FR2493148A3 - ABSORBABLE RADIOACTIVE PARTICLES FOR SELECTIVE RADIOGRAPHIC METHOD FOR DETECTION OF CORONARY STENOSES - Google Patents
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Abstract
LE PROCEDE CONSISTE A INJECTER DANS LE SANG DU SUJET UN CERTAIN NOMBRE DE PARTICULES 25 EMETTRICES DE RAYONS GAMMA D'UNE ENERGIE INFERIEURE A 300KEV, A FILTRER SELECTIVEMENT LE RAYONNEMENT EMANANT DU CORPS DU SUJET A TRAVERS UN ECRAN 31 COMPORTANT DES REGIONS OPAQUES ET DES REGIONS TRANSPARENTES AU RAYONNEMENT 23 DANS UNE CONFIGURATION CHOISIE ET A DETECTER LE RAYONNEMENT PASSANT EN LIGNE DROITE A TRAVERS LES REGIONS TRANSPARENTES POUR DETERMINER LES EMPLACEMENTS SUCCESSIFS DANS UN ESPACE TRIDIMENSIONNEL EN FONCTION DU TEMPS DE CHAQUE PARTICULE ET DETERMINER A PARTIR DE CES INFORMATIONS LE TRAJET DU VAISSEAU ET LA VITESSE D'ECOULEMENT DU SANG, CE QUI PERMET DE DETERMINER L'IMPORTANCE, LE SIEGE ET LA GRAVITE DES LESIONS STENOTIQUES DES VAISSEAUX.THE PROCESS CONSISTS OF INJECTING INTO THE SUBJECT'S BLOOD A CERTAIN NUMBER OF PARTICLES 25 EMITTING GAMMA RAYS WITH AN ENERGY LESS THAN 300 KEV, IN SELECTIVELY FILTERING THE RADIATION EMANTING FROM THE SUBJECT'S BODY THROUGH A SCREEN CONTAINING 31 OPIONING REGIONS AND REGIONS TRANSPARENT TO RADIATION 23 IN A SELECTED CONFIGURATION AND TO DETECT THE RADIATION PASSING IN A STRAIGHT LINE THROUGH TRANSPARENT REGIONS TO DETERMINE SUCCESSIVE LOCATIONS IN A THREE-DIMENSIONAL SPACE ACCORDING TO THE TIME OF EACH PARTICLE AND DETERMINATION FROM THESE PARTICLE THE BLOOD FLOW RATE, WHICH ALLOWS TO DETERMINE THE IMPORTANCE, SIEGE AND SEVERITY OF STENOTIC INJURIES IN VESSELS.
Description
Les cardiopathies coronariennes sont la princi-Coronary heart disease is the main
pale cause des décès aux Etats-Unis et dans le monde oc- pale cause of death in the United States and in the world
cidental. Les cardiopathies coronariennes sont responsa- western. Coronary heart disease is responsible
bles des deux tiers des décès des individus de sexe mas- two thirds of the deaths of individuals of the male sex
culin pendant la période de la vie (de 30 à 64 ans) o les responsabilités familiales et sociales sont les plus grandes. Environ le tiers des individus qui meurent d'une cardiopathie coronarienne succombent immédiatement après occlusions des artères coronaires; un tiers meurent dans culin during the period of life (30 to 64 years) where family and social responsibilities are the greatest. About a third of individuals who die from coronary heart disease die immediately after occlusion of the coronary arteries; a third die in
les quelques heures qui suivent, et un tiers seulement bé- the next few hours, and only a third be-
néficient d'une thérapie hospitalière. Parmi les indivi- are in need of hospital therapy. Among the individuals
dus qui subissent leur premier infarctus du myocarde, plus de la moitié n'ont jamais eu ni de signe ni de symptôme due to their first myocardial infarction, more than half have never had any signs or symptoms
antérieurs de cardiopathie coronarienne. coronary heart disease.
Au cours de ces dernières années, la chirurgie In recent years, surgery
du pontage au moyen d'un greffon veineux s'est révélée ê- of bypass grafting has been shown to be
tre une modalité thérapeutique ayant de très larges possi- be a therapeutic modality with very broad possibilities
bilités d'application. Du fait que plus de 70%o des sténo- application skills. Because more than 70% o of shorthand
ses des artères coronaires se produisent dans les quatre premiers centimètres du système artériel coronarien, on peut ponter un pourcentage élevé des lésions coronariennes its coronary arteries occur in the first four centimeters of the coronary arterial system, one can bypass a high percentage of coronary lesions
avec un faible taux de mortalité et un taux élevé de dé- with a low mortality rate and a high death rate
sobstruction. Des études épidémiologiques approfondies ont sobstruction. Extensive epidemiological studies have
fait ressortir les facteurs (hypercholestérolémie, hyper- brings out the factors (hypercholesterolemia, hyper-
tension, obésité et tabagisme) qui sont statistiquement en corrélation avec une fréquence accruddes cardiopathies blood pressure, obesity and smoking) which are statistically correlated with an increased frequency of heart disease
coronariennes. Mais bien qu'un patient puisse avoir inté- coronary. But although a patient may have integrated
rêt à sortir du groupe à risque plus élevé en modifiant son stop leaving the higher risk group by changing its
genre de vie d'une manière appropriée, ces indices ne peu- kind of life in an appropriate way, these clues can-
vent pas, pour un patient donné quelconque, fournir des informations concernant l'existence de lésions sténotiques des artères coronaires ni servir.de base à des décisions may not, for any given patient, provide information regarding the existence of stenotic lesions of the coronary arteries or serve as a basis for decisions
cliniques en ce qui concerne une intervention thérapeutique. clinical regarding therapeutic intervention.
On a suggéré l'emploi d'essais de tension élec- The use of electrical tension tests has been suggested.
trocardiographique comme moyen pour dépister les individus trocardiographic as a means of screening individuals
qui présentent des lésions coronariennes importantes. Ce- who have significant coronary lesions. This-
pendant, au cours d'une importante étude prospective pen- during a major prospective study during
dant laquelle les sujets ont été soumis à des essais répé- in which the subjects were subjected to repeated tests
tés, la sensibilité de cet essai s'est avérée être trop faible (seulement 30%) pour être satisfaisante. However, the sensitivity of this test was found to be too low (only 30%) to be satisfactory.
Actuellement, l'artériographie coronarienne don- Currently, coronary arteriography gives
ne des informations plus utiles. au sujet de l'état des ar- do more useful information. about the condition of the ar-
tères coronaires que toute autre technique. Cependant, au cours d'une importante étude effectuée en coopération, la fréquence des complications importantes a été de 2% et le taux de mortalité a été de 0,23%. En plus des dangers, le processus est douloureux, onéreux et il prend beaucoup de temps. Pour cette raison, l'angiographie coronarienne n'est pas effectuée sur des individus qui ne présentent pas coronary tères than any other technique. However, in a large cooperative study, the frequency of significant complications was 2% and the mortality rate was 0.23%. In addition to the dangers, the process is painful, expensive and time consuming. For this reason, coronary angiography is not performed on individuals who do not have
de symptôme et elle ne convient pas pour effectuer un exa- symptom and it is not suitable for performing an exa-
men systématique de populations nombreuses. systematic study of large populations.
On a décrit dans le brevet des EUA n0 4.111.191 délivré le 5 septembre 1978 au nom de Robert F. Shaw sous le titre "Apparatus and Method for examining blood vessels of interest by tracking position with respect to time of particules introduced therein"l (Appareil et procédé pour examiner des vaisseaux sanguins présentant de l'intérêt en repérant la position par rapport au temps de particules qui y sont introduites) un mode de réalisation d'un appareil pour détecter l'étendue, le siège et la gravité des lésions US Patent No. 4,111,191 issued September 5, 1978 to Robert F. Shaw has been described under the heading "Apparatus and Method for examining blood vessels of interest by tracking position with respect to time of particles introduced therein" l (Apparatus and method for examining blood vessels of interest by locating the position over time of particles introduced therein) an embodiment of an apparatus for detecting the extent, location and severity of lesions
sténotiques des artères coronaires tout en opérant à l'ex- stenotics of the coronary arteries while operating ex-
térieur du corps. Cet appareil et le procédé correspondant body. This apparatus and the corresponding process
utilisent des techniques qui opèrent sur des paires de si- use techniques that operate on pairs of si-
gnaux dirigés en sens inverse détectés à l'extérieur du reverse directions detected outside the
corps.body.
Conformément au mode de réalisation de la présen- In accordance with the embodiment of the present
te invention qui a été représenté, on détecte des lésions arthérosclérotiques sténotiques des artères coronaires en te invention which has been represented, we detect stenotic arteriosclerotic lesions of the coronary arteries in
injectant un certain nombre de particules émettrices de ra- injecting a number of radioactive emitting particles
yons gamma dans le sang en circulation d'un sujet et-en dé- gamma yons in and out of a subject's circulating blood
tectant le rayonnement gamma émis à travers des ouvertures codées pour déterminer la vitesse de l'écoulement sanguin tecting gamma radiation emitted through coded openings to determine the speed of blood flow
dans ses vaisseaux coronaires.in his coronary vessels.
