TWI458467B - 動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法 - Google Patents

Description

動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法

　　本發明係有關於一種動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法，尤其是指一種於假體注入顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液），以觀察顯影溶液於假體所模擬之人體器官系統（例如：消化道系統、呼吸系統等）內流動、聚積的情形，進而用以模擬身體組織對於顯影溶液的反應活動，以及評估結合放射性或對比劑物質的藥物在特定器官系統內的干擾作用情形者。

　　按，放射線治療為治療癌症的主要方法之一；在傳統放射治療中，常面臨無法完全將放射線限制在腫瘤範圍內之問題，導致利用放射線殺死腫瘤細胞的同時，腫瘤周圍的正常組織亦不免受到一些放射劑量傷害，導致當腫瘤所需劑量愈高時，正常組織所受放射線劑量亦隨之升高，造成臨床治療上有時為了不想使正常組織和重要器官受到太多放射線劑量，而降低投予腫瘤的放射線劑量；惟，如此將造成腫瘤細胞無法得到足夠的致死劑量，進而影響整體放射治療之效果。

　　目前用以觀察腫瘤細胞與評估放射線治療效果之方法從傳統之解剖結構及生理參數成像，進步到針對組織及細胞層次之生物表現造影；再者，臨床上有許多病況，往往解剖組織外觀尚未發生變化，但該部位的血流、細胞活性及新陳代謝已經有變化了，此時利用醫學影像檢查即可更早偵測到病灶的存在；同時，醫學影像隨著造影技術及顯影劑或核醫藥物的發展，也大大地改善了成像造影的解析度，達到具非侵入性、高精密度之功能性造影。

　　一般而言，醫學造影之技術可大致分為磁性與光性造影兩種；其中磁性造影包括有核磁共振成像（ＭＲＩ），係利用特定的射頻無線電波脈衝，激發人體組織內的氫原子核，並改變其旋轉排列方向；而當氫原子核將所吸收的能量釋放，將產生一電磁波信號，經由電腦分析組合即產生一核磁共振醫學影像；而另一類光學造影包括有電腦斷層造影（ＣＴ）、正子斷層造影（ＰＥＴ）以及單光子電腦斷層掃描（ＳＰＥＣＴ）等；其中，正子斷層造影以及單光子電腦斷層掃描係將放射性同位素（即顯影劑）注射於生物體內，再利用偵測儀（例如：γ攝影機）將放射物的分佈進行偵測造影，其對生物體內生理反應的分子交互作用或組織形態診斷上的表現較為優越，使其兩者廣被應用在臨床中，以期在生物體發生解剖病理缺損前可先偵測出生化功能改變之目的。

　　然，利用正子斷層造影以及單光子電腦斷層掃描檢測人體於目前技術上仍具有以下缺失；由於放射性物質在進入體內後，常被人體代謝而無法達到顯影之功效，亦或是即使到達標的位置，也必須累積一定數目的顯影劑才能達到顯影的效果；因此，為達到理想的局部影像比對效果，必需準確地給予顯影劑的種類與其使用劑量，使得患者在負擔最輕微的情形下能獲得最佳的影像品質；然，此種作法於臨床上較難以測試實施，使得患者處於被高濃度放射性同位素毒害的風險中；此外，正子斷層造影相較單光子電腦斷層掃描而言，其影像品質與解析度皆相對較佳，但由於正子斷層造影的藥劑與機器成本較高，且醫院設置點較少，再加上單光子電腦斷層掃描又受限其結構上的設計，無法進行與正子斷層造影相似的動態斷層攝影，使得藉由單光子電腦斷層掃描無法達到精確、清晰且具動態的斷層造影。

　　是故，本發明鑑於上述之缺點，提供一種動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法，尤其是指一種於假體注入顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液），以觀察顯影溶液於假體所模擬之人體器官系統（例如：消化道系統、呼吸系統等）內流動、聚積的情形，進而用以模擬身體組織對於顯影溶液的反應活動，以及評估結合放射性或對比劑物質的藥物在特定器官系統內的干擾作用情形者。

　　本發明之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置係包括有一容器以及一置於容器內之假體；於容器上端開口處設有一蓋體，蓋體係分別穿設有一第一入口以及一第一出口；假體係具有複數個容室，兩容室間係設有一彼此連通之通道，於最靠近容器底部之容室並連設有一第一管體，再於靠近蓋體之容室連設有一第二管體，其中第一、二管體係分別穿設蓋體。

