WO2021083439A1 - Test body for magnetic resonance, positron emission or spect tomographs, method for producing same, and use of the test body - Google Patents

Test body for magnetic resonance, positron emission or spect tomographs, method for producing same, and use of the test body Download PDF

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WO2021083439A1
WO2021083439A1 PCT/DE2020/000236 DE2020000236W WO2021083439A1 WO 2021083439 A1 WO2021083439 A1 WO 2021083439A1 DE 2020000236 W DE2020000236 W DE 2020000236W WO 2021083439 A1 WO2021083439 A1 WO 2021083439A1
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test body
spect
body according
test
magnetic resonance
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PCT/DE2020/000236
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Simone Beer
Lotfi Talalwa
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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    • G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
    • G01T7/005—Details of radiation-measuring instruments calibration techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/44—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance using nuclear magnetic resonance [NMR]
    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/4808—Multimodal MR, e.g. MR combined with positron emission tomography [PET], MR combined with ultrasound or MR combined with computed tomography [CT]
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    • G01R33/48—NMR imaging systems
    • G01R33/58—Calibration of imaging systems, e.g. using test probes, Phantoms; Calibration objects or fiducial markers such as active or passive RF coils surrounding an MR active material

Definitions

  • the invention relates to a test body which is suitable for magnetic resonance, positron emission or SPECT tomographs, a method for its production, and a use of the test body.
  • the metabolism of tissue is measured by injecting a patient with a radioactively labeled substance that is absorbed by the tissue. From the measured radioactive radiation, an image of the metabolism in the tissue can be generated using mathematical methods.
  • the patient's anatomy is measured by detecting the relaxation times of hydrogen protons in the magnetic field.
  • the contrast results from the chemical environment of the hydrogen, so that, for example, gray and white matter can be distinguished in the brain.
  • the combination of the two pieces of information from PET and MRT is of great interest, since the additional information about the anatomy allows more precise information about the location of the metabolism and other relevant information to be obtained.
  • Standard test bodies used for both PET and MRT consist of e.g. plastic or glass in an arrangement that has cavities, e.g. spherical or cylindrical. The different areas of these test specimens are infested with liquids or gels that deliver the corresponding signal, radioactive radiation for PET or proton relaxation for MRT.
  • Test specimens for hybrid PET / MRT devices must meet this combination by being able to be used for both modalities simultaneously and delivering the required information. In addition, they must be able to be re-infested for each examination in order to be able to use the short-lived radioactive PET isotopes. From the publication of Tofts, PS, Standing Waves in Uniform Water Phantoms. Journal of Magnetic Resonance, Series B, 1994. 104 (2): p. 143-147] it is known that in MRT imaging large (eg> 1.5 cm diameter at field strengths of 4.7 T) homogeneous water areas in phantoms can lead to artifacts due to the high permittivity of water.
  • Oil has a low permittivity and provides artifact-free MRI images.
  • it can have a disadvantageous effect that the radioactivity in an oily liquid is not homogeneously distributed or even separates, which leads to artifacts in the PET measurement.
  • From the publication by Ziegler, S., et al., Systematic Evaluation of Phantom Fluids for Simultaneous PET / MR Hybrid Imaging. Journal of Nuclear Medicine, 2013. 54 (8): p. 1464-1471.2 it is known that the addition of certain chemicals such as NiS ⁇ 4 can lower the permittivity and increase the conductivity, which leads to more homogeneous imaging.
  • the disadvantage of this procedure is that the phantoms have to be refilled or at least refilled with the radioactive liquid directly before a measurement.
  • test body for MRT, PET or SPECT tomographs, in particular for hybrid PET / MRT devices, and a method for its manufacture that is easy to fill and can be used both in the MRT and in the PET and SPECT are artifact-free.
  • This test body should be able to be produced in various designs, for example as an extended homogeneous distribution of a liquid, for example as spherical or cylindrical areas, with areas that resemble body organs. It should be able to distinguish different areas within its volume, which it occupies. Short-lived radioactive PET isotopes should be better usable.
  • Standing waves that develop in test specimens according to the state of the art should be prevented. It should be made possible to dispense with chemical additives, such as salts, in order to prevent the formation of standing waves in the liquid.
  • the test body should be brought into a desired shape.
  • test body according to the invention for MRT, PET or SPECT tomographs in particular for hybrid PET / MRT devices, it is now possible to ensure simple filling with liquids that are required for imaging and with its filling both during measurements with MRT Devices as well as PET and SPECT devices to generate artifact-free images.
  • the test body can be designed in various forms whose geometry is modeled on the object to be imaged in the further measurement. Spherical or cylindrical areas or geometries similar to body organs can be simulated. Extensive, homogeneous filling of the test body with liquids suitable for imaging, in particular water with additives, is made possible. Both MRT, SPECT and PET images with homogeneous contrasts can be generated.
  • the test body according to the invention is particularly practicable for short-lived isotopes, in particular for PET measurements. There are no standing waves. There is no need to use additives such as salts to prevent standing waves. It is possible to produce a test specimen in the shape required in each case.
  • a test body for receiving liquids which spatially has cavities which have an extent that is below the image resolution of a SPECT, MRT and / or PET device, so that they are not visible in the images .
  • the result of the cavities in the test body is that no standing waves of a liquid located therein can form.
  • the cavities are preferably distributed over the entire volume of the test body, but areas without cavities can also be formed.