Du fait de la résistance périphérique élevée Due to the high peripheral resistance
du tissu vasculaire myocardique et de l'intervalle con- myocardial vascular tissue and the interval
sidérable de-changements de résistance autorégulateurs switchable self-regulating resistance changes
dont dispose la circulation coronaire, il faut des sté- available to the coronary circulation, it requires
noses coronaires de 80 à90% pour diminuer de manière ap- 80-90% coronary noses to decrease appreciably
préciable le débit volumique-de sang coronarien. Cette tendance du débit volumique de sang coronarien à rester the volume flow of coronary blood can be improved. This tendency for the volume flow of coronary blood to remain
normal même en présence de sténoses graves est responsa- normal even in the presence of severe strictures is responsible
ble de l'apparition tardive ou de l'absence de symptômes ble of late onset or no symptoms
d',angine de poitrine et de diagrammes d'électrocardiogram- , angina pectoris and electrocardiogram diagrams
me permettant d'effectuer un diagnostic même en présence de sténoses coronariennes et explique pourquoi la mesure allowing me to make a diagnosis even in the presence of coronary stenosis and explains why the measurement
du débit volumique du sang ne fournit que des indica- of the volume flow of the blood provides only indications
tions médiocres des maladies coronariennes. poor coronary artery disease.
Cependant, cette tendance du débit volumique du sang à rester normal même en présence d'une sténose grave fournit cette caractéristique distinctive que le sang qui s'écoule dans un segment d'artère sténosé doit avoir une vitesse élevée. En fait, pour maintenir le débit volumique constant, la vitesse moyenne du fluide dans un However, this tendency for the volume flow of blood to remain normal even in the presence of severe stenosis provides this distinguishing characteristic that the blood flowing in a segment of stenosed artery must have a high speed. In fact, to keep the volume flow constant, the average speed of the fluid in a
segment d'artère sténosé doit changer d'une manière exac- stenosed artery segment must change in an exac-
tement inversement proportionnelle au changement des sur- inversely proportional to the change in sur-
faces de section transversale entre un vaisseau sanguin normal et un vaisseau sanguin sténosé. Plus la sténose coronarienne devient grave, plus les accroissements de la cross-sectional faces between a normal blood vessel and a stenosed blood vessel. The more severe the coronary stenosis, the more the increases in
vitesse d'écoulement du sang deviennent importants. speed of blood flow become important.
Conformément au mode de réalisation de la pré- In accordance with the embodiment of the pre-
sente invention qui a été représenté, on introduit dans invention which has been represented, we introduce in
le corps du patient par injection intraveineuse des par- the patient's body by intravenous injection of the
ticules radioactives discrètes émettrices de rayons gamma ayant des dimensions suffisamment petites pour passer dans les réseaux capillaires et ces particules se répartissent discrete radioactive emitters gamma rays having dimensions sufficiently small to pass in the capillary networks and these particles are distributed
dans le volume du sang en circulation. On suit les parti- in the volume of circulating blood. We follow the parties
cules qui apparaissent dans le volume du sang en circula- cules that appear in the volume of circulating blood-
24931 14024931 140
tion. On suit les particules qui apparaissent dans la ré- tion. We follow the particles that appear in the re-
gion du coeur en trois dimensions, par exemple, à travers gion of the heart in three dimensions, for example, through
des ouvertures codées associées à des gamma-caméras, cha- coded openings associated with gamma cameras, each
que ouverture codée comportant des parties transparentes et des parties opaques au rayonnement. Un collimateur sté- that coded opening comprising transparent parts and parts opaque to radiation. A stereo collimator
nopé, un collimateur à canaux parallèles ainsi que l'ou- nopé, a collimator with parallel channels as well as the
verture codée utilisée dans le mode de réalisation repré- coded vertex used in the embodiment shown
senté ont tous été décrits ci-dessous. On analyse les en- felt have all been described below. We analyze the
registrements des positions des particules en fonction du recordings of particle positions as a function of
temps et, chaque fois qu'une particule suit un trajet in- time and, each time a particle follows an in-
diquant qu'elle circule dans une artère coronaire, on me- saying that it circulates in a coronary artery, we are told
sure la vitesse du sang pendant qu'il s'écoule dans l'ar- the speed of the blood as it flows through the ar
tère en chronométrant le temps de passage de la particule. tère by timing the passage time of the particle.
A partir des données accumulées de multiples passages de particule dans la circulation coronarienne, on construit From the data accumulated from multiple particle passages in the coronary circulation, we construct
une représentation de la section transversale de l'ouver- a representation of the cross section of the opening
ture de passage du système artériel coronarien. passage of the coronary arterial system.
D'autres caractéristiques de l'invention appa- Other features of the invention appear
raItront à la lecture de la description qui va suivre et à will read the following description and
l'examen des dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une vue en perspective d'un coeur humain montrant les principales artères coronaires; La figure 2 est une vue schématique comportant un schéma de principe de la présente invention qui utilise examination of the appended drawings in which: - Figure 1 is a perspective view of a human heart showing the main coronary arteries; Figure 2 is a schematic view including a block diagram of the present invention which uses
des détecteurs classiques et des collimateurs à canaux pa- conventional detectors and collimators with channel pa-
rallèles pour observer les particules ou sources radioacti- groups to observe particles or radioactive sources
ves en trois dimensions; la figure 2b est une vue schématique comportant un schéma de principe de la présente invention qui utilise des détecteurs classiques et des collimateurs convergents ves in three dimensions; Figure 2b is a schematic view including a block diagram of the present invention which uses conventional detectors and converging collimators
dans un système de caméras dans lequel le grossissement dé- in a camera system in which the magnification is
pend de la distance entre la source et le plan du collima- depends on the distance between the source and the plane of the collima-
teur; la figure 3 est une vue schématique comportant un schéma de principe de la présente invention qui utilise un guardian; Figure 3 is a schematic view including a block diagram of the present invention which uses a
détecteur classique et une ouverture codée contenant un ta- conventional detector and a coded opening containing a ta-
bleau non ordonné d'orifices carrés; la figure 4 est une vue schématique comportant un schéma de principe de la présente invention qui utilise un écran à ouverture codée contenant un unique orifice annulaire; unordered brush with square holes; Figure 4 is a schematic view including a block diagram of the present invention which uses a coded opening screen containing a single annular orifice;
la figure 5 est un tableau synoptique du procé- FIG. 5 is a synoptic table of the process
dé montrant l'analyse des données qui peut être utilisée avec les modes de réalisation représentés sur les figures 2, 3 et 4; et showing the data analysis which can be used with the embodiments shown in Figures 2, 3 and 4; and
les figures 6a et 6b sont des graphiques qui re- Figures 6a and 6b are graphs showing
présentent respectivement l fréquence relative de détec- respectively present the relative frequency of detection
tion suivant la longueur d'un vaisseau coronaire et sa cor- tion along the length of a coronary vessel and its cor-
rélation avec la surface de la section transversale de l'ou- relationship with the cross-sectional area of the
verture de passage correspondante du vaisseau. corresponding passageway of the vessel.
Comme représenté sur la figure 1 à laquelle on As shown in Figure 1 which
se référera, on doit noter qu'il existe trois artères coro- will be noted, it should be noted that there are three coro-
naires principales. Ces trois vaisseaux s'embranchent d'une manière quelque peu irrégulière pour former une moyenne de dix vaisseaux secondaires, comme représenté. Les lésions artériosclérotiques sont typiquement limitées aux segments des vaisseaux coronaires situés dans l'épicarde et elles s'étendent rarement au-delà des parties les plus proximales des vaisseaux secondaires. La plus forte concentration de lésions artériosclérotiques se trouve dans les 2 à 3 premiers centimètres de l'artère antérieure descendante gauche 3, mais les lésions sont par ailleurs distribuées relativement principal naires. These three vessels branch somewhat irregularly to form an average of ten secondary vessels, as shown. Arteriosclerotic lesions are typically limited to the segments of the coronary vessels in the epicardium and rarely extend beyond the most proximal parts of the secondary vessels. The highest concentration of arteriosclerotic lesions is found in the first 2 to 3 centimeters of the left descending anterior artery 3, but the lesions are moreover distributed relatively
au hasard dans les artères primaires et secondaires proxi- randomly in the primary and secondary arteries nearby
males. Soixante dix pour cent de toutes les lésions arté- males. Seventy percent of all arterial lesions
riosclérotiques coronariennes se trouvent dans les 4 cen- Coronary riosclerotics are found within 4 cen-
timètres proximaux des artères coronaires principales. proximal timers of the main coronary arteries.
