NL1024689C2

NL1024689C2 - Werkwijze en inrichting voor het detecteren van structurele, perfusie-, en functionele afwijkingen.

Info

Publication number: NL1024689C2
Application number: NL1024689A
Authority: NL
Inventors: Jiang Hsieh; Shankara B Reddy; Peter Michael Edic; Ricardo Scott Avila; Maria Iatrou
Original assignee: Ge Med Sys Global Tech Co Llc
Priority date: 2002-11-08
Filing date: 2003-11-03
Publication date: 2005-02-15
Also published as: US20040092814A1; IL158657A0; JP2004160228A; DE10350532A1; NL1024689A1; US7627078B2

Description

P26971NLOO/PJE/RVO

Werkwijze en inrichting voor het detecteren van structurele, perfusie-en functionele afwijkingen.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

De uitvinding heeft betrekking op computertomografiebeeldvorming (CT) en meer in het bijzonder op werkwijzen en inrichtingen voor het 5 detecteren en diagnostiseren van hoofd- en nekafwijkingen.

Niettegenstaande recente ontwikkelingen in CT-technologie (hogere aftastsnelheid, grotere afdekking met een aantal detectorrijen), is energieoplossendvermogen nog steeds een missend stuk, namelijk een breed röntgenstraalfotonenergiespectrum van de röntgenstraalbron en 10 het ontbreken van energieoplossendvermogen van CT-detectiesystemen. Röntgenstraaldemping door een gegeven object is geen constante. De röntgenstraaldemping hangt eerder sterk af van de röntgenstraal-fotonenenergie. Dit fysische verschijnsel vertoont zich in het beeld als een bundelverhardingsartefact, zoals bijvoorbeeld niet-unifor-15 miteit, schaduwvorming en strepen. Sommige van de bundelverhardings-artefacten kunnen gemakkelijk worden gecorrigeerd, maar sommige bundelverhardingsartefacten zijn moeilijker te verwijderen (d.w.z. te corrigeren). In het algemeen omvatten bekende methodes om dergelijke problemen op te lossen (1) waterkalibratie, waarbij elke CT-machine 20 nauwkeurig wordt gekalibreerd voor het verwijderen van bundelver-harding door materialen soortgelijk aan water en (2) iteratieve beendercorrectie, waarbij beenderen worden afgezonderd in het beeld van de eerste doorgang, en dan wordt bundelverharding van beenderen gecorrigeerd in de tweede doorgang. Bundelverharding door materialen 25 anders dan water en beenderen, zoals metaal en contrastmiddel, kan echter moeilijk te corrigeren zijn. Zelfs met de hierboven beschreven correctiemethoden verschaft gebruikelijke CT ook geen kwantitatieve beeldwaarden, maar in plaats daarvan vertoont hetzelfde materiaal op verschillende plaatsen vaak verschillende CT-nummers.

30 Een ander nadeel van een gebruikelijke CT is het ontbreken van materiaalkarakterisering. Bijvoorbeeld kan een sterk dempend materiaal met een lage dichtheid resulteren in hetzelfde CT-nummer in het beeld als een minder dempend materiaal met een hoge dichtheid. Er is dus weinig of geen inzicht in waaruit een materiaal bestaat, alleen geba-35 seerd op het CT-nummer. Ten minste sommige CT-aftastinrichtingen 1024689