  • the subject matter of the invention is therefore also the use of the test body to prevent or suppress standing waves in the liquid located in the test body.
  • the dimensions of these cavities can be 1 mm or less, and is preferably in the micrometer range.
  • the cavities can have a diameter or a dimension of 1 mm to 1 ⁇ m, preferably 100 ⁇ m to 1 ⁇ m, particularly preferably 50 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • the test body can contain liquids, such as water or water with additives, which can be used for MRT, SPECT or PET measurements.
  • the additives can be, for example, radiotracers, such as, for example, radioactively labeled fluorodeoxyglucose (18F-FDG), or generally PET or SPECT radiotracers, such as, for example, 99m TC-MIBI.
  • Further additives can be, for example, salts such as NaCl or N1SO4 or MRT contrast agents such as gadolinium chelates or iron oxide nanoparticles.
  • Absorbent or sponge-like substances can be used as materials for the test body.
  • Microporous materials can be used by way of example.
  • the materials for the test body can be household sponges or liquids, in particular water with or without additives, absorbing polymers.
  • Sodium polyacrylate can be mentioned as an example of the polymer.
  • Suitable materials can be filaments for 3D printing.
  • filaments can be used which have a water-soluble and a water-insoluble component, for example Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit or Gellay.
  • different materials for example different filaments, can be used in a test body, so that different regions in which the test body can absorb different amounts of water can be mapped differently.
  • contrasts e.g. spherical or cylindrical areas or body structures, can be created that are visible in MRI, SPECT and PET.
  • test body according to the invention can be used both for SPECT tomographs, hybrid magnetic resonance and positron emission tomographs and for the respective magnetic resonance and positron emission tomographs alone, that is not as combined devices.
  • test body according to the invention can be produced using a 3D printing process.
  • a commercially available 3D printer can be used as the 3D printer.
  • Filaments are used to operate the 3D printer.
  • the filaments consist of at least 2 different chemical components, both of which behave differently in a solvent.
  • the test specimen is printed with the 3D printer in such a way that cavities are created during the printing process that allow a liquid such as water or another solvent to be absorbed.
  • honeycomb structures can be printed.
  • a solvent is applied to the printed test specimen.
  • the solvents can have different polarity or polarizability or solution properties.
  • water can be used as the polar solvent, or an organic solvent which has a different polarity or polarizability, or a lower polarity.
  • Polar solvents such as water
  • Non-polar solvents can dissolve non-polar components from the filaments, as a result of which cavities are formed or existing cavities are enlarged.
  • the preferred solvent is water, as it occurs naturally in biological systems. The solvent can be removed from the test specimen formed by centrifugation, squeezing, rinsing with a liquid or drying.
  • test specimens according to the invention can be produced by this process.
  • the 3D printing can in particular be carried out with the filaments Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit or Gellay.
  • the printed products produced with it are placed in water. The duration with which the intermediate stages of the test specimens produced in this way are in
  • Water can be a few hours to a few days. By placing it in water, one or more components are released from the printed material and microporous structures are formed. These microporous structures enable a liquid to be recorded, which leads to images with homogeneous contrasts for imaging in SPECT, MRT and / or PET recordings.
  • Fig. 1 A test specimen according to the prior art.
  • Fig. 2 Filaments from the Porolay series for 3D printing
  • Fig. 3 MRT images of various test specimens.
  • Fig. 4 PET contrasts with the tracer 18 F fluoride of 3D-printed objects made of Porolay material
  • FIG. 1 shows a test specimen according to the prior art.
  • the partial figure B shows a disturbing interference pattern, as it arises according to the prior art.
  • Part C shows that the water-soluble tracer has not dissolved in oil.
  • Figure 2 shows commercially available filaments for 3D printing.
  • FIG. 3 shows an MRT image of printed, microporous test bodies according to the invention.
  • FIG. 4 shows a PET image of printed, microporous test specimens according to the invention
  • the object of the invention is to create a test body for hybrid PET / MRT devices and a method for its production that is easy to fill and is artifact-free both in the MRT and in the PET.
  • This test body should be able to be produced in various designs (e.g. as an extended homogeneous distribution, with spherical or cylindrical areas, with areas that resemble body organs).
  • the test specimen according to the invention is intended to subdivide extensive areas into very small areas so that water with appropriate additives can be used as filler material.
  • the additives can be, for example, dissolved radiotracers such as radioactively labeled fluorodeoxyglucose (18F-FDG) or any other PET or SPECT radiotracer, salts (e.g. NaCl or NiS0 4 ) or MRT contrast media (e.g. gadolinium chelates, iron oxide nanoparticles) .
  • the areas should be so small ( ⁇ 0.5 mm) that they fall below the resolution limit of both MRI and PET so that they are not visible in the images. This should be achieved through the use of absorbent or sponge-like materials.
  • absorbent or sponge-like materials For example, microporous materials can be used that can be printed in the desired shape by means of 3D printing (e.g. filaments from the commercially available Porolay series). These materials have pore sizes in the micrometer range. Other examples are household sponges or absorbent polymers.
  • contrasts e.g. spherical or cylindrical areas or body structures
  • an absorbent or sponge-like material available that is in the. the desired shape can be created, e.g. by means of 3D printing.
  • an aqueous solution with at least one radioactive tracer and, if necessary, contrast media for MRT must be prepared, and the test body must be filled with it.
  • the commercially available filaments Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit and Gellay (Fig. 2) can be printed in the desired form with a commercially available 3D printer.