La vitesse moyenne de l'écoulement du sang dans les vaisseaux sanguins coronaires de l'épicarde est de l'ordre de 20 cm/s. Une sténose de 50% est généralement considérée comme importante. Pour être utile, le système devrait être capable de distinguer les vaisseaux normaux des lésions sténotiques à 509' et il devrait être capable The average speed of the flow of blood in the coronary blood vessels of the epicardium is of the order of 20 cm / s. A 50% stenosis is generally considered to be significant. To be useful, the system should be able to distinguish normal vessels from stenotic lesions at 509 'and it should be able to
249 3148249 3148
d'évaluer des diminutions supplémentaires significatives assess significant additional decreases
des sections transversales de ces vaisseaux. cross sections of these vessels.
Des vitesses d'écoulement du sang caractéris- Characteristic blood flow rates
tiques dans des sténoses de divers degrés sont les sui- ticks in stenosis of varying degrees are the following
vantes: Degré de sténose Vitesse moyenne 0% 30 cm/s e/o 60 cm/s % 100 cm/s 80% 150 cm/s % 300 cm/s : Degree of stenosis Average speed 0% 30 cm / s e / o 60 cm / s% 100 cm / s 80% 150 cm / s% 300 cm / s
Etant donné que la vitesse d'écoulement coro- Since the flow velocity coro-
narien au repos nominale est d'environ 30 cm/s, le sys- nominal resting nostril is approximately 30 cm / s, the system
tème devrait idéalement être capable de distinguer une vitesse d'écoulement de 60-75 cm/s d'une vitesse de 30 teme should ideally be able to distinguish a flow speed of 60-75 cm / s from a speed of 30
cm/s afin de détecter des lésions importantes et de dis- cm / s in order to detect significant lesions and dis-
tinguer entre elles les vitesses de 75, 100, 150 et 300 cm/s afin de suivre les accroissements supplémentaires de tune between them the speeds of 75, 100, 150 and 300 cm / s in order to follow the additional increases of
% en 10% des sténoses.% in 10% of stenoses.
Selon son mode de réalisation.préféré, la-pré- According to its preferred embodiment, the -pre-
sente invention dépiste un certain nombre de particules ou sources émettrices de rayons gamma mobiles discrètes présentes dans le sang en circulation. Le système non sente invention detects a number of particles or sources emitting discrete mobile gamma rays present in the circulating blood. The system does not
seulement repère la position des sources dans trois di- only mark the position of the sources in three di-
mensions mais encore il les repère maintes et maintes fois but still he spots them over and over again
à de très courts intervalles de temps. La fréquence né- at very short time intervals. The frequency born
cessaire des repérages d'une source particulaire est déter- ceasing to locate a particular source is deter-
minée à partir des considérations suivantes. undermined from the following considerations.
Comme noté ci-dessus, la vitesse nominale de As noted above, the nominal speed of
l'écoulement du sang dans une artère coronaire est d'en- the flow of blood through a coronary artery is from
viron 30 cm/s pour un sujet au repos. L'écoulement du sang dans un segment d'artère malade qui est sténosé à 80% a une vitesse égale à cinq fois cette valeur nominale (150 cm/s). Le sang qui s'écoule dans un segment d'un vaisseau sanguin ayant une sténose grave de 90% aura une vitesse de 300 cm/s. Pour mesurer une sténose de 90% qui about 30 cm / s for a subject at rest. The flow of blood in a diseased artery segment which is stenosed at 80% has a speed equal to five times this nominal value (150 cm / s). The blood flowing in a segment of a blood vessel having a severe stenosis of 90% will have a speed of 300 cm / s. To measure a 90% stenosis which
a un centimètre de long, une particule traversant la ré- is a centimeter long, a particle crossing the re-
gion sténosée doit être détectée au moins quelques fois. Stenosed gion should be detected at least a few times.
A 300 cm/s, il ne faut que trois millisecondes pour par- At 300 cm / s, it only takes three milliseconds to par-
courir une longueur de vaisseau d'un centimètre. run a vessel length of one centimeter.
Comme noté ci-dessus, il y a trois artères co- ronaires principales qui se ramifient en moyenne en dix branches secondaires. Ai, à des fins statistiques, on désire effectuer trois mesures de vitesse dans chacune des dis branches secondaires, un total de 3 x 10 passages de As noted above, there are three main coronary arteries which branch out on average into ten secondary branches. Ai, for statistical purposes, we wish to make three speed measurements in each of the said secondary branches, a total of 3 × 10 passages of
particule dans le réseau coronaire est alors statistique- particle in the coronary network is then statistical-
ment nécessaire. Ceci fournira approximativement 10 pas- necessary. This will provide approximately 10 steps-
sages dans chacune des artères principales proximalés dans wise men in each of the main arteries proximal in
lesquelles la plupart des lésions athéromateuses sont si- which most of the atheromatous lesions are so-
tuées. Etant donné que l'écoulement sanguin dans le réseau coronaire ne représente qu'environ 5% seulement du débit cardiaque au repos, une particule donnée n'a qu'une probabilité de 0,05 d'entrer dans la circulation killed. Since blood flow in the coronary network represents only about 5% of resting cardiac output, a given particle has only a 0.05 probability of entering the circulation
coronaire après un unique passage à travers le coeur. coronary after a single pass through the heart.
Ainsi, 20 circulations à travers le coeur multipliées par 30 passages departicules dans le système coronaire, Thus, 20 circulations through the heart multiplied by 30 passages of particles in the coronary system,
ou un total de 600 passages de particule dans la circu- or a total of 600 particle passages in the circu-
lation, fourniraient la redondance des mesures de vites- lation, would provide redundancy of speed measurements
se d'écoulement du sang dans le système coronaire dé- se of blood flow in the coronary system
crite dans ses grandes lignes ci-dessus. outlined in broad outline above.
Etant donné que le temps moyen de circulation est d'une minute ou moins, une unique particule suivie dans Since the average circulation time is one minute or less, a single particle tracked in
la circulation pendant- 600 minutes conviendrait pour per- traffic for 600 minutes would be suitable for
mettre la redondance mentionnée si sa période ou demi-vie put the redundancy mentioned if its period or half-life
était suffisamment longue et si elle continuait de circu- was long enough and if it continued to circulate
ler pendant la période de dix heures. Naturellement, une 1st during the ten hour period. Naturally, a
période de dix heures est une durée d'une longueur inappro- ten hour period is a length of unsuitable length
priée pour une mesure de diagnostic. Quarante particules circulant pendant quinze minutes seraient d'un emploi bien plus commode et elles fourniraient un nombre comparable de requested for diagnostic action. Forty particles circulating for fifteen minutes would be much more convenient to use and would provide a comparable number of
passages de particule (600 passages) dans le système cir- particle passages (600 passages) in the cir-
culatoire.culinary.
Le nombre de particules nécessaires pour attein- The number of particles needed to reach-
dre 600 passages de particule dans la circulation est influencé par la possibilité que les particules émettrices de rayons gamma soient éliminées de la circulation par les cellules de Kupffer du foie. La tendance du foie à ex- traire les particules est une fonction de leurs dimensions Dre 600 particle passages in the circulation is influenced by the possibility that the gamma emitting particles are eliminated from the circulation by the Kupffer cells of the liver. The tendency of the liver to extract particles is a function of their dimensions
et de leurs caractéristiques de surface, de l'état du sys- and their surface characteristics, the state of the system
tème réticlo-endothélial tel qu'influencé par le prétrai- reticlo-endothelial teme as influenced by pretreatment
tement et d'autres causes, et d'autres variables. and other causes, and other variables.
L'écoulement du sang dans le foie représente The flow of blood in the liver represents
environ 25% du débit cardiaque au repos. Si le prétrai- approximately 25% of resting cardiac output. If the pretreatment
tement a des résultats modérément satisfaisants, les par- moderately satisfactory results, the parties
ticules seront extraites du foie avec'un rendement d'en- will be extracted from the liver with a yield of
viron 50% et le nombre des particules en circulation sera about 50% and the number of particles in circulation will be
réduit d'un facteur de 2 toutss les 8 minutes. reduced by a factor of 2 every 8 minutes.
Si la période de l'isotope utilisé dépasse 15 If the period of the isotope used exceeds 15
minutes environ, un programme raisonnable d'administra- minutes, a reasonable administration program
tion de particules peut commencer avec une injection intra- tion of particles can start with intra-
veineuse initiale de 40 particules suivie d'une injection initial venous 40 particles followed by an injection
continue de 10 particules toutes les 3 minutes. Le nom- continuous 10 particles every 3 minutes. The name-
bre des particules en circulation restera constant autour bre of circulating particles will remain constant around
de 40 environ pendant la totalité de l'examen de 15 minu- about 40 during the entire 15 minute exam
tes et un total de 87 particules sera administré. and a total of 87 particles will be administered.
