專利名稱：用于確定血液中示蹤劑濃度的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在體內(nèi)確定血液中PET示蹤劑濃度的設(shè)備和方法。
在正電子發(fā)射斷層成像(PET)的情況下，確定患者體內(nèi)放射性核素的分布在于發(fā)現(xiàn)(demonstrate)正電子釋放后產(chǎn)生的湮滅量子。PET測量也日益用于藥物動力學(xué)建模，以便研究藥物的作用模式。在這樣的檢查中，PET檢測器連續(xù)地并且以時間分辨的方式描繪特定身體部位，以便動態(tài)地觀察PET示蹤劑(也就是說適合于PET檢查的放射性標(biāo)記物或β+發(fā)射體)的分布。為了估算(evaluation)該測量，通常需要始終知道(動脈)血液中示蹤劑的濃度。這典型地以有創(chuàng)的方式即通過采集血液樣本來確定。
針對該背景，本發(fā)明的目的是提供一種用于確定血液中PET示蹤劑濃度的裝置，該裝置簡單、較少造成患者緊張、同時精確。
該目的通過具有權(quán)利要求1的特征的設(shè)備以及通過具有權(quán)利要求9的特征的方法而得以實現(xiàn)。有利的實施例被包含在從屬權(quán)利要求中。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備用于在體內(nèi)確定(人或動物)對象的血液中的PET示蹤劑濃度。為此，它包括以下部件-圖像生成設(shè)備，其允許身體部位的局部分辨描繪。“局部分辨描繪”指的是這樣一種描繪，即其中在該描繪的任何時候，所示的身體部位中的相應(yīng)空間點的坐標(biāo)是已知的或者可以通過已知的幾何關(guān)系來確定。該條件例如通過利用計算機斷層成像設(shè)備所生成的截面示圖(illustration)或者通過身體體積的三維重建而被滿足。
-TOF-PET單元，用于記錄預(yù)定體積元中的示蹤劑濃度。根據(jù)定義，TOF-PET單元(TOF＝飛行時間)可以如此精確地確定飛行時間或來自湮滅過程的兩種伽馬量子的飛行時間差，以致基于該信息，所述量子的起點(point of origin)可以被定位在它們的飛行路徑的線上?？梢岳盟鯰OF-PET單元獨立觀察的體積元的尺寸優(yōu)選為大約0.2-20cm3，特別優(yōu)選為大約0.5cm3-5cm3。
-數(shù)據(jù)處理單元，其被耦合到所述圖像生成設(shè)備和所述TOF-PET單元。所述數(shù)據(jù)處理單元進一步被布置成以這樣一種方式設(shè)置所述TOF-PET單元，即使得用此記錄的體積元位于充滿血液的身體體積中，其中充滿血液的該身體體積的空間位置借助于所述圖像生成設(shè)備來確定。
利用上述設(shè)備，有可能連續(xù)地且以無創(chuàng)的方式測量患者血液中的PET示蹤劑濃度。為此，利用所述圖像生成設(shè)備來確定充滿血液的身體體積的空間位置，該身體體積例如可以是主動脈或心臟的左心室。于是借助于該信息，有可能將由TOF-PET單元所觀察的體積元直接放置到充滿血液的身體體積中，以使TOF-PET單元專門接收來自血液的信號。TOF-PET單元的數(shù)據(jù)因此表示所尋求的血液中的示蹤劑濃度。該設(shè)備的優(yōu)點在于不需要有創(chuàng)過程，這意味著檢查過程的相應(yīng)簡化以及對患者的壓力更少。此外，有可能從特定身體部位確定血液中的示蹤劑濃度，例如在心臟的左心室的動脈血中。另一方面，在血液采樣的情況下，通常僅僅可以獲得血液循環(huán)的外圍中的示蹤劑濃度。另外的優(yōu)點由TOF-PET單元的使用而產(chǎn)生，其中通過設(shè)置飛行時間窗口，所檢查體積元的位置可以相對容易地沿著通過患者身體的線移動。這使得能夠簡單地、也可能動態(tài)地或后續(xù)地固定受檢查的體積元。