I 2 I

I volgens de stand van de techniek die momenteel beschikbaar zijn, zijn I

I beperkt tot het verschaffen van anatomische informatie. Voor hoofd- en I

I nekaftastingen vertonen beelden die door dergelijke aftastinrichtingen I

I worden geproduceerd een beduidend niveau van beeldartefacten en on- I

I 5 nauwkeurigheid van CT-numraers. Deze beperkingen verhinderen het ge- I

I bruik van de CT-inrichting voor gevorderde diagnose. Dienovereenkom- I

I stig spreken de werkwijzen en inrichtingen die hierin worden beschre- I

I ven de detectie en de diagnose van hoofd- en nekafwijkingen aan. I

I 10 KORTE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING I

I Volgens een aspect .wordt een werkwijze voor het verkrijgen van I

I gegevens verschaft. De werkwijze omvat het aftasten van ten minste een I

I hoofd van een patiënt en een nek van de patiënt met een multi-energie- I

I 15 computertomografiesysteem (MECT) voor het verwerven van gegevens. I

I Volgens een ander aspect wordt een meer-energiecomputertomo- I

I grafiesysteem (MECT) verschaft. De MECT bevat een stralingsbron, een I

I stralingsdetector en een computer die is verbonden met de stralings- I

bron en de stralingsdetector. De computer is ingericht voor het ont- I

I 20 vangen van gegevens met betrekking tot een eerste energiespectrum van I

I een aftasting van een hoofd van een patiënt, het ontvangen van gege- I

I vens met betrekking tot een tweede energiespectrum van een aftasting I

I van het hoofd en het genereren van een beeld van ten minste één van I

I een cerebraal bloedvolume van de patiënt en een cerebrale bloedstroom I

I 25 van de patiënt. I

Volgens een ander aspect wordt een meer-energiecomputer- I

tomografiesysteem (MECT) verschaft. De MECT bevat een stralingsbron, I

I een stralingsdetector en een computer die is verbonden met de stra- I

lingsbron en de stralingsdetector. De computer is ingericht voor het I

I 30 ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste energiespectrum I

I van een aftasting van ten minste één van een hoofd van een patiënt en I

I een nek van de patiënt, het ontvangen van gegevens met betrekking tot I

I een tweede energiespectrum van de aftasting en het genereren van een I

I plaats van een identificerende ligand gebaseerd op de ontvangen gege- I

I 35 vens. I

I Volgens nog een ander aspect wordt een multi-energiecomputer- I

I tomografiesysteem (MECT) verschaft. De MECT bevat een stralingsbron, I

I een stralingsdetector en een computer die is verbonden met de stra- I

I lingsbron en de stralingsdetector. De computer is ingericht voor het I

I 40 ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste energiespectrum I

I 1 0246 8 § I

- 3 - van een aftasting van ten minste één van een hoofd van een patiënt en een nek van de patiënt, het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede energiespectrum van de aftasting en het detecteren van een gelabeld geneesmiddel gebaseerd op de ontvangen gegevens.

5 Volgens een ander aspect wordt een multi-energiecomputer- tomografiesysteem (MECT) verschaft. De MECT bevat een stralingsbron, een stralingsdetector en een computer die is verbonden met de stralingsbron en de stralingsdetector. De computer is ingericht voor het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste energiespectrum 10 van een aftasting van een hoofd van een patiënt, het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede energiespectrum van de aftasting, het genereren van een plaats van een geïdentificeerde ligand met een affiniteit voor een neurotransmitter die is vrijgegeven door een specifieke receptor van een gelabeld geneesmiddel, gebaseerd op de 15 ontvangen gegevens, en het detecteren van een gelabeld geneesmiddel, gebaseerd op de ontvangen gegevens voor het gelijktijdig bewaken van de verdeling van het gelabelde geneesmiddel en de concentratie van de neurotransmitter.

20 KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENING

Figuur 1 is een beeldaanzicht van een MECT-beeldvormingssys- steem.

Figuur 2 is een blokschema van het in figuur 1 geïllustreerde 25 systeem.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING VAN DE UITVINDING

De werkwijzen en inrichtingen die hierin worden beschreven, 30 spreken de detectie en diagnose van afwijkingen aan in de hoofd- en nekgebieden van een patiënt door het gebruikmaken van nieuwe benaderingen die gebruikmaken van de basiseigenschappen van de wisselwerking tussen de röntgenstralen en het materiaal. Voor elke straalbaan worden een aantal metingen met verschillende gemiddelde röntgenstraalener-35 gieën verworven. Zoals hieronder in meer detail wordt toegelicht wordt, als basismateriaaldecompositie (HMD) en Compton- en foto-elektrische decompositie op deze metingen worden uitgevoerd, extra informatie verkregen die een verbeterde nauwkeurigheid en karakterisering mogelijk maakt.

1 024 6 89 - 4 -

In sommige bekende CT-beeldvormingssysteemconfiguraties projecteert een röntgenstraalbron een waaiervormige bundel die wordt gecol-limeerd om te liggen binnen een X-Y vlak van een Cartesiaans coördinatensysteem, waarnaar in het algemeen wordt verwezen als een "beeldvor-5 mingsvlak". De röntgenstraalbundel gaat door een object dat wordt afgebeeld, zoals een patiënt. De bundel, nadat deze door het object is gedempt, valt in op een reeks stralingsdetectoren. De intensiteit van de gedempte stralingsbundel die wordt ontvangen op de detectorreeks is afhankelijk van de demping van een röntgenstraalbundel door het ob-10 ject. Elk detectorelement van de reeks produceert een afzonderlijk elektrisch signaal dat een meting vormt van de bundelintensiteit op de plaats van de detector. De intensiteitmetingen van alle detectoren worden afzonderlijk verworven voor het produceren van een transmissie-profiel.

15 In CT-systemen van de derde generatie worden een röntgenstraal- I bron en de detectorreeks geroteerd met een portaal binnen het beeld- I vormingsvlak en rond het object dat moeten worden afgebeeld, zodanig I dat de hoek waaronder de röntgenstraalbundel het object doorsnijdt, I constant verandert. Een groep röntgenstraaldempingsmetingen, d.w.z.

20 projectiegegevens, van de detectorreeks onder één portaalhoek wordt I aangeduid als een "aanzicht". Een "aftasting" van het object omvat een I stel aanzichten die zijn gemaakt onder verschillende portaalhoeken, of I zichthoeken, gedurende één omwenteling van de röntgenstraalbron en de I detector.