Si la période de l'isotope utilisé est très If the period of the isotope used is very
courte, par exemple de 5 secondes, une administration in- short, for example 5 seconds, administration
traveineuse continue de 40 particules radioactives par continuous trapper of 40 radioactive particles per
minute sera nécessaire étant donné que les particules ra- minute will be required since the particles ra-
dioactives ne seront actives qu'au cours de leur premier passage à travers le coeur. (Au cours d'un intervalle de 60 secondes entre les passages dans le coeur, l'activité dioactive will only be active during their first pass through the heart. (During an interval of 60 seconds between passages in the heart, activity
de chaque particule aura diminué d'un facteur de 4.000). of each particle will have decreased by a factor of 4,000).
Dans ce cas, un total de 600 particules radioactives sera administré. La complexité du traitement des données est In this case, a total of 600 radioactive particles will be administered. The complexity of data processing is
influencée d'une manière importante par le nombre des par- significantly influenced by the number of parties
ticules qui doivent être simultanément détectées dans le champ de vision qui entoure le coeur. C'est pour cette raison que le nombre moyen de particules en circulation est maintenu à environ 40 dans les exemples précédents. Si )'on admet que 5% du volume total du sang se trouvent dans le coeur et que 5% supplémentaires se trouvent dans les poumons et dans la paroi de la poitrine au voisinage du ticles which must be simultaneously detected in the field of vision which surrounds the heart. It is for this reason that the average number of particles in circulation is kept at around 40 in the previous examples. If) it is assumed that 5% of the total volume of blood is found in the heart and that an additional 5% is found in the lungs and in the wall of the chest near the
coeur, il y aura statistiquement une moyenne de 4 parti- heart, there will be statistically an average of 4 parti-
cules radioactives à l'intérieur du champ de vision qui radioactive cules inside the field of vision which
entoure le coeur.surround the heart.
FONCTIONNEMENT GENERALGENERAL OPERATION
Conformément à la présente invention, la position de toutes les sources ou particules radioactives situées au voisinage de la région du coeur doit être déterminée According to the present invention, the position of all radioactive sources or particles located in the vicinity of the region of the heart must be determined
avec une précision spatiale de + 1,5 mm. with a spatial accuracy of + 1.5 mm.
Depuis un certain nombre d'années, on a utilisé la caméra à scintillation Anger pour former une image des For a number of years, the Anger scintillation camera has been used to form an image of
répartitions d'isotopes émettant des rayons gamma à l'in- distributions of isotopes emitting gamma rays internally
térieur du corps (voir, par exemple, le brevet des EUA of the body (see, for example, the US patent
n0 3 011 057 délivré le 28 novembre 1961 au nom de H.0. No. 3,011,057 issued November 28, 1961 in the name of H. 0.
Anger). Les caméras disponibles dans le commerce ont des Anger). Commercially available cameras have
précisions spatiales comprises entre + 3 mm et + 5 mm lors- spatial accuracy between + 3 mm and + 5 mm when
qu'elles reproduisent l'image de rayons gamma de 141 keV. that they reproduce the image of gamma rays of 141 keV.
(La notation de + 3 mm utilisé ici signifie que la fonction de dispersion latérale des lignes a une demi-largeur à la (The notation of + 3 mm used here means that the lateral dispersion function of the lines has half a width at the
moitié du maximum de 3 mm).half the maximum of 3 mm).
Les processus de reproduction d'images classi- The reproduction processes of classic images
ques utilisent un collimateur sténopé ou un collimateur à canaux multiples qui effectue une simple transposition point par point de la répartition des isotopes émetteurs using a pinhole collimator or a multi-channel collimator which performs a simple point-by-point transposition of the distribution of the emitting isotopes
de rayons gamma sur la caméra à scintillation. Malheureu- of gamma rays on the scintillation camera. Sad-
sement, le procédé ne fournit pas une information en trois The process does not provide three-fold information
dimensions et l'image résultant n'est qu'une projection bi- dimensions and the resulting image is just a bi- projection
dimensionnelle de la répartition dans le plan de la caméra dimension of the distribution in the plane of the camera
à scintillation. Pour pouvoir dépister les sources émet- scintillation. To be able to track sources emit-
3-5 trices de rayons gamma dans trois dimensions, il est né- 3-5 gamma rays in three dimensions, it was born
cessaire qu'au moins deux systèmes de reproduction d'ima- require that at least two imaging systems
ge suivent les mêmes particules radioactives à partir d'em- ge follow the same radioactive particles from em-
placements différents.different investments.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2a, deux systèmes de caméra 5 et 7 observent In the embodiment shown in Figure 2a, two camera systems 5 and 7 observe
la région du coeur à partir de deux emplacements diffé- the heart region from two different locations
rents. Ces systèmes de caméra 5 et 7 peuvent utiliser rents. These camera systems 5 and 7 can use
des collimateurs sténopés, divergents, à canaux en pa- Pinhole, divergent, collimators with channels in pa-
rallèles ou convergents 9 et 11.parallel or converging 9 and 11.
Dans le mode de réalisation représenté sur la In the embodiment shown in the
figure 2b, on doit noter que lorsqu'on utilise un collima- figure 2b, it should be noted that when using a collima-
teur sténopé ou un collimateur convergent (c'est-à-dire focalisateur) à canaux multiples 13, 15, le grossissement pinhole camera or a multi-channel convergent (i.e. focusing) collimator 13, 15, magnification
de l'image par rapport au sujet dépend d'une manière con- of the image in relation to the subject depends in a con-
nue de la distance du sujet à la caméra. Ainsi, en posi- the distance from the subject to the camera. So, in posi-
tionnant un système collimateur-caméra à grossissement variable devant et un autre système similaire derrière la région du coeur, on peut analyser un enregistrement du Using a collimator-camera system with variable magnification in front and another similar system behind the heart region, we can analyze a recording of the
trajet et de la vitesse apparents de la particule radio- apparent path and speed of the radio particle
active telle que créé par les deux systèmes de caméra active as created by the two camera systems
pour déterminer à la fois la vitesse vraie de la particu- to determine both the true velocity of the particle
le et le trajet qu'elle suit, en trois dimensions. the and the path it follows, in three dimensions.
La transmission géométrique des collimateurs à canaux multiples couramment utilisés ayant une précision Geometric transmission of commonly used multi-channel collimators with precision
de + 5 mm à 141 kV est telle que pour chaque mCi d'activi- of + 5 mm at 141 kV is such that for each mCi of activation
té de la source radio-active, environ 10.000 rayons gamma à la seconde atteignent le cristal scintillateur. Parmi ces rayons, environ 8000 sont diffusés dans le corps du patient et la plupart peuvent être rejetés par la sélection From the radioactive source, around 10,000 gamma rays per second reach the scintillator crystal. Of these rays, around 8000 are diffused in the patient's body and most of them can be rejected by selection
par hauteur d'impulsion classique effectuée par la caméra. by conventional pulse height made by the camera.
Il en résulte que pour chaque mCi d'activité de la source, It follows that for each mCi of activity of the source,
environ 2.000 rayons gamma non diffusés sont détectés cha- approximately 2,000 non-scattered gamma rays are detected each
que seconde et qu'un même nombre de rayons gamma diffusés that second and that the same number of gamma rays scattered
franchissent le seuil de hauteur d'impulsion chaque secon- cross the pulse height threshold every second
de. Pour que la particule radioactive signale sa position à chaque milliseconde avec une précision de + 5 mm, en of. So that the radioactive particle signals its position every millisecond with an accuracy of + 5 mm, in
produisant un point enregistré, l'activité de chaque par- producing a recorded point, the activity of each
ticule radioactive doit être d'environ 500 uCi. Bien que la précision de chaque détection de particule ne réponde pas à la précision requise de + 1,5 cm, on peut obtenir une amélioration de la précision lorsqu'on établit la moyenne des positions d'un grand nombre de points. Par exemple, dans le cas d'une sténose à 70%, la particule radioactive se déplace d'un centimètre au cours de chaque période de 10 ms et il est possible d'établir la moyenne radioactive material should be around 500 uCi. Although the accuracy of each particle detection does not meet the required accuracy of + 1.5 cm, an improvement in accuracy can be achieved when averaging the positions of a large number of points. For example, in the case of a 70% stenosis, the radioactive particle moves one centimeter during each 10 ms period and it is possible to establish the average
de positions de 10 points pour obtenir la précision dési- 10-point positions to achieve the desired accuracy
rée du repérage de position. Dans le cas d'une sténose à 0%, 30-points sont disponibles pour chaque centimètre de déplacement. position tracking. In the case of a 0% stenosis, 30-points are available for each centimeter of displacement.