Abstract

The invention relates to a test body for application in magnetic resonance, SPECT and/or positron emission tomographs, said test body having, at least in portions, cavities for receiving liquids, which cavities have an extent that is smaller than the image resolution of a SPECT, magnetic resonance and/or positron emission tomograph, and to the use of same for preventing interference of the liquid situated in the test body, and to a method for producing the test body by means of a 3D printing technique.

Description

B e s c h r e i b u n g Description
Prüfkörper für Magnetresonanz-, Positronen-Emissions- oder SPECT-Tomographen, Verfahren zu dessen Herstellung, sowie Verwendung des Prüfkörpers Test specimens for magnetic resonance, positron emission or SPECT tomographs, processes for their production and use of the test specimen
Die Erfindung betrifft einen Prüfkörper, der für Magnetresonanz-, Positronen-Emissions- oder SPECT-Tomographen geeignet ist, ein Verfahren zu dessen Herstellung, sowie eine Ver wendung des Prüfkörpers. The invention relates to a test body which is suitable for magnetic resonance, positron emission or SPECT tomographs, a method for its production, and a use of the test body.
In der nuklearmedizinischen Diagnostik mit PET wird der Stoffwechsel von Gewebe gemessen, indem einem Patienten eine radioaktiv markierte Substanz injiziert wird, die vom Gewebe aufgenommen wird. Aus der gemessenen radioaktiven Strahlung kann mittels mathematischer Verfahren ein Bild des Stoffwechsels im Gewebe erzeugt werden. In nuclear medicine diagnostics with PET, the metabolism of tissue is measured by injecting a patient with a radioactively labeled substance that is absorbed by the tissue. From the measured radioactive radiation, an image of the metabolism in the tissue can be generated using mathematical methods.
Bei der Diagnostik mittels MRT wird die Anatomie des Patienten gemessen, indem die Relaxationszeiten von Wasserstoff-Protonen im Magnetfeld detektiert werden. Der Kontrast ergibt sich aus der chemischen Umgebung des Wasserstoffes, so dass sich z.B. im Gehirn graue und weiße Substanz unterscheiden lassen. In diagnostics using MRI, the patient's anatomy is measured by detecting the relaxation times of hydrogen protons in the magnetic field. The contrast results from the chemical environment of the hydrogen, so that, for example, gray and white matter can be distinguished in the brain.
Die Kombination der beiden Informationen aus PET und MRT ist von großem Interesse, da die zusätzliche Information über die Anatomie erlaubt, genauere Informationen über den Ort des Stoffwechsels sowie weitere relevante Information zu erhalten. The combination of the two pieces of information from PET and MRT is of great interest, since the additional information about the anatomy allows more precise information about the location of the metabolism and other relevant information to be obtained.
Zur Qualitätskontrolle der Geräte sowie zur methodischen Weiterentwicklung z.B. von Bildrekonstruktionsverfahren und Korrekturverfahren ist es nötig, eindeutig bekannte Radioaktivitätsverteilungen für PET bzw. Protonenverteilungen für MRT abzubilden. Standardmäßig verwendete Prüfkörper sowohl für PET als auch für MRT bestehen aus z.B. Kunststoff oder Glas in einer Anordnung, die über Hohlräume, z.B. kugelförmig oder zylinderförmig, verfügt. Die unterschiedlichen Bereiche dieser Prüfkörper werden mit Flüssigkeiten oder Gelen befallt, die das entsprechende Signal, radioaktive Strahlung für PET bzw. Protonenrelaxation für MRT, liefern. For quality control of the devices as well as for methodical further development, e.g. of image reconstruction processes and correction processes, it is necessary to map clearly known radioactivity distributions for PET or proton distributions for MRI. Standard test bodies used for both PET and MRT consist of e.g. plastic or glass in an arrangement that has cavities, e.g. spherical or cylindrical. The different areas of these test specimens are infested with liquids or gels that deliver the corresponding signal, radioactive radiation for PET or proton relaxation for MRT.