I 25 Bij een axiale aftasting worden de projectiegegevens verwerkt I voor het vormen van een beeld dat overeenkomt met een tweedimensionale I schijf genomen door het object. Een werkwijze voor het reconstrueren van een beeld uit een stel projectiegegevens wordt in de techniek I aangeduid als de gefilterde terugprojectietechniek. Dit proces zet de I 30 dempingsmetingen van een aftasting om in gehele getallen die "CT- nummers" of "Hounsfield-eenheden" (HU) worden genoemd, die worden ge- I bruikt voor het besturen van de helderheid van een bijbehorend I beeldelement op een kathodestraalbuisscherm.

I Voor het verminderen van de totale aftasttijd kan een 35 "schroefvormige" aftasting worden uitgevoerd. Voor het uitvoeren van

I een "schroefvormige" aftasting, wordt de patiënt verplaatst terwijl de I

I gegevens voor het voorgeschreven aantal schijven worden verworven. Een I

I dergelijk systeem genereert een enkele schroeflijn uit een schroefvor- I

I mige aftasting van de waaiervormige bundel. De schroeflijn die wordt I

I :024680 - 5 - afgeheeld door de waaierbundel levert projectiegegevens waaruit beelden in elke voorgeschreven schijf kunnen worden gereconstrueerd.

Reconstructiealgoritmes voor schroefvormige aftasting maken typisch gebruik van schroefvormige weegalgoritmes die de verzamelde 5 gegevens wegen als een functie van de zichthoek en de detectorkanaal-index. In het bijzonder, voorafgaand aan een gefilterd terugprojectie-proces, worden de gegevens gewogen volgens een schroefvormige weegfactor, die een functie is van zowel de portaalhoek als de detectorhoek. De gewogen gegevens worden dan verwerkt voor het genereren van ΟΤΙ 0 nummers en voor het vormen van een beeld dat overeenkomt met een tweedimensionale schijf die door het object is genomen.

Voor het verder verminderen van de totale verwervingstijd is meer-schijven-CT geïntroduceerd. In meer-schijven-CT worden een aantal rijen projectiegegevens op enig moment tegelijk verworven. Indien 15 gecombineerd met de schroefvormige aftastmode, genereert het systeem een enkele schroeflijn van kegelbundelprojectiegegevens. Soortgelijk aan de schroefvormige weegmethode voor een enkele schijf kan een methode worden afgeleid voor het vermenigvuldigen van het gewicht met de projectiegegevens voorafgaand aan het algoritme van de gefilterde 20 terugprojectie.

Zoals hierin gebruikt, dient te worden begrepen dat een element of stap die in enkelvoud is vermeld en die voorafgegaan wordt door het woord "een” niet een aantal van genoemde elementen of stappen uitsluit, tenzij een dergelijke uitsluiting expliciet is vermeld. Verder 25 zijn verwijzingen naar "een uitvoeringsvorm" van de onderhavige uitvinding niet bedoeld om te worden uitgelegd als het uitsluiten van de aanwezigheid van aanvullende uitvoeringsvormen die ook de vermelde kenmerken bevatten.

Ook zoals hierin gebruikt, is de frase "reconstrueren van een 30 beeld" niet bedoeld om uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding uit te sluiten, waarbij gegevens die een beeld representeren worden gegenereerd maar geen zichtbaar beeld. Veel uitvoeringsvormen genereren echter (of zijn ingericht voor het genereren van) ten minste een zichtbaar beeld.

35 Hierin worden werkwijzen en inrichtingen beschreven voor het detecteren van structurele, perfusie- en functionele afwijkingen van het hoofd- en nekweefsel en beenderen gebruikmakend van een ener-gieonderscheidend (ook bekend als multi-energie) computertomografie-systeem (MECT). Eerst wordt een MECT-systeem 10 beschreven, gevolgd 40 door hoofd- en nektoepassingen gebruikmakend van het MECT-systeem 10.

! 324689 I - 6 - I Energieonderscheidend(multi-energie)-CT-systeem 10 I Onder verwijzing naar de figuren 1 en 2 is een multi-energie- I 5 multi-schijvenaftastbeeldvomingssysteem, bijvoorbeeld een multi-ener- I giecomputertomografiebeeldvormingssysteem (MECT) 10 getoond, bevat- I tende een portaal 12 dat representatief is voor een CT-beeldvormings- I systeem van de "derde generatie". Het portaal 12 heeft een röntgen- I straalbron 14 die een bundel röntgenstralen 16 projecteert naar een I 10 detectorreeks 18 aan de tegenoverliggende zijde van het portaal 12. De I detectorreeks 18 is gevormd door een aantal detectorrijen (niet ge- toond) bevattende een aantal detectorelementen 20 die tezamen de geprojecteerde röntgenstralen meten die door een object gaan, zoals een medische patiënt 22. Elk detectorelement 20 produceert een elek- I 15 trisch signaal dat de intensiteit representeert van een invallende I röntgenstraalbundel en dus kan worden gebruikt voor het schatten van H de demping van de bundel als deze door het object of de patiënt 22 H gaat. Gedurende een aftasting voor het verkrijgen van röntgenstraal- I projectiegegevens draaien het portaal 12 en de daarin bevestigde 20 onderdelen rond een rotatiemidden 24. Figuur 2 toont slechts een enkele rij detectorelementen 20 (d.w.z. een detectorrij). De meer- I schijvendetectorreeks 18 bevat echter een aantal parallelle detector- I rijen van detectorelementen 20 zodanig dat projectiegegevens die behoren bij een aantal quasi-parallelle of parallelle schijven tege- 25 lijk gedurende een aftasting kunnen worden verkregen.