Dans un autre mode de réalisation, un collima- In another embodiment, a collima-
teur sténopé ayant un pouvoir séparateur de + 5 mm à 140 keV a moins de 5èo de la transmission du collimateur à Pinhole torus with a separating power of + 5 mm at 140 keV less than 5o from the transmission of the collimator to
canaux parallèles et il nécessiterait l'emploi d'une ac- parallel channels and it would require the use of an ac-
tivité encore plus grande de la source. Comme décrit ci- even greater activity of the source. As described below
dessus, pour les isotopes à longue durée de vie, environ particules sont nécessaires pour suivre le trajet de chaque artère le nombre désiré de fois et ceci nécessite above, for long-lived isotopes, approximately particles are necessary to follow the path of each artery the desired number of times and this requires
une activité totale de 40 mCi. Afin de maintenir la do- a total activity of 40 mCi. In order to maintain the do-
* se fournie au foie à l'intérieur de niveaux raisonnables, il est avantageux d'injecter au préalable des particules de carbone colloïdal pour occuper les cellules de Kupffer* is supplied to the liver within reasonable levels, it is advantageous to inject colloidal carbon particles beforehand to occupy the Kupffer cells
du foie et empêcher l'absorption des particules radioac- of the liver and prevent absorption of radioactive particles
tives. Il est également avantageux d'utiliser des isoto- tives. It is also advantageous to use isoto-
pes à courte durée de vie, tels que ceux produits par la short-lived pes, such as those produced by the
désintégration d'isotopes à plus longue vie. decay of longer-lived isotopes.
191M Un exemple est le Ir *à période de 4,9 s qui n'émet que des rayons gamma de 129 keV et est produit 191M An example is the Ir * with a period of 4.9 s which emits only gamma rays of 129 keV and is produced
par la désintégration du os191 à période de 15 jours. by the disintegration of os191 within 15 days.
L'énergie du rayonnement gamma est bien adaptée à la camé- The energy of gamma radiation is well suited to the camera.
ra et aux propriétés d'absorption du plomb et la courte période a pour effet que le patient est soumis à une très ra and lead absorption properties and the short period has the effect that the patient is subjected to a very
faible dose. Dans une exploration typique du foie effec- low dose. In a typical exploration of the liver made
tuée en utilisant un colloîde soufre-Tc 99m à période de 6 heures, la dose à laquelle le foie est soumis est de killed using a sulfur-Tc 99m colloid at a 6 hour period, the dose to which the liver is subjected is
24931.4824931.48
3 rads pour une injection de 3 mCi. En utilisant 600 par- 3 rads for an injection of 3 mCi. Using 600 per-
ticules contenant chacune 500 pCi de Ir 191m à période de 4,9 secondes, la dose correspondante sera inférieure à ticles each containing 500 pCi of Ir 191m at a period of 4.9 seconds, the corresponding dose will be less than
0,05 rads.0.05 rads.
Une solution plus efficace pour le dépistage A more effective solution for screening
d'un petit nombre de particules émettrices de rayons gam- of a small number of gamma-ray emitting particles
ma discrètes est l'emploi d'ouvertures codées conformé- my discreet is the use of coded openings
ment à la présente invention. Ceci permet la détection d'une plus grande fraction des rayons gamma émis par la source et fournit également une information de position ment to the present invention. This allows the detection of a larger fraction of the gamma rays emitted by the source and also provides position information
tridimensionnelle. Un mode de réalisation d'une ouvertu- three-dimensional. An embodiment of an opening
re codée a été représenté sur la figure 3 sous la forme d'un écran 21 contenant une configuration désordonnée de re coded has been represented in FIG. 3 in the form of a screen 21 containing a disordered configuration of
fenêtres ou orifices carrés 23 transmettant le rayonnement. windows or square orifices 23 transmitting the radiation.
On admet que les rayons gamma 27 émis par les particules radioactives 25 sont arrêtés par l'écran 21 à moins qu'elles It is assumed that the gamma rays 27 emitted by the radioactive particles 25 are stopped by the screen 21 unless they
traversent l'un des orifices 23.pass through one of the orifices 23.
Pour une un ique particule radioactive station- For a unique radioactive particle station-
naire, le détecteur classique 29 d'image de rayons gamma the classic gamma ray image detector 29
enregistre simplement la forme de l'ombre dé l'écran 21. simply save the shape of the screen shadow 21.
Cette forme d'ombre présente plusieurs propriétés utiles. This shadow form has several useful properties.
Pour une distance donnée entre l'écran 21 et le détecteur 29, la dimension de la forme est dans une relation univoque For a given distance between the screen 21 and the detector 29, the dimension of the shape is in a unique relationship
avec la distance entre la particule radioactive 25 et l'é- with the distance between the radioactive particle 25 and the e-
cran 21 et la position de la forme est dans une relation univoque avec la position de la particule radioactive 25 notch 21 and the position of the form is in a unique relationship with the position of the radioactive particle 25
dans un plan parallèle à l'écran 21. Un moyen pour déter- in a plane parallel to the screen 21. A means for determining
miner la position de la particule radioactive 25 dans trois dimensions consiste à supposer un grand nombre de positions d'essai (par exemple à l'intérieur d'un volume tridimensionnel régulier) et à choisir la position qui est la plus compatible avec la forme observée. On effectue cela en reliant utilement des lignes partant de la position undermining the position of the radioactive particle 25 in three dimensions consists in assuming a large number of test positions (for example within a regular three-dimensional volume) and in choosing the position which is most compatible with the observed shape . This is done by usefully connecting lines starting from the position
d'essai au point de détection sur le détecteur 29 qui appa- at the detection point on the detector 29 which appears
rait à l'intérieur d'un intervalle de temps donné et en déterminant la fraction (Q) qui traverse les ouvertures 23 de l'écran 21. Le point de l'espace ayant le facteur de within a given time interval and by determining the fraction (Q) which crosses the openings 23 of the screen 21. The point of space having the factor of
qualité Q le plus élevé est la vraie position de la sour- highest Q quality is the true source position
ce. (La précision de ce procédé est limitée par les fluc- this. (The precision of this process is limited by the flu-
tuations statistiques). Pour le cas de plusieurs parti- statistical kills). For the case of several parties
cules radioactives 25, Q est maximisé à chaque position de particule radioactive. Si les orifices carrés 23 de radioactive cells 25, Q is maximized at each radioactive particle position. If the square holes 23 of
l'écran 21 représentent une fraction F de sa surface to- screen 21 represents a fraction F of its total surface
tale et s'il n'y a pas de diffusion de rayons gamma dans tale and if there is no scattering of gamma rays in
le patient, on a alors Q1 = F pour les points d'essai é- the patient, we then have Q1 = F for the test points é-
loignés de la vraie position de la source et QO = 1 pour away from the true position of the source and QO = 1 for
les points d'essai situés à la position vraie de la source. the test points located at the true position of the source.
Au voisinage de la position vraie de la source, le facteur In the vicinity of the true position of the source, the factor
Q varie entre les deux valeurs extrêmes. Q varies between the two extreme values.
La diffusion par effet Compton.des rayons gamma Diffusion by Compton effect of gamma rays
dégrade la forme observée et réduit le facteur QO. Lors- degrades the observed shape and reduces the QO factor. When-
qu'on reproduit l'image du coeur humain en utilisant des rayons gamma ayant des énergies proches de 129 keV, on that we reproduce the image of the human heart using gamma rays having energies close to 129 keV, we
trouve que parmi la totalité des rayons gamma qui franchis- finds that among all of the gamma rays that cross
sent le seuil de hauteur d'impulsion du détecteur, une fraction S (égale approximativement à 0,5) s'est diffusée feels the pulse height threshold of the detector, a fraction S (approximately equal to 0.5) has diffused
dans les tissus du patient (on notera que pour chaque ra- in the patient's tissues (note that for each ra-
yon gamma accepté par la caméra environ 1,5 ont été rejetés). yon gamma accepted by the camera about 1.5 were rejected).
Compte tenu de la diffusion Compton; Qo = 1 - S (1-F) tandis que Given the Compton broadcast; Qo = 1 - S (1-F) while
Q1 =F. n'étant pas influencé par la diffusion. Q1 = F. not being influenced by the broadcast.