　　此外，本發明之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置其較佳實施例，假體之容室數量係為五個，於最靠近容器底部為連設第一管體之第一容室，第一容室並以一垂直通道連接位於其上之第二容室，第二容室再分別以通道連接位於左、右端之第三容室與第四容室，並以一垂直通道連接位於其上之第五容室，第五容室係連設第二管體；其中容室之結構可為一球體，藉由顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液）與無顯影溶液分別前後注入第一～五容室，以模擬身體組織對於顯影溶液的反應活動，進而用以評估結合放射性或對比劑物質的藥物在特定器官系統內干擾作用情形；再者，容器之第一入口處貫設有一第三管體，並於第一出口處貫設有一第四管體，第三管體於容器內之出口高度係低於最靠近容器底部之第一容室的高度，而第四管體於容器內之出口高度係高於最靠近蓋體之第五容室的高度；第一入口係用以注入背景值之顯影溶液，顯影溶液經由第三管體流入容器，並藉由第四管體再透過第一出口排出，使得位於容器內部及假體外部之區域可用以模擬目標系統外的人體部位。

　　再者，本發明再提供一種動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗方法，其方法步驟包括：首先，將無顯影之生理食鹽水溶液分別由第一管體以及第一入口注入，使得假體的所有容室以及容器內皆充滿無顯影之生理食鹽水溶液；然後，將假體置放於斷層造影攝影機能偵測獲得影像訊號之位置處，並於顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液）開始注入後，擷取不同角度之斷層影像；其中，斷層造影攝影機可為核磁共振成像機（ＭＲＩ）、電腦斷層造影機（ＣＴ）、正子電腦斷層造影機(ＰＥＴ∕ＣＴ)或單光子電腦斷層掃描機（ＳＰＥＣＴ∕ＣＴ）其中之一；而於本實施例中，係以單光子電腦斷層掃描機之γ攝影機擷取影像訊號；接著，將第一顯影溶液由第一管體注入，同時亦將第二顯影溶液由第一入口注入，直到所有容室之第一顯影溶液濃度達到平衡後，即停止注入第一、二顯影溶液，其中第一、二顯影溶液係為相同物質，且第一、二顯影溶液可為放射性藥物溶液或對比劑溶液，同時第二顯影溶液之濃度係低於第一顯影溶液的５～１００倍；最後，再將無顯影之生理食鹽水溶液由第一管體注入，其注入時間係至少大於第一顯影溶液之注入時間後，即停止注入無顯影溶液。

　　於注入顯影溶液過程結束後，將單光子電腦斷層掃描機之γ攝影機所擷取之圖像利用濾波反投影 法重建影像，並再將原始圖像資料 分別以位移１８０度與９０度之方式，產生兩組內插的時間重組圖像，經電腦處理分析後即可呈現出顯影溶液與無顯影溶液在假體流動情形之動態造影；如此，可藉由假體模擬放射性藥物在人體器官系統（例如：消化道系統、呼吸系統等）內流動、聚積的情形，不僅可用以評估顯影溶液在受檢者體內的分佈與代謝情況，觀察人體器官系統的生理病理變化，以診斷疾病嚴重度之外，亦可用以輔助藥物開發上的設計，進而評估新藥之臨床效益。