H Rotatie van de onderdelen op het portaal 12 en het bedrijven van H de röntgenstraalbron 14 worden bestuurd door een besturingsmechanisme H 26 van het CT-systeem 10. Het besturingsmechanisme 26 bevat een rönt- H genstraalbesturingseenheid 28 die vermogen- en tijdbepalingsignalen 30 toevoert aan de röntgenstraalbron 14, en een portaalmotorbesturings- I eenheid 30 die de rotatiesnelheid en de positie van de onderdelen op het portaal 12 bestuurt. Een gegevensverwervingssysteem (DAS) 32 in I het besturingsmechanisme 26 bemonstert analoge gegevens van de detec- torelementen 20 en zet de gegevens om in digitale signalen voor 35 volgende verwerking. Een beeldreconstructie-inrichting 34 ontvangt bemonsterde en gedigitaliseerde röntgenstraalgegevens van DAS 32 en voert een hogesnelheidbeeldreconstructie uit. Het gereconstrueerde beeld wordt als een ingangssignaal toegevoerd aan een computer 36 die het beeld in een opslaginrichting 38 bewaart. De beeldreconstructie-, I 1024 6 8 9 - 7 - inrichting 34 kan gespecialiseerde apparatuur zijn of computerprogramma's die op de computer 36 worden uitgevoerd.

De computer 36 ontvangt ook opdrachten en aftastparameters van een bedieningspersoon via het bedieningspaneel 40 dat een toetsenbord 5 heeft. Een bijbehorend kathodestraalbuisscherm 42 stelt de bedienings-persoon in staat het gereconstrueerde beeld en andere gegevens van de computer 36 waar te nemen. De door de bedieningspersoon toegevoerde opdrachten en parameters worden door de computer 36 gebruikt voor het verschaffen van besturingssignalen en informatie aan de DAS 32, de 10 röntgenstraalbesturingseenheid 28 en de portaalmotorbesturingseenheid 30. Bovendien bedient, de computer 36 een tafelmotorbesturingseenheid 44 die een gemotoriseerde tafel 46 bestuurt voor het positioneren van de patiënt 22 in het portaal 12. In het bijzonder verplaatst de tafel 46 delen van de patiënt 22 door de portaalopening 48.

15 In een uitvoeringsvorm bevat de computer 36 een inrichting 50, bijvoorbeeld een flexibele-schijfaandrijfeenheid of CD-ROM aandrijf-eenheid, voor het lezen van instructies en/of gegevens uit een computer leesbaar medium 52, zoals een flexibele schijf of CD-ROM. In een andere uitvoeringsvorm voert de computer 36 instructies uit die worden 20 bewaard in programmatuur-in-apparatuur (niet getoond). De computer 36 is geprogrammeerd voor het uitvoeren van de hierin beschreven functies en zoals hierin gebruikt is de term computer niet beperkt tot juist die geïntegreerde schakelingen waarnaar in de techniek wordt verwezen als computers, maar refereert in brede zin aan computers, verwerkings-25 eenheden, microbesturingseenheden, microcomputers, programmeerbare logische besturingseenheden, toepassingspecifieke geïntegreerde schakelingen en andere programmeerbare schakelingen en deze termen worden hierin verwisselbaar gebruikt. Het CT-beeldvormingssysteem 10 is een energieonderscheidend (ook bekend als multi-energie) computertomogra-30 fiesysteem (MECT) doordat het systeem 10 is ingericht om te reageren op verschillende röntgenstraalspectra. Dit kan worden bewerkstelligd met een gebruikelijk CT-systeem van de derde generatie voor het in opeenvolging verwerven van projecties bij verschillende röntgenstraal-buispotentialen. Bijvoorbeeld, worden twee aftastingen verworven ofwel 35 rug-aan-rug ofwel verweven, waarbij de buis werkt op een potentiaal van bijvoorbeeld 80 kVp en 160 kVp. Als alternatief worden speciale filters geplaatst tussen de röntgenstraalbron en de detector, zodanig dat verschillende detectorrijen projecties van verschillende röntgen-straalenergiespectra verzamelen. Als alternatief kunnen de speciale 40 filters die het röntgenstraalspectrum vormen, worden gebruikt voor 1 024 6 89.

I - 8 - I twee aftastingen die ofwel rug-aan-rug ofwel verweven worden verkre- I gen. Nog een andere uitvoeringsvorm is het gebruikmaken van energiege- voelige detectoren, zodanig dat elk röntgenstraalfoton dat de detector I bereikt met de fotonenergie daarvan wordt geregistreerd. Hoewel de I 5 hierboven vermelde specifieke uitvoeringsvorm refereert aan een ΟΤΙ systeem van de derde generatie zijn de methoden die hierin zijn be- I schreven gelijkelijk toepasbaar op CT-systemen van de vierde generatie I (stationaire detector-roterende röntgenstraalbron) en CT-systemen van I de vijfde generatie (stationaire detector en röntgenstraalbuis).