La présence de plusieurs particules ou sources radioactives dans le champ de vision dégrade également le facteur de qualité de sorte que Q0 = /TS(1-F) + (N-1)F7/N à une position de source et que Q1 = F dans les emplacements The presence of several particles or radioactive sources in the field of vision also degrades the quality factor so that Q0 = / TS (1-F) + (N-1) F7 / N at a source position and that Q1 = F in the pitches
éloignés de toutes les positions de source, N étant le nom- distant from all source positions, N being the name-
bre des particules ou sources radioactives dans le champ de vision. Pour une probabilité de diffusion S=0,5 et pour bre particles or radioactive sources in the field of vision. For a probability of diffusion S = 0.5 and for
N=4 particules ou sources radioactives, cette équation de- N = 4 particles or radioactive sources, this equation of-
vient. = (1+7F)/8 et Q1 = F. On désire choisir le fac- come. = (1 + 7F) / 8 and Q1 = F. We want to choose the fac-
teur F de transparence de l'écran (c'est-à-dire le rapport des orifices carrés 23 à la surface totale de l'écran) de sorte que l'activité minimale des sources soit nécessaire screen transparency factor F (that is to say the ratio of the square orifices 23 to the total surface area of the screen) so that the minimum activity of the sources is necessary
pour détecter avec précision les quatre particules radio- to accurately detect the four radio particles
actives. Les valeurs de Q0 et de Q1 sont sujettes à des fluctuations statistiques. Une fluctuation typique de Q0 (en fait son écart type) est (Qo/4ND) formule dans laquelle ND est le nombre de particules gamma détectées par particule radioactives. S'il est nécessaire que'Q0 et Q1 diffèrent de cinq écarts types de Qo: Qo-Q1 = 5(Qo/4ND). ou 1-F rlT active. The values of Q0 and Q1 are subject to statistical fluctuations. A typical fluctuation of Q0 (actually its standard deviation) is (Qo / 4ND) formula in which ND is the number of gamma particles detected per radioactive particle. If it is necessary that 'Q0 and Q1 differ from five standard deviations of Qo: Qo-Q1 = 5 (Qo / 4ND). or 1-F rlT
QO-Q1 = e = 5(2+7)-QO-Q1 = e = 5 (2 + 7) -
Ceci nécessite que ND = 50(1+7F) (-F)-2. Le nombre de photons détectés ND est lié au nombre NS émis par la sour- This requires that ND = 50 (1 + 7F) (-F) -2. The number of photons detected ND is linked to the number NS emitted by the source.
ce, à la transmission géométrique de l'écran (environ 0,15F si l'écran soustend 2 stéradians) et à la probabilité de franchissement de la sélection par hauteur d'impulsion (environ 0,4): Ns = ND(0,0 60F)-1 this, to the geometric transmission of the screen (approximately 0.15F if the screen subtends 2 steradians) and to the probability of crossing the selection by pulse height (approximately 0.4): Ns = ND (0, 0 60F) -1
NS = 883(1+7F)(1-F)2 (F)1NS = 883 (1 + 7F) (1-F) 2 (F) 1
Le tableau ci-dessous indique la relation en- The table below shows the relationship between
tre NS et F: F NS Qo Q1tre NS et F: F NS Qo Q1
0,5 30.400 0,56 0,500.5 30,400 0.56 0.50
0,4 22.400 0,48 0,400.4 22,400 0.48 0.40
0,3 17.900 0,39 0,300.3 17,900 0.39 0.30
0,25 16.500 0,34- 0,250.25 16,500 0.34- 0.25
0,20 15.800 0,30 0,200.20 15,800 0.30 0.20
0,175 15.600 0,28 0,1750.175 15.600 0.28 0.175
0,15 16.000 0,26 0,150.15 16,000 0.26 0.15
0,10 17.600 0,21 0,100.10 17,600 0.21 0.10
0,05 25.400 0,17 0,050.05 25,400 0.17 0.05
A l'intérieur d'un intervalle préféré allant de F'- 0,3 à F = 0,1, le choix de F = 0,175 nécessite que Within a preferred range from F'- 0.3 to F = 0.1, the choice of F = 0.175 requires that
15.600 rayons gamma soient émis par chacune des 4 parti- 15,600 gamma rays are emitted by each of the 4 parties
cules radioactives. Pour pouvoir suivre les particules en utilisant des créneaux de temps de 3 ms, l'activité est alors de 15.600 par créneau x 333 créneaux/s = 5x106 par seconde ou 140 uCi par particule radioactive. Le détecteur de rayons gamma détectera alors 216.000 rayons gamma par seconde à l'intérieur de sa fenêtre de hauteur d'impulsion. Ceci entre dans les possibilités de la radioactive cells. In order to be able to track particles using time slots of 3 ms, the activity is then 15,600 per slot x 333 slots / s = 5x106 per second or 140 uCi per radioactive particle. The gamma ray detector will then detect 216,000 gamma rays per second inside its pulse height window. This is one of the possibilities of
technologie actuelle.current technology.
Une analyse plus générale montre que la valeur A more general analysis shows that the value
optimale de N n'est pas très sensible au nombre de parti- optimal of N is not very sensitive to the number of parti-
cules radioactives N et que le nombre des photons émis par les sources s'élève avec le nombre N. radioactive cells N and that the number of photons emitted by the sources increases with the number N.
N F (optimal) NS Activité nécessaire par parti- N F (optimal) NS Activity required per party
cule radioactive pour des créneaux de 3 ms 1 0,218 7.700 70,uCi 2 0,214 10.400 95 pCi 3 0,193 13.000 120 pCi 4 0,176 15.600 140 pCi 5 0,164 18. 000 160 uCi 6 0,153 - 20.400 180 Ci 0,126 23.700 21 0 Ci F (optimal= 6N- 3 Sur la figure 4 à laquelle on se référera, on radioactive cule for 3 ms slots 1 0.218 7.700 70, uCi 2 0.214 10.400 95 pCi 3 0.193 13.000 120 pCi 4 0.176 15.600 140 pCi 5 0.164 18. 000 160 uCi 6 0.153 - 20.400 180 Ci 0.126 23.700 21 0 Ci F (optimal = 6N- 3 In figure 4 to which we will refer, we
a représenté un écran 31 à ouverture codée muni d'une uni- shows a screen 31 with coded opening provided with a unit
que-ouverture annulaire 33. Une unique source ponctuelle that-annular opening 33. A single point source
projette une forme circulaire 36 sur le détecteur d'i- projects a circular shape 36 on the i-detector
mage 37, la dimension du cercle étant dans une relation univoque avec la distance entre la source ponctuelle 35 mage 37, the dimension of the circle being in a unique relationship with the distance between the point source 35
et l'écran 31 et la position de cercle étant dans une re- and the screen 31 and the circle position being in a re-
lation univoque avec la position de la source 35 dans le plan parallèle à l'écran 31. Si l'ouverture circulaire 33 unequivocal relationship with the position of the source 35 in the plane parallel to the screen 31. If the circular opening 33
de l'écran 31 a, par exemple, 5 cm de diamètre et si l'ou- of the screen 31 is, for example, 5 cm in diameter and if the
verture a 0,5 cm de large, les particules qui se trouvent 0.5 cm wide, the particles that are
dans la région du coeur produiront 4 cercles qui se chevau- in the heart region will produce 4 overlapping circles-
24931 4824931 48
chent avec très peu de confusion. Pour une particule radio- chent with very little confusion. For a radio particle
active située à 10 cm au-dessus de l'écran 31, la transmis- active 10 cm above screen 31, the transmission
sion géométrique de cette ouverture est g = 6,3x10 3. Le geometrical sion of this opening is g = 6.3x10 3. The
nombre de rayons gamma NS émis par chaque particule radio- number of gamma rays NS emitted by each radio particle
active et le nombre de rayons gamma (ND) qui franchissent le seuil de hauteur d'impulsion sont liés entre eux par la relation: ND = N (0,4)g 2, 5 x 1073 NS Etant donné que l'on doit avoir ND = 60 rayons active and the number of gamma rays (ND) that cross the pulse height threshold are related to each other by the relationship: ND = N (0.4) g 2.5 x 1073 NS Since we must have ND = 60 radii
gamma détectés (dont la moitié sont diffusés) on a NS - gamma detected (half of which are diffused) we have NS -
24.000 photons émis par chaque.particule radioactive. Pour 24,000 photons emitted by each radioactive particle. For
suivre les particules en utilisant des créneaux de temps- track particles using time slots-
de 3 ms, l'activité est alors de 24.000 par créneau x 333 3 ms, the activity is then 24,000 per slot x 333
créneaux/s = 8,0x106 s ou 220 juCi par particule radioactive. slots / s = 8.0x106 s or 220 juCi per radioactive particle.
ANALYSE DES DONNEESDATA ANALYSIS
Conformément à la présente invention, on peut utiliser l'appareil avec interposition de portes classiques synchronisées avec les battements du coeur du patient afin de n'observer les sources que pendant la phase diastolique de la révolution cardiaque, lorsque le mouvement du coeur According to the present invention, the apparatus can be used with the interposition of conventional doors synchronized with the beating of the patient's heart so as to observe the sources only during the diastolic phase of the cardiac revolution, when the movement of the heart
est minimal et que la vitesse du sang dans les artères coro- is minimal and that the speed of the blood in the arteries coro-
naires est la plus grande et la plus constante. La dias-- is the largest and most constant. The slide--
tole cardiaque occupe, d'une manière caractéristique, une période de 400 à 600 millisecondes qui est considérablement plus longue que le temps de passage (30 à 300 millisecondes) nécessaire à une particule pour s'écouler sur une longueur cardiac sheet typically occupies a period of 400 to 600 milliseconds which is considerably longer than the passage time (30 to 300 milliseconds) required for a particle to flow over a length
de 10 cm d'artère coronaire.of 10 cm of coronary artery.