　　本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。
　　首先，請參照第一～二圖所示，為本發明動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置之 較佳實施例，係包括有：
　　一容器（１），於其上端開口處設有一蓋體（１１），蓋體（１１）分別穿設有一第一入口（１１１）以及一第一出口（１１２）；以及
　　一假體（２），係容置於容器（１）內，並具有複數個容室（２１），兩容室（２１）間設有一彼此連通之通道（２２），於最靠近容器（１）底部之容室（２１）連設有一第一管體（２３），並於靠近蓋體（１１）之容室（２１）連設有一第二管體（２４），第一、二管體（２３）、（２４）係分別穿設蓋體（１１）；其中，假體（２）可為聚甲基丙烯酸甲酯聚合物(Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ　ｍｅｔｈａｒｙｌａｔｅ），ＰＭＭＡ)等非金屬材質所製作而成。
　　此外，於本較佳實施例中，假體（２）之容室（２１）數量係為五個，於最靠近容器（１）底部為連設第一管體（２３）之第一容室（２１１），第一容室（２１１）並以一垂直通道（２２）連接位於其上之第二容室（２１２），第二容室（２１２）再分別以通道（２２）連接位於左、右端之第三容室（２１３）與第四容室（２１４），並以一垂直通道（２２）連接位於其上之第五容室（２１５），第五容室（２１５）再連設有第二管體（２４）；值得注意的是，假體（２）的容室（２１）數量係依據欲模擬人體系統之部分而定，舉例而言，人體的消化道系統係由口腔、食道、胃、小腸以及大腸所組成，因此若欲模擬人體消化道系統之藥物干擾，其假體（２）之容室（２１）數量可為５個，如本實施例之假體（２）結構所示；又例如欲模擬人體呼吸系統之藥物干擾，其假體（２）之容室（２１）數量可為６個，即對應鼻腔、咽、喉、氣管、支氣管以及肺部６個器官；此外，容室（２１）之結構可為一球體、圓柱體、三角柱體等形狀，為避免注入假體之顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液）產生輻射流通死角的問題，本較佳實施例之容室（２１）結構係為一球體。
　　再者，容器（１）之第一入口（１１１）處貫設有一第三管體（２５），並於第一出口（１１２）處貫設有一第四管體（２６），第三管體（２５）於容器（１）內之出口高度係低於最靠近容器（１）底部之第一容室（２１１）的高度，而第四管體（２６）於容器（１）內之出口高度係高於最靠近蓋體（１１）之第五容室（２１５）的高度，在此係以容器（１）底部作為高度之起始位置；第三管體（２５）則用以注入背景值之放射性溶液，並藉由第四管體（２６）排出，用以模擬目標系統外的人體部位。
　　接著，請參閱第三圖所示，係為本發明動態斷層造影模擬藥物干擾之方法步驟流程圖，其係適用於上述之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置，包括有下列步驟：
　　A.注入無顯影溶液：將無顯影溶液分別由第一管體（２３）以及第一入口（１１１）注入，使得假體（２）的所有容室（２１）以及容器（１）內皆充滿無顯影溶液；其中，無顯影溶液可為生理食鹽水；
　　B.開始藉由斷層造影攝影機擷取影像訊號：將假體（２）置放於斷層造影攝影機能偵測並獲得放射性訊號之位置處，並於顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液）開始注入後，擷取不同角度之斷層影像；其中，斷層造影攝影機可為核磁共振成像機（ＭＲＩ）、電腦斷層造影機（ＣＴ）、正子電腦斷層造影機(ＰＥＴ∕ＣＴ)或單光子電腦斷層掃描機（ＳＰＥＣＴ∕ＣＴ）其中之一；而於本較佳實施例中，係以單光子電腦斷層掃描機之γ攝影機擷取影像訊號；γ攝影機之造影原理係利用γ射線通過準直儀（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）射入閃爍晶體（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ；ＮａＩ（Ｔ１)），進而引發閃爍光子，並將其閃爍光子訊號轉換成像的原理所製成的固定造影裝置，其結構及作用原理係為習用之技術，於此不再詳加贅述；其中，顯影溶液若為放射性藥物溶液係可選自氟—１８ (Ｆ—１８)、碳—１１（Ｃ—１１）、銅—６４ （Ｃｕ—６４）、鎝—９９ｍ (Ｔｃ—９９ｍ)、鎵—６７ (Ｇａ—６７)、鎵—６８（Ｇａ—６８）、銦—１１１(Ｉｎ—１１１)、碘—１２３(Ｉ—１２３)、碘—１２４（Ｉ—１２４）或碘—１３１(Ｉ—１３１)等放射核種其中之一，而本較佳實施例中係選自鎝—９９ｍ；