Prüfkörper für hybride PET/MRT-Geräte müssen dieser Kombination gerecht werden, indem sie für beiden Modalitäten simultan verwendet werden können und die benötigten Informationen liefern. Sie müssen darüber hinaus für jede Untersuchung neu befallt werden können, um die kurzlebigen radioaktiven PET-Isotope verwenden zu können. Aus der Veröffentlichung von Tofts, P.S., Standing Waves in Uniform Water Phantoms. Journal of Magnetic Resonance, Series B, 1994. 104(2): p. 143-147] ist bekannt, dass bei der MRT-Bildgebung große (z.B. > 1.5 cm Durchmesser bei Feldstärken von 4.7 T) homogene Wasserbereiche in Phantomen aufgrund der hohen Permittivität von Wasser zu Artefakten führen können. Öl hat eine geringe Permittivität und liefert artefaktfreie MRT-Bilder. In der Kombination mit PET kann sich allerdings nachteilig auswirken, dass die Radioaktivität in einer öligen Flüssigkeit nicht homogen verteilt ist oder sich sogar entmischt, was zu Artefakten in der PET-Messung führt. Aus der Veröffentlichung von Ziegler, S., et al., Systematic Evaluation of Phantom Fluids for Simultaneous PET/MR Hybrid Imaging. Journal of Nuclear Medicine, 2013. 54(8): p. 1464-1471.2 ist bekannt, dass durch Zugabe gewisser Chemikalien wie NiSÖ4 die Permittivität erniedrigt und die Leitfähigkeit erhöht werden kann, was zu einer homogeneren Bildgebung führt. Nachteilig wirkt sich bei diesem Vorgehen aus, dass die Phantome direkt vor einer Messung neu gefüllt oder mit der radioaktiven Flüssigkeit zumindest nachgefüllt werden müssen. Test specimens for hybrid PET / MRT devices must meet this combination by being able to be used for both modalities simultaneously and delivering the required information. In addition, they must be able to be re-infested for each examination in order to be able to use the short-lived radioactive PET isotopes. From the publication of Tofts, PS, Standing Waves in Uniform Water Phantoms. Journal of Magnetic Resonance, Series B, 1994. 104 (2): p. 143-147] it is known that in MRT imaging large (eg> 1.5 cm diameter at field strengths of 4.7 T) homogeneous water areas in phantoms can lead to artifacts due to the high permittivity of water. Oil has a low permittivity and provides artifact-free MRI images. In combination with PET, however, it can have a disadvantageous effect that the radioactivity in an oily liquid is not homogeneously distributed or even separates, which leads to artifacts in the PET measurement. From the publication by Ziegler, S., et al., Systematic Evaluation of Phantom Fluids for Simultaneous PET / MR Hybrid Imaging. Journal of Nuclear Medicine, 2013. 54 (8): p. 1464-1471.2 it is known that the addition of certain chemicals such as NiSÖ4 can lower the permittivity and increase the conductivity, which leads to more homogeneous imaging. The disadvantage of this procedure is that the phantoms have to be refilled or at least refilled with the radioactive liquid directly before a measurement.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Prüfkörper für MRT, PET- oder SPECT Tomographen, insbesondere für hybride PET/MRT-Geräte sowie ein Verfahren zu dessen Herstel lung zu schaffen, der einfach zu befüllen ist und sich sowohl im MRT als auch im PET und SPECT artefaktfrei darstellt. Dieser Prüfkörper soll in verschiedenen Ausführungen, beispielsweise als ausgedehnte homogene Verteilung einer Flüssigkeit, beispielsweise als kugel- oder zylinderförmige Bereiche, mit Bereichen, die Körperorganen ähneln, herstellbar sein. Er soll innerhalb seines Volumens, welches er einnimmt, unterschiedliche Bereiche unterscheidbar machen können. Kurzlebige radioaktive PET-Isotope sollen besser verwend bar sein. Sich in Prüfkörpern nach dem Stand der Technik ausbildende stehende Wellen, sollen verhindert werden. Es soll ermöglicht werden, auf chemische Zusätze, wie beispielsweise Salze, zu verzichten um die Ausbildung von stehenden Wellen in der Flüssigkeit zu verhindern. Der Prüfkörper soll in eine gewünschte Form gebracht werden. It is therefore the object of the invention to create a test body for MRT, PET or SPECT tomographs, in particular for hybrid PET / MRT devices, and a method for its manufacture that is easy to fill and can be used both in the MRT and in the PET and SPECT are artifact-free. This test body should be able to be produced in various designs, for example as an extended homogeneous distribution of a liquid, for example as spherical or cylindrical areas, with areas that resemble body organs. It should be able to distinguish different areas within its volume, which it occupies. Short-lived radioactive PET isotopes should be better usable. Standing waves that develop in test specimens according to the state of the art should be prevented. It should be made possible to dispense with chemical additives, such as salts, in order to prevent the formation of standing waves in the liquid. The test body should be brought into a desired shape.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 und des nebengeordneten Anspruchs wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil dieser Ansprüche angegebenen Merkmalen. Based on the preamble of claim 1 and the subordinate claim, the object is achieved according to the invention with the features specified in the characterizing part of these claims.
Mit dem erfindungsgemäßen Prüfkörper für MRT, PET- oder SPECT Tomographen, insbesondere für hybride PET/MRT-Geräte, ist es nunmehr möglich eine einfache Befüllung mit Flüssigkeiten, die für die Bildgebung erforderlich sind, zu gewährleisten und mit dessen Befüllung sowohl bei Messungen mit MRT-Geräten als auch PET- und SPECT-Geräten artefaktfreie Bilder zu erzeugen. Der Prüfkörper kann in verschiedenen Formen ausgestaltet werden, die in ihrer Geometrie dem in der weiteren Messung abzubildenden Objekt nachgebildet ist. Dabei können kugelförmige oder zylinderförmige Bereiche oder Körperorganen ähnelnde Geometrien nachgebildet sein. Es wird eine ausgedehnte homogene Befüllung des Prüfkörpers mit zur Bildgebung geeigneten Flüssigkeiten, insbesondere Wasser mit Zusätzen, ermöglicht. Es können sowohl MRT-, SPECT-, als auch PET- Bilder mit homogenen Kontrasten erzeugt werden. Der erfindungsgemäße Prüfkörper ist insbesondere für kurzlebige Isotope, insbesondere bei PET-Messungen praktikabel anwendbar. Es bilden sich keine stehenden Wellen aus. Auf die Verwendung von Zusätzen, wie beispielsweise Salzen zur Verhinderung von stehenden Wellen kann verzichtet werden. Es ist möglich, einen Prüfkörper in der jeweils gewünschten Form herzustellen. With the test body according to the invention for MRT, PET or SPECT tomographs, in particular for hybrid PET / MRT devices, it is now possible to ensure simple filling with liquids that are required for imaging and with its filling both during measurements with MRT Devices as well as PET and SPECT devices to generate artifact-free images. The test body can be designed in various forms whose geometry is modeled on the object to be imaged in the further measurement. Spherical or cylindrical areas or geometries similar to body organs can be simulated. Extensive, homogeneous filling of the test body with liquids suitable for imaging, in particular water with additives, is made possible. Both MRT, SPECT and PET images with homogeneous contrasts can be generated. The test body according to the invention is particularly practicable for short-lived isotopes, in particular for PET measurements. There are no standing waves. There is no need to use additives such as salts to prevent standing waves. It is possible to produce a test specimen in the shape required in each case.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.