Les techniques de collimation, de codage et de détection décrites cidessus servent toutes à fournir une liste de temps et les coordonnées tridimensionnelles de The collimation, coding and detection techniques described above are all used to provide a time list and three-dimensional coordinates of
chaque particule à chacun de ces temps. Le tableau ci-a- each particle at each of these times. The table below -
près montre le comportement des particules radioactives dans les cavités du coeur et le comportement, qui fait contraste, des particules radioactives qui se déplacent dans les artères coronaires et dans le réseau capillaire myocardique. closely shows the behavior of radioactive particles in the chambers of the heart and the contrasting behavior of radioactive particles that move through the coronary arteries and the myocardial capillary network.
Dans les cavi- Dans les ar- Dans le ré- In the cavi- In the ar- In the re-
tes du coeur teres coro- seau capil- your heart teres coroseau capil-
naires laire du myocarde Vitesse moyenne (cm/s d 30 de 30 à 300 1 Durée moyenne du séjour er- 2s de 0,03 à 0,3s,-2s dans zones spécifiées myocardial tract Average speed (cm / s d 30 from 30 to 300 1 Average length of stay er- 2s from 0.03 to 0.3s, -2s in specified areas
Type de trajectoire aléatoire linéaire avec essentiel- Linear random trajectory type with essential-
coudes occa- lementoccasional elbows
sionnels station-stationary
nairenary
Se déplace vers le bas.Moves down.
de 5 à 10 cm en 4 0,3s NON OUI NONfrom 5 to 10 cm in 4 0.3s NO YES NO
puis s'arrête pendant -then stops for -
v 2v 2
Nombre moyen de parti-Average number of participants
cules radioactives 2 0,01 0,1 présentes Intervalle moyen entre les passages dans les 1,5 s 30 s 30 s zones spécifiées radioactive cells 2 0.01 0.1 present Average interval between passages in 1.5 s 30 s 30 s specified areas
Essentiellement station-Essentially station-
naire pendant 2 ou 3 NON NON OUI cycles successifs (Tous les nombres do. lnés sont approximatifs) Ces différences forment la base sur laquelle les données sont analysées, comme décrit en se référant à la figure 5. En premier leu, on peut mettre en mémoire les données relatives aux coordonnées et aux temps de production des rayons détectés sur bande, disque ou analogue (étapes 41, 4l2) en vue d'un traitement ultérieur. Toutes les particules radioactives qui sont apparues dans le réseau capillaire du nary for 2 or 3 NO NO YES successive cycles (All the given numbers are approximate) These differences form the basis on which the data are analyzed, as described with reference to Figure 5. First leu, we can set stores the data relating to the coordinates and the production times of the rays detected on tape, disk or the like (steps 41, 41) for further processing. All the radioactive particles that appeared in the capillary network of the
myocarde depuis le début de l'examen peuvent ainsi être iden- myocardium since the start of the examination can thus be identi-
tifiées à l'étape 43. Chacune de ces particules a initiale- tified in step 43. Each of these particles has initial-
ment suivi un certain trajet dans le. système d'artères coro- followed a certain route in the. coro- arterial system
naires. Comme indiqué dans le tableau ci-dessus, les par- naries. As indicated in the table above, the par-
ticules radioactives qui se trouvent dans le réseau capillai- radioactive particles in the capillary network
re du myocarde sont très distinctives du fait de leur faib]e re myocardium are very distinctive due to their weakness
vitesse par rapport à la paroi du coeur. velocity relative to the wall of the heart.
Parmi les 900 périodes diastoliques qui se produi- Of the 900 diastolic periods that occur-
sent pendant la période d'un examen, on en choisit environ feels during the period of an exam, we choose about
qui sont liées à l'apparition d'une particule radio- which are linked to the appearance of a radioactive particle
active dans le myocarde (étape 44). Ainsi, cette première active in the myocardium (step 44). So, this first
étape rejette 97% des périodes diastoliques qui ne pré- stage rejects 97% of diastolic periods which do not pre-
sentent ensuite plus d'intérêt.then feel more interest.
Ensuite, on examine les données (organisées en créneaux de temps de 3 millisecondes et reproduites en Next, we examine the data (organized in time slots of 3 milliseconds and reproduced in
sens inverse de leur enregistrement) qui précèdent l'ap- opposite of their recording) which precede the ap-
parition de la particule radioactive dans le myocarde (6- appearance of the radioactive particle in the myocardium (6-
tape 45). La particule radioactive semble se déloger de la paroi du coeur et se déplacer rapidement (de 30 à 300 step 45). The radioactive particle seems to dislodge from the wall of the heart and move quickly (from 30 to 300
cm/s) et dans l'ensemble vers le haut en direction de l'a- cm / s) and overall up towards a-
orte. On peut alors afficher, à l'étape 46, une unique image tridimensionnelle (ou au moins deux affichages, plans toe. It is then possible to display, in step 46, a single three-dimensional image (or at least two displays, planes
qui sont orientés orthogonalement de façon à présenter plu- which are oriented orthogonally so as to present more
sieurs vues) représentant la répartition spatiale de tou- views) representing the spatial distribution of all
tes les détections de particule radioactive au cours des créneaux de 3 millisecondes de leur mouvement rapide. La forme du système artériel coronaire peut être bien observée à partir d'un tel affichage et la fréquence des détections tes radioactive particle detections during 3 milliseconds of their fast motion. The shape of the coronary arterial system can be clearly observed from such a display and the frequency of detections
à l'intérieur.de tels créneaux de temps donne une indica- inside. such time slots give an indication
tion de la section transversale des artères. Les régions tion of the cross section of the arteries. The regions
le long d'une artère quelconque qui indiquent une plus fai- along any artery which indicate a more
ble fréquence de.détection seront ainsi identifiées comme les principaux candidats à une sténose artérielle et à une The frequency of detection will thus be identified as the main candidates for arterial stenosis and
analyse complémentaire. La plus faible fréquence de détec- additional analysis. The lowest frequency of detection
tion est attribuable au mouvement rapide d'une particule radioactive dans une région sténosée de telle sorte que la densité des points ou fréquences de détection le long de l'artère est ainsi directement proportionnelle à la surface de la section transversale de l'ouverture de passage de l'artère comme représenté sur les graphiques des figures 6a et 6b. Pour les plus grandes artères coronaires, on peut ajouter les données d'un grand nombre de passages, ce qui tion is attributable to the rapid movement of a radioactive particle in a stenosed region so that the density of detection points or frequencies along the artery is thus directly proportional to the area of the cross section of the passage opening of the artery as shown in the graphs of Figures 6a and 6b. For larger coronary arteries, data from a large number of passages can be added, which
permet d'obtenir une répartition avec des fluctuations sta- provides a distribution with static fluctuations
tistiques réduites. Bien qu'il y ait de très grandes chan- reduced tistics. Although there are very big changes
ces pour que les informations disponibles à ce stade soient these so that the information available at this point is
suffisantes pour établir un diagnostic clinique de l'exis- sufficient to establish a clinical diagnosis of the existence
tence, de l'étendue et du siège d'une cardiopathie corona- tence, extent and location of coronary heart disease
rienne, on peut utiliser l'étape d'analyse supplémentaire suivante. En troisième lieu, les répartitions obtenues au However, the following additional analysis step can be used. Third, the distributions obtained at
cours de la seconde étape fournissent des informations tri- during the second stage provide tri-
dimensionnelles relatives à la forme détaillée du système artériel coronaire. Ces informations peuvent être mises en mémoire dans une mémoire d'ordinateur sous forme d'une liste de segments de ligne droite reliés entre eux. Pour chaque particule radioactive, on détermine le parcours le dimensions relating to the detailed shape of the coronary arterial system. This information can be stored in a computer memory in the form of a list of interconnected straight line segments. For each radioactive particle, the path is determined the
plus probable. Ainsi,,on peut déterminer la vitesse mo- more likely. Thus, we can determine the mo-
yenne d'une particule radioactive le long d'un segment de Xi -X 1 ligne quelconque en prenant la moyenne de Ifi, - formule yenne of a radioactive particle along any segment of Xi -X 1 line taking the average of Ifi, - formula
dans laquelle Xi est la position de la particule radioac- where Xi is the position of the radioactive particle
tive (projetée sur un segment de ligne) au temps Ti. On notera qu'il est nécessaire d'utiliser des procédés de tive (projected on a line segment) at time Ti. Note that it is necessary to use
calcul de moyenne-du fait de la précision limitée des coor- averaging due to the limited accuracy of the coordinates
données des points.individuels.individual points data.
LES EMETTEURS DE PARTICULESPARTICLE EMITTERS
Bien que l'on se soit référé ici à l'Ir191m à période de 4,9 s, on peut également utiliser, conformément Although we have referred here to the Ir191m at a period of 4.9 s, we can also use, in accordance
à la présente invention, plusieurs autres particules radio- to the present invention, several other radioactive particles
actives, telles que le Tc99m. On a indiqué dans le tableau active, such as Tc99m. We indicated in the table
ci-dessous diverses autres sources radioactives particulai- below various other particular radioactive sources
res et leurs propriétés.res and their properties.