10 Energieonderscheidende CT (MECT) kan de problemen die optreden bij gebruikelijke CT (ontbreken van energieonderscheiding en materi- I aalkarakterisering) verminderen of geheel wegnemen. Bij afwezigheid I van objectverstrooiing behoeft het systeem 10 slechts twee gebieden I van het fotonenergiespectrum te detecteren: delen van lage energie en 15 hoge energie van het invallende röntgenstraalspectrum. Het gedrag bij H elke andere energie kan worden afgeleid, gebaseerd op het signaal van H de twee energiegebieden. Dit verschijnsel is gebaseerd op het funda- mentele feit dat in het energiegebied waarin medische CT is geïnteres- seerd, twee fysische processen de röntgenstraaldemping overheersen: I 20 (1) Compton-verstrooiing en (2) het foto-elektrische effect. Teneinde I het gedrag van een object onder röntgenstraaldemping te karakterise- ren, behoeven slechts twee onafhankelijke parameters te worden geme- ten. De gedetecteerde signalen van de twee energiegebieden verschaffen dus voldoende informatie die kan worden gebruikt voor het oplossen van 25 de energieafhankelijkheid van het object dat wordt afgebeeld.

De gegevensanalyse die bij MECT wordt gebruikt, omvat Compton- I en foto-elektrische decompositie:

In plaats van het verkrijgen van een algehele dempings- I coëfficiënt zoals bij gebruikelijke CT-beelden wordt met de MECT 10 30 een paar beelden verkregen die afzonderlijk dempingen representeren van Compton- en foto-elektrische processen. Ook kan een geringe wijziging in het algoritme resulteren in beelden die effectieve Z en dichtheid representeren.

I 1024689 - 9 -

Basismateriaaldecompositie (BMD):

Deze methode is gebaseerd op het concept dat de rönt-genstraaldemping (in het energiegebied van medische CT) van een 5 gegeven materiaal kan worden gerepresenteerd door een juiste dicht-heidsverhouding van andere twee gegeven materialen. Deze twee materialen worden de basismaterialen genoemd. Door middel van BMD kunnen twee CT-beelden worden verkregen die elk de equivalente dichtheid van één van de basismaterialen representeren. Aangezien de dichtheid 10 onafhankelijk is van de röntgenstraalfotonenergie zijn deze beelden van nature vrij van bundelverhardingsartefacten. Ondertussen is er de keuzemogelijkheid van het kiezen van het basismateriaal dat is gericht op een bepaald materiaal van interesse, waardoor het beeldcontrast wordt verhoogd.

15 Het dient te worden opgemerkt dat teneinde een multi-energie-CT- systeem te optimaliseren, hoe groter de spectrascheiding is, hoe beter de beeldkwaliteit is. Ook moeten de fotonstatistieken in deze twee energiegebieden soortgelijk zijn, omdat anderszins het slechtere statistische gebied de beeldruis zal overheersen.

20 Er zijn verschillende methoden voor het verkrijgen van multi- energiemetingen: (1) aftasten met twee onderscheiden energiespectra, (2) het detecteren van fotonenergie volgens de indringingsdiepte in de detector, en (3) fotontelling. Fotontelling verschaft duidelijke spectrascheiding en een instelbaar energiescheidingspunt voor het 25 balanceren van fotonstatistieken.

Hoofd- en nektoepassingen van energieonderscheiding gebruikmakend van een multi-energie-CT-systeem 10.

30 De onderhavige uitvinding past het bovenstaande principe toe op hoofd- en nekstudies. In het bijzonder wordt het MECT-systeem 10 gebruikt voor het produceren van CT-beelden met het volgende stel karakteristieken: (A) Verbeterde nauwkeurigheid van CT-nummers door het uitvoeren 35 van een betere bundelverhardingscorrectie. Dit maakt het mogelijk kwantitatieve studies uit te voeren op beelden van het hoofd. Eén van de sleuteltoepassingen voor dit kenmerk is de perfusiestudie. Zoals in de techniek bekend is, meten perfusiestudies het celebrale bloedvo-lume, de celebrale bloedstroom, en de gemiddelde doorgangstijd voor 40 het onderscheiden van te redden weefsel van door een infarct aange-

102468Q

- 10 - taste weefsels. De meting wordt uitgevoerd door het constant bewaken van de CT-nummerveranderingen in contrastverbeterde hersenstudies. Als de nauwkeurigheid van het CT-nummer is verbeterd, verbetert ook de nauwkeurigheid van de perfusiemetingen.