TOF-PET單元原則上可以由TOF-PET檢測器形成，所述檢測器能夠描繪例如諸如身體截面或三維體積之類的較大區(qū)域。然而，這樣的完整檢測器對于期望的研究目的來說不是必要的，甚至通常是不利的，原因在于所需的空間和所需的控制。TOF-PET單元因此優(yōu)選地包括彼此相對布置的兩個用于伽馬量子的檢測器元件，所述檢測器元件包括相應(yīng)的估算電子單元，所述估算電子單元使得能夠檢測來自湮滅過程的兩種伽馬量子的飛行時間。利用該類型的TOF-PET單元，有可能僅僅觀察沿一條線延伸的狹窄(通常為管狀)體積。然而，對于觀察位于所述線上的充滿血液的體積元來說這就足夠了。由于限制在僅僅兩個檢測器元件，所以這樣的TOF-PET單元可以相對較廉價地被制造，以及另外可以毫無問題地被容納于檢查實驗室中，并且實際上甚至例如緊密接近X射線機。尤其有可能在設(shè)計方面以固定的方式將TOF-PET單元連接到(活動)X射線單元，以使在X射線設(shè)備的幾何示圖和TOF-PET單元的觀察線之間存在已知的關(guān)系。
上述類型的TOF-PET單元的檢測器元件的有效面積在所有情況下優(yōu)選為大約10mm2至大約400mm2，并且特別優(yōu)選為大約30mm2至大約100mm2。這里的“有效面積”指的是檢測器元件的靈敏范圍的面積，該面積垂直于兩個檢測器元件的連接線。
所述圖像生成設(shè)備例如可以是MRI設(shè)備和/或X射線投影設(shè)備，尤其是X射線計算機斷層成像設(shè)備。這樣的設(shè)備可以為身體部位的示圖提供高級別的位置分辨率，并且已經(jīng)存在于許多檢查實驗室中。
根據(jù)進一步的發(fā)展，所述的設(shè)備包括用于(優(yōu)選三維地)記錄身體部位中的PET示蹤劑的分布的PET設(shè)備。該身體部位典型地不同于利用TOF-PET單元在其中進行測量的身體部位。例如，通過附加PET設(shè)備，可以進行患者的頭部的三維描繪，以便觀察腦中的藥物動力學(xué)過程。在這里獲得的數(shù)據(jù)然后可以與血液中動態(tài)確定的PET示蹤劑濃度相結(jié)合。
數(shù)據(jù)處理單元可以可選地被布置成在由圖像生成設(shè)備所產(chǎn)生的一個或多個示圖中分割充滿血液的身體體積。在該情況下，該身體體積的空間位置可以自動地被確定，并且TOF-PET單元可以自動地朝向該空間位置。
根據(jù)所述設(shè)備的另一實施例，它包括用于描繪已經(jīng)利用圖像生成設(shè)備所生成的示圖的顯示設(shè)備，以及用于在這些示圖中交互地選擇身體體積的輸入裝置。在該情況下，例如在利用圖像生成設(shè)備生成的示圖上，醫(yī)生可以交互地指定充滿血液的身體體積，由此數(shù)據(jù)處理設(shè)備確定該身體體積的空間位置，并且使TOF-PET單元與該位置對準(zhǔn)。
正如已經(jīng)提到的，由TOF-PET單元觀察的充滿血液的身體體積尤其可以是主動脈或心臟的左心室，以使可以以靶向的方式觀察動脈血中的示蹤劑濃度。
本發(fā)明進一步涉及一種用于在體內(nèi)確定血液中PET示蹤劑濃度的方法，該方法包括以下步驟-生成身體部位的至少一個局部分辨示圖；-基于生成的所述示圖來確定充滿血液的身體體積的空間位置；-記錄從身體體積出來的湮滅量子，考慮它們的飛行時間。
因此所述方法通常包含可以用上述類型的設(shè)備執(zhí)行的步驟。關(guān)于該方法的細(xì)節(jié)、優(yōu)點以及進一步的特征，參考上面給出的描述。
特別地，可以進一步發(fā)展該方法，使得產(chǎn)生另外的身體部位的動態(tài)的、優(yōu)選三維的PET記錄，以及使得在這里獲得的數(shù)據(jù)與確定的血液中PET示蹤劑濃度相結(jié)合。這樣例如有可能在腦中或在其它身體部位中執(zhí)行藥物動力學(xué)檢查的過程，所述在腦中執(zhí)行藥物動力學(xué)檢查的過程由于血腦屏障而顯得非常重要。
在下面，本發(fā)明將借助于附圖
用例子進行闡明。該單個附圖示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的部件，所述部件用于確定患者血液中的示蹤劑濃度。