-Isotope précurseur Mo90 ta183 Os191 Hg195m Mo99 - Precursor isotope Mo90 ta183 Os191 Hg195m Mo99
-Période de l'isoto--Isoto period-
pe précurseur 5,7 h 5,1 j 15 J 40 h 67 J -Isotope engendré (1ère génération) Nb90m W183m Ir191m Au195m Tc99m eg precursor 5.7 h 5.1 d 15 D 40 h 67 D -Isotope generated (1st generation) Nb90m W183m Ir191m Au195m Tc99m
-Période de l'isoto--Isoto period-
e engendré 1ère génération) 24 s 5,3 s 4,9 s 31 s 6,0 h e generated 1st generation) 24 s 5.3 s 4.9 s 31 s 6.0 h
-Emissions de l'iso--Issues from iso-
tope engendré 122 106;160 129 261 144 (1ère génération) (keV). stable stable 99 -Isotope engendré 9 t183 1b 183j Tc hNb90183 1r918 Te (2ème génération) 15 hNb) Ir Au195 Il existe d'autres modèles de désintégration qui mettent en jeu des énergies de rayonnement gamma bien plus élevées tels que le Ga68 à période de 68 mm (rayons gamma de 68, 511 keV) provenant de Ge68 a période de 275 jours. Mais de tope generated 122 106; 160 129 261 144 (1st generation) (keV). stable stable 99 -Isotope generated 9 t183 1b 183j Tc hNb90183 1r918 Te (2nd generation) 15 hNb) Ir Au195 There are other decay models which involve much higher gamma radiation energies such as Ga68 with period of 68 mm (gamma rays of 68, 511 keV) from Ge68 at a period of 275 days. But of
telles particules radioactives présentent le problème fon- such radioactive particles present the fundamental problem
damental de la réalisation d'une plaque à-ouvertures codée utilisable pour un tel rayonnement pénétrant. Pour cette damental of the realization of a coded aperture plate usable for such penetrating radiation. For this
raison, on a fait porter la discussion qui précède princi- reason, we brought forward the discussion above
palement sur l'intervalle d'énergies de rayonnement gamma shift over the gamma radiation energy range
entre 100 et 300 keV.between 100 and 300 keV.
Les particules en circulation ne doivent pas â- The particles in circulation must not â-
tre d'une grosseur supérieure à 6-8 pm de sorte qu'elles be of a size greater than 6-8 pm so that they
traversent librement les réseaux capillaires et chaque par- freely pass through the capillary networks and each
ticule doit avoir une activité spécifique comprise entre et 200 pCi. Les particules peuvent être constituées ticule must have a specific activity between and 200 pCi. The particles can be made up
par de petits cristaux d'un sel insoluble contenant l'iso- by small crystals of an insoluble salt containing the iso-
tope émetteur de rayons gamma désiré ou par de petites par- top emitter gamma rays desired or by small par-
ticules d'une matière très absorbante (telle qu'un tamis very absorbent material (such as a sieve)
moléculaire) sur laquelle l'isotope émetteur de rayons gam- molecular) on which the gamot-emitting isotope
ma a été fixé.my was fixed.
Les petits cristaux de sel insoluble présentent l'avantage d'une très forte activité spécifique mais de telles particules radioactives doivent être triées au moyen d'un tamisage avant d'être injectées. Un support absorbant présente l'avantage que toutes les particules radioactives ont des dimensions uniformes et une activité uniforme mais l'activité spécifique est moindre. Pour les isotopes à courte durée de vie, ceci n'est pas un problème important. Pour les isotopes à courte durée de vie, ceci n'est pas un problème important. Typiquement, il n'est besoin que d'un atome d'un isotope à période de 5 secondes pour 100.000 Small insoluble salt crystals have the advantage of very high specific activity, but such radioactive particles must be sorted by sieving before being injected. An absorbent support has the advantage that all radioactive particles have uniform dimensions and uniform activity but the specific activity is less. For short-lived isotopes, this is not a significant problem. For short-lived isotopes, this is not a significant problem. Typically, only one atom of an isotope is needed with a period of 5 seconds per 100,000
atomes stables pour donner à une sphère de 61um une acti- stable atoms to give a 61um sphere an activity
vité de 100 UCi.vity of 100 UCi.
LE DETECTEUR --THE DETECTOR -
Le système détecteur selon la présente invention comporte un ou plusieurs détecteurs de rayonnement gamma classiques capables de déterminer les coordonnées de rayons gamma incidents au plan du détecteur et une ou plusieurs plaques à ouverture-codée qui peuvent être constituées par un collimateur sténopé, un collimateur à canaux multiples The detector system according to the present invention comprises one or more conventional gamma radiation detectors capable of determining the coordinates of incident gamma rays on the plane of the detector and one or more aperture-coded plates which may be constituted by a pinhole collimator, a collimator with multiple channels
(canaux parallèles, convergents ou divergents) ou une pla- (parallel, converging or divergent channels) or a plate
que, comme représenté sur les figures 3 et 4, ayant une ou that, as shown in Figures 3 and 4, having one or
plusieurs zones qui sont pratiquement opaques au rayonne- several areas that are practically opaque to rayon-
ment gamma qui présente de l'intérêt et une ou plusieurs zones qui sont pratiquement transparentes à ces rayons gamma, ou analogue. Une plaque à ouverture codée, 21, 31 gamma which is of interest and one or more zones which are practically transparent to these gamma rays, or the like. A coded opening plate, 21, 31
est placée entre le volume présentant de l'intérêt dans le- is placed between the volume of interest in the-
quel les particules radioactives sont situées et un détec- which radioactive particles are located and a detector
teur 29, 37 et elle sert à représenter la position des par- 29, 37 and it is used to represent the position of the
ticules radioactives sur le detecteur, d'une manière con- radioactive particles on the detector, in a con-
nue. Le détecteur peut être une caméra à scintillation Anger classique disponible dans le commerce qui comporte un unique cristal scintillateur qui est dans le champ optique d'une série de photomultiplicateurs munis de circuits pour déterminer le centre de l'intensité lumineuse o il peut être un unique cristal scintillateur situé dans le champ optique d'une série de photomultiplicateurs du type qui peut être obtenu de la société Baird Atomic, Inc. La présente invention peut, également, utiliser d'autres détecteurs à précision spatiale accrue, tels que la caméra au germanium qui comporte une mosaîque de cristaux de germanium qui sont lus par des amplificateurs de charge ou des chambres à fils remplies de gaz sous pression ou de liquide dans lesquelles les rayons gamma naked. The detector can be a commercially available conventional Anger scintillation camera which includes a single scintillator crystal which is in the optical field of a series of photomultipliers provided with circuits to determine the center of the light intensity where it can be a single scintillator crystal located in the optical field of a series of photomultipliers of the type which can be obtained from the company Baird Atomic, Inc. The present invention can also use other detectors with increased spatial precision, such as the germanium camera which has a mosaic of germanium crystals which are read by charge amplifiers or wire chambers filled with pressurized gas or liquid in which gamma rays
interagissent dans le gaz sous pression ou dans le liqui- interact in pressurized gas or liquid
de et dans lesquels le signal électronique résultant of and in which the resulting electronic signal
présent sur les fils est amplifié et transmis en sortie. present on the wires is amplified and transmitted at output.
Par conséquent, l'appareil est le procédé de la présente invention détectent des régions sténosées dans-les artères coronaires en dépistant des particules radioactives émettrices de rayons gamma de l'extérieur du corps du.patient. Des plaques à ouverture codée utilisées Therefore, the apparatus and method of the present invention detect stenotic regions in the coronary arteries by detecting gamma-emitting radioactive particles from outside the patient's body. Coded opening plates used
en combinaison avec des détecteurs de rayons gamma permet- in combination with gamma ray detectors allows
tent de fournir les coordonnées de rayons gamma détectés sous une forme commode appropriée pour la réduction et l'analyse des données. En choisissant des données de coordonnées d'une particule radioactive à l'intérieur de périodes de temps successives comme étant indicatives du attempt to provide the coordinates of detected gamma rays in a convenient form suitable for data reduction and analysis. By choosing coordinate data of a radioactive particle within successive time periods as being indicative of the
trajet suivi par une particule radioactive dans une artè- path followed by a radioactive particle in an artery
re coronaire d'un patient, il est possible de déterminer les sections transversales de l'artère à différents points re coronary of a patient, it is possible to determine the cross sections of the artery at different points
de sa longueur. Dans les régions de la longueur de l'ar- of its length. In regions the length of the ar-
tère dans lesquelles la fréquence de détection des parti- in which the frequency of detection of the parties
cules radioactives par intervalle de temps est faible, la radioactive cells per time interval is low, the
vitesse du sang et des particules radioactives qui s 'écou- speed of blood and radioactive particles flowing
lent dans l'artère est élevée et l'écoulement du sang à plus grande vitesse est indicatif d'une stenose dans une telle région. slow in the artery is high and the flow of blood at higher speed is indicative of stenosis in such a region.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13281880A | 1980-03-24 | 1980-03-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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