Im Folgenden wird die Erfindung in ihrer allgemeinen Form beschrieben, ohne dass dies einschränkend auszulegen ist. The invention is described below in its general form, without this being interpreted in a restrictive manner.
Erfindungsgemäß wird ein Prüfkörper zur Aufnahme von Flüssigkeiten zur Verfügung gestellt, welcher räumlich Hohlräume aufweist, welche eine Ausdehnung besitzen, die unterhalb der Bildauflösung eines SPECT-, MRT- und/oder eines PET-Gerätes liegen, so dass sie in den Bildern nicht sichtbar sind. Die Hohlräume des Prüfkörpers haben zur Folge, dass sich keine stehenden Wellen einer sich darin befindenden Flüssigkeit ausbilden können. Die Hohlräume sind vorzugsweise über das gesamte Volumen des Prüfkörpers verteilt, jedoch können auch Bereiche ohne Hohlräume ausgebildet sein. According to the invention, a test body for receiving liquids is provided, which spatially has cavities which have an extent that is below the image resolution of a SPECT, MRT and / or PET device, so that they are not visible in the images . The result of the cavities in the test body is that no standing waves of a liquid located therein can form. The cavities are preferably distributed over the entire volume of the test body, but areas without cavities can also be formed.
Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung des Prüfkörpers zur Verhinderung bzw. Unterdrückung von stehenden Wellen in der sich im Prüfkörper befindenden Flüssigkeit. The subject matter of the invention is therefore also the use of the test body to prevent or suppress standing waves in the liquid located in the test body.
Die Abmessung dieser Hohlräume kann 1 mm oder weniger betragen, und liegt vorzugsweise im Mikrometerbereich. The dimensions of these cavities can be 1 mm or less, and is preferably in the micrometer range.
Beispielsweise können die Hohlräume einen Durchmesser oder eine Abmessung von 1mm bis 1 pm, vorzugsweise 100 pm bis 1 pm, besonders bevorzugt 50 pm bis 1 pm haben.For example, the cavities can have a diameter or a dimension of 1 mm to 1 μm, preferably 100 μm to 1 μm, particularly preferably 50 μm to 1 μm.
Der Prüfkörper kann Flüssigkeiten, wie Wasser oder Wasser mit Zusätzen enthalten, welche bei MRT-, SPECT- oder PET- Messungen verwendet werden können. The test body can contain liquids, such as water or water with additives, which can be used for MRT, SPECT or PET measurements.
Die Zusätze können beispielsweise Radiotracer, wie beispielsweise radioaktiv markierte Flourdesoxyglukose (18F-FDG), oder allgemein PET- oder SPECT- Radiotracer, wie beispielsweise 99mTC-MIBI, sein. Weitere Zusätze können beispielsweise Salze, wie NaCI oder N1SO4 oder MRT- Kontrastmittel, wie Gadolinium-Chelate oder Eisenoxidnanopartikel sein. The additives can be, for example, radiotracers, such as, for example, radioactively labeled fluorodeoxyglucose (18F-FDG), or generally PET or SPECT radiotracers, such as, for example, 99m TC-MIBI. Further additives can be, for example, salts such as NaCl or N1SO4 or MRT contrast agents such as gadolinium chelates or iron oxide nanoparticles.
Grundsätzlich können alle bekannten Zusätze, die bei SPECT, MRT- oder PET- Messungen Anwendung finden, eingesetzt werden. In principle, all known additives that are used in SPECT, MRT or PET measurements can be used.
Als Materialen für den Prüfkörper können saugfähige oder schwammartige Stoffe eingesetzt werden. Beispielhaft können mikroporöse Materialien eingesetzt werden. Absorbent or sponge-like substances can be used as materials for the test body. Microporous materials can be used by way of example.
Bei den Materialien für den Prüfkörper kann es sich um haushaltsübliche Schwämme oder Flüssigkeit, insbesondere Wasser mit oder ohne Zusätze aufnehmende Polymere handeln. Als Polymer kann beispielhaft Natriumpolyacylat genannt werden. The materials for the test body can be household sponges or liquids, in particular water with or without additives, absorbing polymers. Sodium polyacrylate can be mentioned as an example of the polymer.
Geeignete Materialien können Filamente für den 3D-Druck sein. Insbesondere können Fila mente eingesetzt werden, die eine wasserlösliche und eine wasserunlösliche Komponente aufweisen, beispielsweise Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit oder Gellay. Suitable materials can be filaments for 3D printing. In particular, filaments can be used which have a water-soluble and a water-insoluble component, for example Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit or Gellay.
In einer weiteren Ausführungsform können in einem Prüfkörper unterschiedliche Materialien, beispielsweise verschiedene Filamente, verwendet werden, so dass unterschiedliche Regionen, in denen der Prüfkörper unterschiedliche Mengen an Wasser aufnehmen kann, unterschiedlich abgebildet werden können. In a further embodiment, different materials, for example different filaments, can be used in a test body, so that different regions in which the test body can absorb different amounts of water can be mapped differently.
Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Materialen in einem Phantom, die unterschiedliche Mengen an radioaktivem Wasser aufnehmen können, können Kontraste, z.B. kugel- oder zylinderförmige Bereiche oder Körperstrukturen, hergestellt werden, die sowohl im MRT, SPECT als auch im PET sichtbar sind. By using several different materials in a phantom, which can absorb different amounts of radioactive water, contrasts, e.g. spherical or cylindrical areas or body structures, can be created that are visible in MRI, SPECT and PET.
Der erfindungsgemäße Prüfkörper kann sowohl für SPECT-Tomographen, hybride Magnetresonanz- und Positronen-Emissions-Tomographen als auch für die jeweiligen Magnetresonanz- und Positronen-Emissions-Tomographen alleine, also nicht als kombinierte Geräte, verwendet werden. The test body according to the invention can be used both for SPECT tomographs, hybrid magnetic resonance and positron emission tomographs and for the respective magnetic resonance and positron emission tomographs alone, that is not as combined devices.
Der erfindungsgemäße Prüfkörper kann mit einem 3D-Druckverfahren hergestellt werden.The test body according to the invention can be produced using a 3D printing process.
Als 3D-Drucker kann dabei ein handelsüblicher 3D-Drucker eingesetzt werden. A commercially available 3D printer can be used as the 3D printer.
Für den Betreib des 3D- Druckers werden Filamente eingesetzt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren bestehen die Filamente aus mindestens 2 verschiedenen chemischen Komponenten, die beide unterschiedliches Verhalten in einem Lösungsmittel haben. Der Prüfkörper wird mit dem 3D-Drucker in einer Weise gedruckt, bei der bereits im Druckprozess Hohlräume hergestellt werden, die eine Aufnahme einer Flüssigkeit, wie Wasser oder ein anderes Lösungsmittel ermöglichen. Es können beispielsweise Wabenstrukturen gedruckt werden. In einem weiteren Schritt wird der gedruckte Prüfkörper mit einem Lösungsmittel beaufschlagt. Die Lösungsmittel können unterschiedliche Polarität, bzw. Polarisierbarkeit oder Lösungseigenschaften haben. So kann Wasser als polares Lösungsmittel eingesetzt werden, oder ein organisches Lösungsmittel, welches eine andere Polarität oder Polarisierbarkeit, bzw. eine kleinere Polarität hat. Polare Lösungsmittel, wie Wasser, können polare Kompo- nenten aus den Filamenten herauslösen, wodurch Hohlräume entstehen oder vergrößert werden. Unpolare Lösungsmittel können unpolare Komponenten aus den Filamenten herauslösen, wodurch sich Hohlräume bilden oder bestehende Hohlräume vergrößert werden. Bevorzugtes Lösungsmittel ist jedoch Waser, da es in biologischen Systemen natürlich vorkommt. Das Lösungsmittel kann durch Zentrifugation, Ausquetschen, Ausspülen mit einer Flüssigkeit oder Trocknen aus dem gebildeten Prüfkörper entfernt werden. Filaments are used to operate the 3D printer. In the method according to the invention, the filaments consist of at least 2 different chemical components, both of which behave differently in a solvent. The test specimen is printed with the 3D printer in such a way that cavities are created during the printing process that allow a liquid such as water or another solvent to be absorbed. For example, honeycomb structures can be printed. In a further step, a solvent is applied to the printed test specimen. The solvents can have different polarity or polarizability or solution properties. For example, water can be used as the polar solvent, or an organic solvent which has a different polarity or polarizability, or a lower polarity. Polar solvents, such as water, can dissolve polar components from the filaments, creating or enlarging voids. Non-polar solvents can dissolve non-polar components from the filaments, as a result of which cavities are formed or existing cavities are enlarged. The preferred solvent, however, is water, as it occurs naturally in biological systems. The solvent can be removed from the test specimen formed by centrifugation, squeezing, rinsing with a liquid or drying.
Durch diesen Prozess können die erfindungsgemäßen Prüfkörper hergestellt werden. The test specimens according to the invention can be produced by this process.
Der 3D-Druck kann insbesondere mit den Filamenten Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit oder Gellay durchgeführt werden. Die damit hergestellten Druckerzeugnisse werden in Was- ser gelegt. Die Dauer, mit der sich die so hergestellten Zwischenstufen der Prüfkörper imThe 3D printing can in particular be carried out with the filaments Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit or Gellay. The printed products produced with it are placed in water. The duration with which the intermediate stages of the test specimens produced in this way are in
Wasser befinden, kann ein paar Stunden bis ein paar Tage betragen. Durch das Einlegen in Wasser werden eine oder mehrere Komponenten aus dem gedruckten Material herausgelöst und es bilden sich mikroporöse Strukturen. Diese mikroporösen Strukturen ermöglichen die Aufnahme von einer Flüssigkeit, welche für die Bildgebung bei SPECT-, MRT- und/oder PET-Aufnahmen zu Bildern mit homogenen Kontrasten führen. Water can be a few hours to a few days. By placing it in water, one or more components are released from the printed material and microporous structures are formed. These microporous structures enable a liquid to be recorded, which leads to images with homogeneous contrasts for imaging in SPECT, MRT and / or PET recordings.