在所示的例子的情況下，所述設(shè)備包括X射線/計算機斷層成像單元，該單元用X射線源5和X射線檢測器6示意性地表示，所述X射線源5和X射線檢測器6被固定到C形臂上，并且可以與其圍繞患者1旋轉(zhuǎn)。X射線設(shè)備被連接到用于控制和圖像估算的數(shù)據(jù)處理單元7。根據(jù)在X射線設(shè)備掃描的情況下生成的投影照片，數(shù)據(jù)處理單元7可以以常見的方式生成通過患者1的身體的三維截面圖像A。該截面圖像A例如可以被表示在連接到數(shù)據(jù)處理單元7的監(jiān)視器8上。
借助于例如鼠標(biāo)9或鍵盤之類的輸入裝置，醫(yī)生可以在這樣的截面示圖A上選擇充滿血液的身體體積。這例如可以是分別充滿動脈血的主動脈或心臟的左心室?？商鎿Q地，借助于合適的圖像處理算法，數(shù)據(jù)處理單元7也可以被布置成在示圖A中自動地分割充滿血液的身體體積。
根據(jù)已被自動地或交互地設(shè)置在示圖A上的區(qū)域，數(shù)據(jù)處理單元7然后可以確定患者1的身體中的相應(yīng)體積元2的實際空間位置r，所述體積元充滿血液。
所述設(shè)備此外包括TOF-PET單元，在圖中僅僅示意性地示出了形成它的檢測器元件3a和3b。這些檢測器元件3a、3b彼此相對地位于患者1的身體的不同側(cè)，并且可以分別發(fā)現(xiàn)撞擊它們的伽馬量子。這樣的檢測器元件的結(jié)構(gòu)例如可以包括BaF2的閃爍晶體和光電倍增管，該結(jié)構(gòu)是已知的，因此不需在這里進一步詳細(xì)地進行描述。
檢測器元件3a、3b在所有情況下包括用于預(yù)處理測量信號的估算電子單元，并且被連接到數(shù)據(jù)處理單元7。通過相應(yīng)地指定濾波器參數(shù)，可以實現(xiàn)從由檢測器元件3a、3b所發(fā)現(xiàn)的相對較眾多的事件中選擇那些可歸因于湮滅過程的兩種伽馬量子γ1、γ2的事件。當(dāng)由于注入到患者1的血液中的示蹤劑的放射線衰變而引起正電子被釋放并且與電子一起湮滅時，產(chǎn)生這樣的量子對。在這里產(chǎn)生的伽馬量子γ1、γ2的能量大小差不多相同，并且其飛行方向近似完全相反。因此如果大約在相同的時間在兩個檢測器元件3a、3b發(fā)現(xiàn)了合適能量的伽馬量子，那么假設(shè)這些量子源自湮滅過程。這些伽馬量子γ1、γ2的起點必定位于檢測器元件3a、3b中發(fā)現(xiàn)點的連接線上，該連接線就是所謂的“反應(yīng)線”。
由于根據(jù)條件這必須是TOF-PET單元，因此檢測器元件3a、3b具有非常高的時間分辨率。這允許測量伽馬量子γ1、γ2的湮滅對之間的飛行時間差，然后由此可以關(guān)于這些伽馬量子在反應(yīng)線上的起點位置得出更準(zhǔn)確的結(jié)論。通過指定飛行時間差的窗口，由TOF-PET單元所觀察的體積元因此可以被定位在沿反應(yīng)線的任何地方。例如，在飛行時間差大約為零的情況下，所觀察的體積元準(zhǔn)確地位于兩個檢測器元件3a、3b的中間。特別是，由TOF-PET單元所觀察的體積元2可以被放置在如上所述利用CT 5、6所確定的位置r上，以使它完全位于充滿血液的身體體積中。這保證了TOF-PET單元準(zhǔn)確地測量血液中的示蹤劑濃度。
利用TOF-PET單元所觀察的體積元2的位置r可以可選地經(jīng)常通過照片用CT 5、6進行檢查和調(diào)整。此外可以想到通過心電圖連續(xù)記錄心搏動，并且使用僅僅來自某些心跳階段的TOF-PET單元的測量值，以便保證心臟處于特定位置，在該特定位置中，所觀察的體積元完全充滿血液。
在圖中還示意性地示出了PET檢測器4，利用該PET檢測器可以生成患者1的腦的三維PET圖像。在這些圖像上，有可能動態(tài)地跟蹤示蹤劑的分布。為了能夠從這樣的觀察導(dǎo)出有意義的藥物動力學(xué)模型，常常有必要同時知道動脈血中的示蹤劑濃度(所謂的“動脈輸入函數(shù)”)。如上所述，在這里所給出的設(shè)備的情況下，由TOF-PET單元可以有利地確定該信息。