5 (B) Verbeterde grijs-witmateriecontrast door het uitvoeren van

Compton- en fotoelektrische decompositie. Het is in de techniek bekend dat een prestatieparameter voor CT-aftastingen van het hoofd de differentiatie is tussen grijze en witte materie in de hersenen. De waarschijnlijkheid van fotoelektrische wisselwerking, Pfotoeiektriech is even-10 redig met de derde macht van het atoomnummer Z. Bijgevolg leveren weefsels met kleinere verschillen in atoomnummers een groter verschil in de waarschijnlijkheden van fotoektrische effecten. Dit resulteert op zijn beurt in verschillende absorptie van röntgenstraalfotonen en leidt tot een groter contrast tussen verschillende weefsels.

15 (C) Verminderde beeldartefacten door het verbeteren van de I bundelverhardingscorrecties voor beenderen. Voor het aftasten van het

I hoofd vormen beenderen een bron van fouten bij het nauwkeurig schatten I

van de projecties. Dit leidt tot schaduw- en streepartefacten, alsmede I

onnauwkeurigheid van de CT-nummers. Door gebruik te maken van een I

I 20 aantal energieën en BMD, kan de bundelverhardingsuitwerking in hoofden I

I en nekken van patiënten worden verminderd of worden weggenomen, afhan- I

I kelijk van de nauwkeurigheid van BMD. Dit leidt tot verminderde I

B beeldartefacten en een betere nauwkeurigheid van de CT-nummers. I

B (D) Mogelijkheid van het uitvoeren van weefselkarakterisering. I

B 25 Gebruikmakend van het principe van BMD is er een verhoogde waarschijn- I

B lijkheid dat verschillende aangetaste weefsels kunnen worden geclassi- I

B ficeerd en gescheiden. De mogelijkheid om te onderscheiden tussen I

B hersenweefsels kan worden gebruikt voor het identificeren, meten, I

B diagnostiseren en bewakingstherapie voor hersenziektes, zoals Multiple I

B 30 Sclerose (MS) en Alzheimer ziekte (AD). De afmeting en het aantal I

B witte materielaesies in de hersenen kan worden gemeten, gebruikmakend I

B van de MECT 10. De MECT 10 levert een verbeterd ruimtelijk oplossend I

B vermogen boven traditionele metingen door middel van magnetische I

B resonantiebeeldvorming (MRI) en zal intensiteits- en vormschaalarte- I

B 35 facten die in MRI-aftasting aanwezig zijn, vermijden. Het detecteren I

B en het opvoeren van de Alzheimer ziekte (AD) kan ook worden uitgevoerd I

B door middel van geautomatiseerde en semi-geautomatiseerde kwantita- I

B tieve analyse van MECT. Gebruikmakend van MECT 10 voor het kwantita- I

tief meten van het volume van hersenatropie in globale hersenstructu- I

I 40 ren (bijvoorbeeld CSF, grijze/witte materie, intracraniale holte) of I

I 1024689 - 11 - in hersensubstructuren (bijvoorbeeld ventrikels, laterale ventrikels, hippocampus, amygdala, Entorhinale Cortex) verschaft zeer nauwkeurige AD klinische meethulpmiddelen. Gebruikmakend van volumemetingen van hersenstructuren is het mogelijk om te onderscheiden tussen normale 5 subjecten, individuen met milde cognitieve beschadiging en individuen met AD. Het stadium van de ziekte wordt vastgesteld met ofwel een enkele aftasting, ofwel door gebruik te maken van een aantal aftastingen in de loop van de tijd en het meten van veranderingen in het volume van de hersenstructuren.

10 (E) Verbeterde detectie en classificatie van kankerachtige laesies. Door het gebruikmaken van de differentiële dempingskarakte-ristieken van het normale en het abnormale weefsel (zoals kankerachtige en niet-kankerachtige laesies) voor verschillende energiespectra van röntgenstralen bij MECT 10, kunnen kleinere abnormale knobbeltjes 15 in de hersenen worden gedetecteerd. Bovendien wordt het classificeren van het gedetecteerde abnormale weefsel als kankerachtig of · nietkankerachtige laesies en het opvoeren van de kankerachtige laesies mogelijk gemaakt.

(F) Het identificeren van liganden met affiniteit en specifici-20 teit voor specifieke hersenreceptoren, zoals dopamine- of serotoninereceptoren van het centraal zenuwstelsel (CNS), met media die ionen bevatten van elementen die door CT detecteerbaar zijn. MECT verbetert het detecteren van contrastverbeterende media die binden met neurotransmitters of andere verbindingen met een hoge affiniteit en selec-25 tiviteit voor specifieke receptoren en maakt daardoor de diagnose mogelijk van chemische onbalans en/of neuronale disfunctie. Dit kan worden uitgebreid van diagnose tot prognose en/of behandeling. Een arts kan de doelmatigheid van therapeutische geneesmiddelen volgen door het labellen van de geneesmiddelen die gericht zijn op specifieke 30 receptoren met de hiervoor vermelde liganden die contrastmiddelverbin-dingen bevatten. MECT 10 verbetert het detecteren van het "gelabelde" geneesmiddel en maakt dus het bewaken mogelijk van de doelmatigheid van een behandeling. Verder kunnen verschillende contrastmiddelverbin-dingen worden gebruikt bij het identificeren van de geneesmiddelmole-35 culen en de receptor- en/of neurotransmitterliganden. In deze uitvoeringsvorm wordt de MECT 10 gebruikt om te onderscheiden tussen verschillende contrastmiddelen en maakt deze dus een gelijktijdige bewaking mogelijk van de geneesmiddelverdeling en de uitwerking van het geneesmiddel op de kinetica van de receptoren waarop deze is gericht 4Ö en/of de verdeling en concentratie van de neurotransmitters. Meer 1024089

