器(14)，其显示以下至少之一：(1)针对所述示踪剂的所述衰变曲线校正的重建图像表示和/或(2)未校正的重建图像以及所述示踪剂的所述衰变曲线以使得诊断专家能够在分析过程中校正所述未校正的图像。
2.如权利要求1所述的设备，其还包括：
输入端(10)，在该输入端上临床医生输入所选择的成像协议；以及
警报发生器(14)，其响应于所述临床医生选择利用放射性同位素污染的示踪剂的成像协议而在所述显示器(14)上生成警报。
3.如权利要求1和2中任一项所述的设备，其中，所述处理器(16)接收从创建所述污染的示踪剂的轰击结束起的时间的指示以及初始污染物信息并且生成被传输到所述显示器(14)和所述校正处理器(50)中的至少一个的所述衰变曲线。
4.如权利要求1-3中任一项所述的设备，其中，所述处理器(16)进一步生成所述示踪剂的推荐剂量。
5.如权利要求1-4中任一项所述的设备，其还包括：
用于确定衰变曲线的设备(16；40-48)。
6.如权利要求5所述的设备，其中，用于确定所述衰变曲线的所述设备包括：
活度计(42)，其接收所述示踪剂的样品(40)并且测量从其发射的辐射；
剂量校准器(44)，其根据所测量的辐射确定衰变曲线；以及
衰变曲线存储器(48)，其存储所确定的衰变曲线，所述衰变曲线存储器与所述重建处理器(28)和所述校正处理器(50)中的至少一个连接。
7.如权利要求1-6中任一项所述的设备，其还包括：
药代动力学建模处理器(52)，其分析已经由所述吸收校正处理器(50)校正的所重建的诊断图像并且将校正的吸收数据应用于药代动力学模型。
8.如权利要求1-7中任一项所述的设备，其中，所述示踪剂的所述主放射性组分是[13N]氨并且所述污染辐射物是18F。
9.一种核成像方法，其包括：
探测由注射到受检者中的放射性同位素示踪剂发射的辐射，该放射性同位素示踪剂是由质子轰击生成的，所述示踪剂具有主放射性同位素组分并且被至少一种其他放射性同位素污染；
将所探测的辐射重建成图像表示；以及
生成所述示踪剂的衰变曲线。
10.如权利要求9所述的方法，其还包括：
以下至少之一：(1)生成根据所述衰变曲线校正的诊断图像并且显示经校正的诊断图像，和(2)显示所述诊断图像和所述衰变曲线以使得诊断专家能够校正对所述诊断图像的分析以补偿所述示踪剂中的污染物同位素。
11.如权利要求9和10中任一项所述的方法，其还包括：
输入所选择的成像协议；以及
响应于临床医生选择利用包括污染物同位素的所述示踪剂的成像协议而在显示器上生成警报。
12.如权利要求9-11中任一项所述的方法，其还包括：
接收从创建所述被污染的示踪剂的质子轰击结束起的时间的指示；以及
基于从轰击结束起的所述时间生成所述衰变曲线。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括：
选择成像协议；
推荐所述示踪剂的推荐剂量。
14.如权利要求9-13中任一项所述的方法，其还包括：
确定所注射的示踪剂的衰变曲线。
15.如权利要求9-14中任一项所述的方法，其中，确定所述衰变曲线包括：
测量从所述示踪剂的样品发射的辐射；以及
根据所测量的辐射确定所述衰变曲线。
16.如权利要求9-15中任一项所述的方法，其还包括：
根据所述衰变曲线校正所重建的诊断图像；以及
使从所校正的诊断图像得出的吸收数据拟合至药代动力学模型。
17.如前述权利要求9-16中任一项所述的方法，其中，所述主放射性同位素组分具有比所述污染物同位素的半衰期更短的半衰期。
18.如权利要求9-17中任一项所述的方法，其中，所述示踪剂的所述主放射性组分是[13N]氨并且所述污染辐射物是18F。
19.一种存储计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序控制计算机以：
生成放射性同位素示踪剂的衰变曲线，该放射性同位素示踪剂是由质子轰击生成的，所述示踪剂具有主放射性同位素组分并且被至少一种其他放射性同位素污染；
重建注射有所述放射性同位素的受检者的图像；以及
生成以下至少之一的显示：(1)所重建的图像和所生成的衰变曲线，以及(2)根据所述衰变曲线校正的重建图像。
20.一种核成像系统，其包括：
扫描器(8)，其探测来自注射到受检者中的放射性同位素污染的示踪剂的辐射，该示踪剂包括至少一种主放射性同位素组分和一种或多种污染物放射性同位素组分；
输入端(10)，在该输入端上临床医生输入所选择的成像协议；以及
重建处理器(28)，其将所探测的辐射重建成图像表示；
以下至少之一：(1)根据所述放射性同位素污染的示踪剂的衰变曲线校正所重建的图像和所探测的辐射的吸收校正处理器(50)和/或(2)确定所述放射性同位素污染的示踪剂的所述衰变曲线的处理器(16)；以及
警报发生器(14)，其响应于所述临床医生在显示器(14)选择利用放射性同位素污染的示踪剂的成像协议而在所述显示器(14)上生成警报。
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