權(quán)利要求
1.用于在體內(nèi)確定血液中的PET示蹤劑濃度的設(shè)備，包括-圖形生成設(shè)備(5，6)，用于身體部位的局部分辨描繪；-TOF-PET單元(3a，3b)，用于記錄預(yù)定體積元中的示蹤劑濃度；-數(shù)據(jù)處理單元(7)，其被耦合到所述圖像生成設(shè)備(5，6)和所述TOF-PET單元(3a，3b)，并且被布置成以這樣一種方式來設(shè)置所述TOF-PET單元(3a，3b)，即使得用此記錄的體積元(2)位于充滿血液的身體體積中，其中身體體積的空間位置(r)借助于所述圖像生成設(shè)備(5，6)來確定。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述TOF-PET單元包括彼此相對布置的兩個γ檢測器元件(3a，3b)、以及用于記錄湮滅量子(γ1，γ2)的飛行時間的相應(yīng)的估算電子單元。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，每個檢測器元件的有效面積大約為10mm2至大約400mm2。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述圖像生成設(shè)備包括MRI設(shè)備和/或X射線投影設(shè)備(5，6)，尤其是X射線計算機斷層成像設(shè)備。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，它包括用于優(yōu)選三維地記錄身體部位中的PET示蹤劑的分布的PET設(shè)備(4)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元(7)被布置成在由所述圖像生成設(shè)備(5，6)生成的圖像(A)中分割充滿血液的身體體積。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，它包括用于描繪已經(jīng)利用所述圖像生成設(shè)備(5，6)生成的示圖(A)的顯示設(shè)備(8)、以及用于在這些圖像(A)中交互地選擇身體體積的輸入裝置(9)。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，充滿血液的身體體積位于主動脈或心臟的左心室中。
9.一種用于在體內(nèi)確定血液中PET示蹤劑濃度的方法，該方法包括以下步驟-生成身體部位的至少一個局部分辨圖像(A)；-基于生成的所述圖像(A)來確定充滿血液的身體體積的空間位置(r)；-記錄從身體體積出來的湮滅量子(γ1，γ2)，考慮它們的飛行時間。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，產(chǎn)生另外的身體部位的動態(tài)的、優(yōu)選三維的PET記錄，以及在這里獲得的數(shù)據(jù)與確定的血液中PET示蹤劑濃度相結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于確定患者(1)的血液中的PET示蹤劑濃度的設(shè)備和方法。借助于X射線CT(5，6)，首先確定充滿血液的體積元(2)的空間位置(r)，所述體積元例如可以是主動脈或心臟的左心室的一部分。隨后，以這樣一種方式布置包括兩個檢測器元件的(3a，3b)的TOF－PET單元，即使得它確定該體積元(2)中的示蹤劑濃度，因而確定血液中的示蹤劑濃度。該值例如可以用在借助于三維PET單元(4)對患者(1)進行的藥物動力學(xué)檢查的體系中。
文檔編號A61B6/03GK1879039SQ200480033149
公開日2006年12月13日 申請日期2004年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者H·布雷斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司