I - 12 - I

I nauwkeurige bewaking van de geneesmiddeltoediening en werkzaamheid kan I

I leiden tot kortere geneesmiddelontwikkelingscycli. I

I (G) MECT 10 in combinatie met het gebruik van contrastmiddelen, I

I die antilichamen identificeren en/of andere middelen die zijn gericht I

I 5 op specifieke tumoren, hebben het potentieel van het verbeteren van I

I het onderscheid tussen tumoren en normaal weefsel, en verbetert dus de I

I diagnose. Opnieuw kan deze toepassing worden uitgebreid voor behande- I

I ling en/of prognose. Geneesmiddeltoedieningssystemen kunnen ook worden I

gebonden aan tumorspecifieke liganden. De verbeterde beeldkwaliteit en I

I 10 gevoeligheid die met MECT wordt bereikt, heeft het potentieel van I

beeldvorming van de verdeling van de geneesmiddeltoedieningssystemen. I

I In een uitvoeringsvorm wordt het geneesmiddeltoedieningssysteem geac- I

tiveerd door röntgenstraal- en/of door andere middelen voor het vrij- I

I geven van de therapeutische inhoud daarvan op een zeer plaatsgebonden I

I 15 en precieze wijze die door MECT mogelijk wordt gemaakt. I

I (H) MECT 10 maakt een betere plaquekarakterisering mogelijk I

I indien gebruikt bij het aftasten van carotidearteriën. In sommige I

klinische toepassingen die gebruikmaken van een gebruikelijke CT- I

I aftastinrichting, hoewel de gebruikelijke CT-aftastinrichting in staat I

I 20 is tot het detecteren van de aanwezigheid van plaques in de carotide- I

I arteriën, is het vaak moeilijk en/of onmogelijk de plaques te onder- I

scheiden in termen van stabiele en niet-stabiele plaques. Door gebruik I

I te maken van BMD kunnen de karakteristieken van de plaques worden I

I geïdentificeerd en juiste behandelingen worden gegeven. I

I 25 (I) MECT 10 maakt een betere visualisatie mogelijk van concussie I

I van de ondersteunende structuren in de nek en breuk van beenderen van I

I het hoofd en de nek, zoals bij sportletsels. In sommige klinische I

I praktijken die gebruikmaken van een gebruikelijke CT-aftastinrichting, I

I hoewel de gebruikelijke CT-aftastinrichting in staat is tot het detec- I

I 30 teren van concussie en fracturen in de nek en het hoofd, is het vaak I

I moeilijk om de normale variaties in de structuur te onderscheiden van I

I bepaalde letsels, zoals microfracturen en scheuring van het kraakbeen. I

I Door gebruik te maken van BMD en het verschaffen van een beenderbeeld I

I met zachte weefsels verwijderd, kunnen hoofd- en nekletsels beter I

35 worden geïdentificeerd en juiste behandelingen worden gegeven. I

I (K) MECT 10 maakt een betere detectie mogelijk van abnormale I

I groei op beenderen, zoals metastatische beenderlaesies in de nek en de I

I schedel. In sommige klinische praktijken die gebruikmaken van een I

I gebruikelijke CT-aftastinrichting, hoewel de gebruikelijke CT-aftast- I

I 40 inrichting in staat is tot het detecteren van concussie en fracturen I

I 1024689 I

- 13 - in de nek en het hoofd, is het vaak moeilijk om de normale variaties in de structuur te onderscheiden van bepaalde letsels, zoals microf-racturen en scheuring van kraakbeen. Door gebruik te maken van BMD en het verschaffen van een beenderbeeld met zachte weefsels verwijderd, 5 kan abnormale groei op beenderen van de nek en het hoofd beter worden geïdentificeerd en juiste behandelingen worden gegeven.

Terwijl de uitvinding is beschreven in termen van verscheidene specifieke uitvoeringsvormen zal de vakman erkennen dat de uitvinding in de praktijk kan worden gebracht met wijzigingen binnen de geest en 10 het kader van de conclusies.