　　C.注入顯影溶液：將第一顯影溶液由第一管體（２３）注入，而第二顯影溶液由第一入口（１１１）注入，直到容室（２１）之第一顯影溶液濃度達到平衡後，即停止注入第一、二顯影溶液，其中第一、二顯影溶液係為相同物質，且第一、二顯影溶液可為放射性藥物溶液或對比劑溶液，而第二顯影溶液之濃度係低於第一顯影溶液５～１００倍；於本較佳實施例中，第一顯影溶液係為放射性活度１.４２ＭＢｑ∕ｍｌ的Ｔｃ-９９ｍ；值得注意的是，本步驟之注入顯影溶液，係用以模擬並觀察身體組織對於放射性藥物溶液或對比劑溶液的攝取與分佈活動情形；
　　D.再注入無顯影溶液：將無顯影之生理食鹽水溶液，以與步驟Ｃ同樣之注入流速由第一管體（２３）注入，其注入時間係至少大於步驟Ｃ之注入時間後，即停止注入無顯影溶液；而本步驟之注入無顯影溶液則是為了要模擬身體組織對於顯影溶液的反應活動，以及評估結合放射性或對比劑物質的藥物在特定器官系統內的干擾作用情形；以及
　　E.結束斷層造影攝影機擷取影像訊號：將所擷取影像訊號進行後續影像處理。
　　於實施使用時，將第一顯影溶液滴入顯色劑，以方便使用者目視觀察；於本較佳實施例中，單光子電腦斷層掃描機之γ攝影機係以每１０秒旋轉６度之速度旋轉，而步驟Ｃ以每分鐘１５毫升的流速將第一顯影溶液由第一管體（２３）注入，此時，第一顯影溶液漸漸地將第一容室（２１１）充滿後，經由通道（２２）往上流入第二容室（２１２），當第二容室（２１２）之第一顯影溶液高度超過第二容室（２１２）之一半高度時，將分別向左、右兩側流入第三容室（２１３）與第四容室（２１４），直到第二～四容室（２１２）、（２１３）、（２１４）皆充滿第一顯影溶液後，再流入第五容室（２１５）中，藉此以模擬並觀察組織器官對於第一顯影溶液的反應活動；於第一顯影溶液由第一管體（２３）注入的同時，亦將第二顯影溶液同步由第一入口（１１１）注入，經由第三管體（２５）進入容器（１）內，並經第四管體（２６）再由第一出口（１１２）排出，由於第二顯影溶液之濃度係低於第一顯影溶液的５～１００倍，可作為目標系統之背景，用以模擬目標系統外的人體部位；在第一、二顯影溶液持續注入１２分鐘後，容室（２１）內之第一顯影溶液濃度即達到平衡狀態，接著，再進行步驟Ｄ之注入無顯影溶液；同樣地，無顯影的生理食鹽水溶液依序從第一容室（２１１）流入第二容室（２１２），再分別流入第三、四容室（２１３）、（２１４）後，最後流入第五容室（２１５），此步驟Ｄ係於持續注入１８分鐘後停止，藉此，可模擬並觀察無顯影的生理食鹽水溶液如何推動放射性溶液的情形，以觀察身體組織對於第一顯影溶液的反應活動；其中，步驟Ｃ之第一、二顯影溶液其注入時間與步驟Ｄ之無顯影的生理食鹽水溶液其注入時間係根據欲模擬之流速而改變；而注入溶液的速度係根據所欲模擬之人體系統不同而相對改變，舉例而言，消化系統從口腔開始，經過喉嚨、食道、胃、小腸、大腸到肛門，大約需經過３～４小時，則注入溶液的速度可調整較慢；而呼吸系統由鼻腔至肺部僅需數十分鐘，即可將注入溶液的速度相對調整較快；此時，雙頭之γ攝影機在３０分鐘的拍攝下，可擷取０～３６０度、３６０～７２０度、７２０～１０８０度、１０８０～１４４０度、１４４０～１８００度以及１８００～２１６０度的六組單光子電腦斷層掃描二維圖像。
　　接著，結束斷層造影攝影機擷取影像訊號，並將所擷取影像訊號進行後續影像處理；利用濾波反投影法（ｆｉｌｔｅｒ　ｂａｃｋ-ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ＦＢＰ）重建影像，並配合巴特沃斯（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ)二階低通主動濾波器以及線性函數濾波器(ｒａｍｐ　ｆｉｌｔｅｒ)使得影像更加平滑化；在建立六組圖像重建之時間點後，分別再將原始圖像以位移１８０度與９０度之方式，產生１１個和２２個重建圖像的時間點，藉由此兩組內插的時間重組影像於電腦處理分析後，可將步驟Ｃ與Ｄ之溶液於假體（２）流動的情形呈現出動態影像，使其具有如正子斷層造影之功效，由於動態影像處理之方式已為習知且並非本發明之重點，在此，不再對其轉換原理與技術另行解釋與說明。
　　由上述之試驗方法與實施說明可知，本發明具有以下優點：