Die Figuren zeigen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik und Bilder, die mit dem erfindungsgemäßen Prüfkörper aufgenommen wurden: Es zeigt: The figures show devices according to the prior art and images that were recorded with the test specimen according to the invention: It shows:
Fig.1 : Ein Prüfkörper nach dem Stand der Technik. Fig. 1: A test specimen according to the prior art.
Fig.2: Filamente aus der Porolay-Serie für den 3D-Druck Fig.3: MRT-Aufnahmen von verschiedenen Prüfkörpern. Fig. 2: Filaments from the Porolay series for 3D printing Fig. 3: MRT images of various test specimens.
Fig.4: PET-Kontraste mit dem Tracer 18F Fluorid von 3D-gedruckten Objekten aus Porolay- Material Fig. 4: PET contrasts with the tracer 18 F fluoride of 3D-printed objects made of Porolay material
Figur 1 zeigt im Abschnitt A einen Prüfkörper nach dem Stand der Technik. Die Teilfigur B zeigt ein störendes Interferenzmuster, wie es nach dem Stand der Technik entsteht. Teilfigur C zeigt, dass sich der wasserlösliche Tracer nicht in Öl gelöst hat. In section A, FIG. 1 shows a test specimen according to the prior art. The partial figure B shows a disturbing interference pattern, as it arises according to the prior art. Part C shows that the water-soluble tracer has not dissolved in oil.
Figur 2 zeigt handelsübliche Filamente für den 3D-Druck. Figure 2 shows commercially available filaments for 3D printing.
Figur 3 zeigt eine MRT-Aufnahme von erfindungsgemäßen, gedruckten, mikroporösen Prüfkörpern. FIG. 3 shows an MRT image of printed, microporous test bodies according to the invention.
Figur 4 zeigt eine PET-Aufnahme von erfindungsgemäßen, gedruckten, mikroporösen Prüfkörpern FIG. 4 shows a PET image of printed, microporous test specimens according to the invention
Beispiel: Example:
Gegenstand der Erfindung ist es, einen Prüfkörper für hybride PET/MRT-Geräte sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der einfach zu befüllen ist und sich sowohl im MRT als auch im PET artefaktfrei darstellt. Dieser Prüfkörper soll in verschiedenen Ausführungen (z.B. als ausgedehnte homogene Verteilung, mit kugel- oder zylinderförmigen Bereichen, mit Bereichen, die Körperorganen ähneln) erstellbar sein. The object of the invention is to create a test body for hybrid PET / MRT devices and a method for its production that is easy to fill and is artifact-free both in the MRT and in the PET. This test body should be able to be produced in various designs (e.g. as an extended homogeneous distribution, with spherical or cylindrical areas, with areas that resemble body organs).
Der erfindungsgemäße Prüfkörper soll ausgedehnte Bereiche in sehr kleine Bereiche unterteilen, so dass Wasser mit entsprechenden Zusätzen als Füllmaterial verwendet werden kann. Die Zusätze können z.B. gelöste Radiotracer, wie z.B. radioaktiv markierte Fluordes- oxyglukose (18F-FDG) oder jeder andere PET- oder SPECT-Radiotracer, Salze (z.B. NaCI oder NiS04) oder MRT-Kontrastmittel (z.B. Gadolinium-Chelate, Eisenoxidnanopartikel) sein.The test specimen according to the invention is intended to subdivide extensive areas into very small areas so that water with appropriate additives can be used as filler material. The additives can be, for example, dissolved radiotracers such as radioactively labeled fluorodeoxyglucose (18F-FDG) or any other PET or SPECT radiotracer, salts (e.g. NaCl or NiS0 4 ) or MRT contrast media (e.g. gadolinium chelates, iron oxide nanoparticles) .
Die Bereiche sollen so klein sein (< 0.5 mm), dass sie sowohl unter die Auflösungsgrenze von MRT als auch von PET fallen, damit sie in den Bildern nicht sichtbar sind. Das soll erreicht werden durch die Verwendung von saugfähigen oder schwammartigen Materialen. Beispielhaft können mikroporöse Materialien verwendet werden, die mittels 3D- Druck in der gewünschten Form gedruckt werden können (z.B. Filamente aus der handelsüblichen Porolay-Serie). Diese Materialen haben Porengrößen im Mikrometer-Bereich. Wei- tere Beispiele sind haushaltsübliche Schwämme oder absorbierende Polymere. The areas should be so small (<0.5 mm) that they fall below the resolution limit of both MRI and PET so that they are not visible in the images. This should be achieved through the use of absorbent or sponge-like materials. For example, microporous materials can be used that can be printed in the desired shape by means of 3D printing (e.g. filaments from the commercially available Porolay series). These materials have pore sizes in the micrometer range. Other examples are household sponges or absorbent polymers.
Durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Materialen in einem Phantom, die unterschiedliche Mengen an radioaktivem Wasser aufnehmen können, können Kontraste (z.B. kugel- oder zylinderförmige Bereiche oder Körperstrukturen) hergestellt werden, die sowohl im MRT als auch im PET sichtbar sind. Es soll ein saugfähiges oder schwammartiges Material zur Verfügung stehen, das in die . gewünschte Form gebracht werden kann, z.B. mittels 3D-Druck. Ferner muss eine wässrige Lösung mit mindestens einem radioaktiven Tracer und ggf. Kontrastmitteln für MRT hergestellt werden, und der Prüfkörper muss damit gefüllt werden. By using several different materials in a phantom, which can absorb different amounts of radioactive water, contrasts (e.g. spherical or cylindrical areas or body structures) can be created that are visible in both MRI and PET. There should be an absorbent or sponge-like material available that is in the. the desired shape can be created, e.g. by means of 3D printing. In addition, an aqueous solution with at least one radioactive tracer and, if necessary, contrast media for MRT must be prepared, and the test body must be filled with it.