15 1024689

Claims

1. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevat- I I tende: I I een stralingsbron (14); I I een stralingsdetector (20); en I I 5 een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron I I en genoemde stralingsdetector, waarbij de computer is ingericht voor: I I het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste ener- I giespectrum van een aftasting van een hoofd van een patiënt; I I het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede I I 10 energiespectrum van een aftasting van het hoofd; het genereren van I I een beeld van ten minste één van een cerebraal bloedvolume van de I I patiënt en een cerebrale bloedstroom van de patiënt; en I I het berekenen van een gemiddelde doorgangstijd van de cere- I I brale bloedstroom, gebaseerd op de ontvangen gegevens. I I 15 I

2. Een MECT-systeem (10) volgens conclusie 1, waarbij genoemde I I computer (36) is ingericht voor het uitvoeren van een Compton- en I I fotoelektrische decompositie van de ontvangen gegevens voor het I verschaffen van een verbeterd contrast tussen grijze en witte materie I I 20 in de hersenen. I

3. Een MECT-systeem (10) volgens een van de voorafgaande conclu- I I sies, waarbij genoemde computer (36) verder is ingericht voor het I I uitvoeren van een basismateriaaldecompositie (6MD) van de ontvangen I I 25 gegevens voor het meten van een volume van hersenatropie in een I I globale hersenstructuur. I

4. Een MECT-systeem (10) volgens een van de voorafgaande conclu- I sies, waarbij genoemde computer (36) verder is ingericht voor het I I 30 uitvoeren van een basismateriaaldecompositie (BMD) van de ontvangen I I gegevens om te onderscheiden tussen een toestand van milde cognitieve I I aantasting van de patiënt en een toestand van Alzheimer ziekte (AD) , I I van de patiënt. I I 35 5. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevat- I I tende: I I een stralingsbron (14); I I een stralingsdetector (20); en I I 1024689 - 15 - een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron en genoemde stralingsdetector, waarbij genoemde computer is ingericht voor: het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste 5 energiespectrum van een aftasting van ten minste één van een hoofd van een patiënt en een nek van de patiënt; het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede energiespectrum van de aftasting; en het genereren van een plaats van een identificerende ligand 10 gebaseerd op de ontvangen gegevens.

6. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevattende : een stralingsbron (14); 15 een stralingsdetector (20); en een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron en genoemde stralingsdetector, waarbij genoemde computer is ingericht voor: het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste 20 energiespectrum van een aftasting van ten minste één van een hoofd van een patiënt en een nek van de patiënt; het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede energiespectrum van de aftasting; en het detecteren van een gelabeld geneesmiddel, gebaseerd op de 25 ontvangen gegevens.

7. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevattende : een stralingsbron (14); 30 een stralingsdetector (20); en een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron en genoemde stralingsdetector, waarbij genoemde computer is ingericht voor: het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste 35 energiespectrum van een aftasting van een hoofd van een patiënt; het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede energiespectrum van de aftasting; en het genereren van een plaats van een geïdentificeerde ligand met een affiniteit voor een neurotransmitter die wordt vrijgegeven 1024689 I - 16 - I door de receptoren van een specifiek gelabeld geneesmiddel/ gebaseerd I op de ontvangen gegevens; en I het detecteren van een gelabeld geneesmiddel/ gebaseerd op de I ontvangen gegevens voor het tegelijk bewaken van de verdeling van het I 5 gelabelde geneesmiddel en een concentratie van de neurotransmitter.

8. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevat- tende: een stralingsbron (14); I 10 een stralingsdetector (20); en I een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron I en genoemde stralingsdetector, waarbij genoemde computer is ingericht voor: het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste I 15 energiespectrum van een aftasting van een hoofd van een patiënt; I het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede . energiespectrum van de aftasting; en I I het uitvoeren van een basismateriaaldecompositie (BMD) van de ontvangen gegevens voor het karakteriseren van een plaque in een I I 20 carotidearterie. I

9. Een multi-energiecomputertomografie(MECT)systeem (10), bevat- I tende: I I een stralingsbron (14); I I 25 een stralingsdetector (20); en I een computer (36) die is verbonden met genoemde stralingsbron I I en genoemde stralingsdetector, waarbij genoemde computer is ingericht I I voor: I het ontvangen van gegevens met betrekking tot een eerste I 30 energiespectrum van een aftasting van een hoofd van een patiënt; I I het ontvangen van gegevens met betrekking tot een tweede I I energiespectrum van de aftasting; en I het classificeren van weefsel als kankerachtig en niet-kanker- I achtig, gebaseerd op de ontvangen gegevens. I I 35 '024689 - 17 - ONDERDELENLIJST

10 MECT beeldvormingssysteem

12 Portaal

14 Stralingsbron

16 Kegelbundel van röntgenstralen

18 Detectorreeks

20 Detector

22 Patiënt/object binnen gezichtsveld (FOV)

24 Centrum van rotatie

26 Besturingsmechanisme

28 Stralingsbesturingseenheid

30 Portaalmotorbesturingseenheid

32 Gegevensverwerkingssysteem (DAS) "34 Beeldreconstructie-inrichting

36 Computer

38 Massaopslaginrichting

40 Bedieningspaneel

42 Scherm

44 Tafelmotorbesturingseenheid

46 Gemotoriseerde tafel

48 Portaalopening

50 Inrichting

52 Computerleesbaarmedium 5 10 15 1 0 2 46 8-9