1. 本發明之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗方法可藉由假體模擬藥物在人體器官系統（例如：消化道系統、呼吸系統等）內流動、聚積的情形，不僅可用以評估顯影溶液（例如：放射性藥物溶液或對比劑溶液）在受檢者體內的分佈與代謝情況，觀察人體器官系統的生理病理變化，以診斷疾病嚴重度之外，亦可用以輔助藥物開發上的設計，進而評估新藥之臨床效益。
2. 本發明之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法使得斷層造影攝影機（例如：核磁共振成像機、電腦斷層造影機、正子電腦斷層造影機或單光子電腦斷層掃描機）能獲得清晰且具動態的斷層造影資料，於試驗成本上具有相當之優勢。

　　綜上所述，本發明之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置及其方法，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
　　惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)．．．容器

(11)．．．蓋體

(111)．．．第一入口

(112)．．．第一出口

(2)．．．假體

(21)．．．容室

(211)．．．第一容室

(212)．．．第二容室

(213)．．．第三容室

(214)．．．第四容室

(215)．．．第五容室

(22)．．．通道

(23)．．．第一管體

(24)．．．第二管體

(25)．．．第三管體

(26)．．．第四管體

第一圖：本發明試驗裝置之外觀立體透視圖

第二圖：本發明試驗裝置之剖視圖

第三圖：本發明之試驗步驟流程圖

(1)．．．容器

(11)．．．蓋體

(111)．．．第一入口

(112)．．．第一出口

(2)．．．假體

(211)．．．第一容室

(212)．．．第二容室

(213)．．．第三容室

(214)．．．第四容室

(215)．．．第五容室

(22)．．．通道

(23)．．．第一管體

(24)．．．第二管體

(25)．．．第三管體

(26)．．．第四管體

Claims (11)

1. 一種動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置，其包括有：
   　　一容器，於其上端開口處設有一蓋體，該蓋體分別穿設有一第一入口以及一第一出口；以及
   　　一假體，係容置於該容器內，並具有複數個容室，於兩容室間設有一彼此連通之通道，並於最靠近該容器底部之容室連有一第一管體，於靠近該蓋體之容室連設有一第二管體，該第一、二管體係分別穿設該蓋體。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置，其中該假體之容室數量係為五個，於最靠近該容器底部為連設該第一管體之第一容室，係以一垂直通道連接位於其上之第二容室，該第二容室分別以通道連接位於左、右、上端之第三容室、第四容室與第五容室，該第五容室係連設該第二管體。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置，其中該容室係為一球體。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之試驗裝置，其中於該第一入口處貫設有一第三管體，於該第一出口處貫設有一第四管體，該第三管體於該容器內之出口高度係低於最靠近該容器底部之容室高度，而該第四管體於該容器內之出口高度係高於最靠近該蓋體之容室高度。
5. 一種適用於如專利範圍第1～4項中任一項所述之試驗裝置的動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其包括下列步驟：
   A.注入無顯影溶液：將無顯影溶液分別由第一管體以及第一入口注入，使得假體的所有容室以及容器內皆充滿無顯影溶液；
   B.開始藉由斷層造影攝影機擷取影像訊號：將假體置放於斷層造影攝影機能偵測獲得影像訊號之位置處，並於顯影溶液開始注入後，擷取不同角度之斷層影像；
   C.注入顯影溶液：將第一顯影溶液由第一管體注入，第二顯影溶液由第一入口注入，直到容室之第一顯影溶液濃度達到平衡後，即停止注入第一、二顯影溶液，其中第一、二顯影溶液係為相同物質，且第二顯影溶液之濃度係低於第一顯影溶液的５～１００倍；
   D.再注入無顯影溶液：將無顯影溶液以與步驟Ｃ同樣之注入流速由第一管體注入，其注入時間係至少大於步驟Ｃ之注入時間後，即停止注入無顯影溶液；以及
   E.結束斷層造影攝影機擷取影像訊號：將所擷取影像訊號進行後續影像處理。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中第一、二顯影溶液係為放射性藥物溶液或對比劑溶液。
7. 依據申請專利範圍第6項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中第一、二顯影溶液若為放射性藥物溶液，係選自氟—１８ (Ｆ—１８)、碳—１１（Ｃ—１１）、銅—６４ （Ｃｕ—６４）、鎝—９９ｍ (Ｔｃ—９９ｍ )、鎵—６７ (Ｇａ—６７)、鎵—６８（Ｇａ—６８）、銦—１１１(Ｉｎ—１１１)、碘—１２３(Ｉ—１２３)、碘—１２４（Ｉ—１２４）或碘—１３１(Ｉ—１３１)放射核種其中之一。
8. 依據申請專利範圍第5項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中第一顯影溶液係為放射性活度１.４２ＭＢｑ∕ｍｌ的Ｔｃ-９９ｍ。
9. 依據申請專利範圍第5項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中第一顯影溶液係含有顯色劑。
10. 依據申請專利範圍第5項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中無顯影溶液係為生理食鹽水。
11. 依據申請專利範圍第5項所述之動態斷層造影模擬藥物干擾之方法，其中步驟Ｂ之斷層造影攝影機係為核磁共振成像機（ＭＲＩ）、電腦斷層造影機（ＣＴ）、正子電腦斷層掃描機（ＰＥＴ∕ＣＴ）或單光子電腦斷層掃描機（ＳＰＥＣＴ∕ＣＴ）其中之一。