Die handelsüblichen Filamente Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit und Gellay (Abb. 2) kön- nen mit einem handelsüblichen 3D-Drucker in der gewünschten Form gedruckt werden.The commercially available filaments Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit and Gellay (Fig. 2) can be printed in the desired form with a commercially available 3D printer.
Wenn diese Druckerzeugnisse einige Stunden bis Tage in Wasser gelegt werden, löst sich eine Komponente aus dem Material und es bleibt eine mikroporöse Struktur übrig, die eine wässrige Lösung aufsaugen kann. Dadurch lassen sich homogene Kontraste sowohl im MRT (Fig. 3) als auch im PET (Fig. 4) erreichen. If these printed products are placed in water for a few hours to days, a component will dissolve from the material and a microporous structure remains that can soak up an aqueous solution. This enables homogeneous contrasts to be achieved both in the MRT (FIG. 3) and in the PET (FIG. 4).

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Prüfkörper für die Anwendung bei Magnetresonanz-, SPECT-, und/oder Positronen- Emissions-Tomographen, dadurch gekennzeichnet, dass er wenigstens in Teilbereichen Hohlräume für die Aufnahme von Flüssigkeiten besitzt, welche eine Ausdehnung haben, die kleiner ist als die Bildauflösung eines SPECT-, Magnetresonanz- und/oder Positronen-Emissions-Tomographen. 1. Test specimen for use in magnetic resonance, SPECT, and / or positron emission tomographs, characterized in that it has cavities for receiving liquids at least in some areas, which have an extension that is smaller than the image resolution of a SPECT, magnetic resonance and / or positron emission tomographs.
2. Prüfkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume eine Abmessung in einem Bereich von 1 mm bis 1 pm haben. 2. Test body according to claim 1, characterized in that the cavities have a dimension in a range from 1 mm to 1 pm.
3. Prüfkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Wasser ist. 3. Test body according to claim 1 or 2, characterized in that the liquid is water.
4. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Flüssigkeit ein Radiotracer enthalten ist. 4. Test body according to one of claims 1 to 3, characterized in that a radiotracer is contained in the liquid.
5. Prüfkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Radiotracer 18F-FDG ist. 5. Test body according to claim 4, characterized in that the radiotracer is 18F-FDG.
6. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Kontrastmittel enthält. 6. Test body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the liquid contains a contrast medium.
7. Prüfkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontrastmittel Eisennanopartikel oder ein Gadolinium-Chelat ist. 7. Test body according to claim 6, characterized in that the contrast agent is iron nanoparticles or a gadolinium chelate.
8. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Salz enthält. 8. Test body according to one of claims 1 to 7, characterized in that the liquid contains a salt.
9. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem saugfähigen und/oder schwammartigen Stoff besteht. 9. Test body according to one of claims 1 to 8, characterized in that it consists of an absorbent and / or sponge-like substance.
10. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem mikroporösem Material besteht. 10. Test body according to one of claims 1 to 9, characterized in that it consists of a microporous material.
11. Prüfkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem Flüssigkeit aufnehmenden Polymer, Filamenten, Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit oder Gellay besteht. 11. Test body according to one of claims 1 to 10, characterized in that it consists of a liquid-absorbing polymer, filaments, Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit or Gellay.
12. Verfahren zur Herstellung eines Prüfkörpers für die Magnetresonanz-, Positronen- Emissions- und/oder SPECT-Tomographie, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, aus welchem der Prüfkörper hergestellt wird, mit einem 3D-Drucker in der Form des Prüfkörpers gedruckt wird, und dass der gedruckte Prüfkörper mit einem Lösungsmittel eingelegt wird. 12. A method for producing a test body for magnetic resonance, positron emission and / or SPECT tomography, characterized in that the material from which the test body is made is printed with a 3D printer in the shape of the test body, and that the printed test specimen is inserted with a solvent.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Material eine Komponente aus der Gruppe Flüssigkeit aufnehmendes Polymer, Filamente Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit und Gellay eingesetzt werden. 13. The method according to claim 12, characterized in that a component from the group of liquid-absorbing polymer, filaments Layfomm 40, Layfomm 60, Layfeit and Gellay are used as the material.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Wasser eingesetzt wird. 14. The method according to claim 12 or 13, characterized in that water is used as the solvent.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung des Prüfkörpers ein Filament aus mindestens zwei Komponenten eingesetzt wird, welche nach dem Einlegen in dem Lösungsmittel unterschiedliche Lösungseigenschaften haben. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that a filament of at least two components is used for the production of the test body, which have different dissolving properties after being placed in the solvent.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der gedruckte Prüfkörper 2 Stunden bis 3 Tage in Wasser eingelegt wird. 16. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the printed test specimen is placed in water for 2 hours to 3 days.
17. Verwendung eines Prüfkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 11 oder eines Prüfkörpers, hergestellt nach einem Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 16 für die Unterdrückung von stehenden Wellen in Flüssigkeiten, welche sich im Prüfkörper befinden. 17. Use of a test body according to one of claims 1 to 11 or a test body produced by a method according to claims 12 to 16 for the suppression of standing waves in liquids which are located in the test body.
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