ПЭТ-МРТ
Позитронно-эмиссионная томография–магнитно-резонансная томография | |
---|---|
Снимок экрана компьютера, показывающий изображение ПЭТ (вверху слева), изображение МРТ (вверху справа) и комбинированное изображение ПЭТ-МРТ, где данные ПЭТ наложены на данные МРТ (внизу справа) | |
Цель | используется в клинической области онкологии |
Позитронно-эмиссионная томография–магнитно-резонансная томография ( ПЭТ–МРТ ) — это гибридная технология визуализации , которая включает в себя с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ) морфологическую визуализацию мягких тканей и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) функциональную визуализацию . [1]
Комбинация ПЭТ и МРТ была упомянута в докторской диссертации Р. Рэйлмана в 1991 году. [2] Одновременное обнаружение ПЭТ/МРТ было впервые продемонстрировано в 1997 году, однако потребовалось еще 13 лет и новые детекторные технологии, чтобы клинические системы стали коммерчески доступными. [3]
Приложения
[ редактировать ]В настоящее время основными клиническими областями ПЭТ-МРТ являются онкология , [4] [5] [6] кардиология , [7] неврология , [8] [9] [10] и нейробиология . [11] В настоящее время активно проводятся научные исследования, направленные на понимание преимуществ нового метода диагностики ПЭТ-МРТ. Технология сочетает в себе изысканную структурную и функциональную характеристику тканей, обеспечиваемую МРТ, с чрезвычайной чувствительностью ПЭТ-изображений метаболизма и отслеживанием уникально меченных типов клеток или клеточных рецепторов.
Производители
[ редактировать ]Несколько компаний предлагают клиническую и доклиническую комбинированную систему ПЭТ-МР; Клинические системы доступны от United Imaging , Philips , Siemens и GE . Существуют различные подходы к сочетанию этих двух технологий. Некоторые конструкции по сути представляют собой отдельные машины в одной комнате с кроватью, на которой можно переносить пациента с одного сканера на другой. [12] [13] Полностью интегрированные системы являются наиболее сложными с технической точки зрения, но они обеспечивают наибольшие преимущества с точки зрения возможности производить одновременные и точно согласованные сборы данных. [14] [15]
Клинические системы
[ редактировать ]Первые две клинические системы ПЭТ-МРТ всего тела были установлены компанией Philips в Медицинском центре Маунт-Синай в США и в Университетской больнице Женевы в Швейцарии в 2010 году. Система включала в себя ПЭТ- и МРТ-сканеры, разделенные вращающейся кроватью. [16] [17]
Siemens была первой компанией, предложившей одновременный сбор данных ПЭТ/МР: в 2010 году были установлены первые системы на основе лавинных фотодиодных детекторов. [18] [3]
В настоящее время Siemens и GE являются единственными компаниями, предлагающими полностью интегрированную систему ПЭТ-МРТ всего тела с одновременным получением изображений. Система Siemens (Biograph mMR) получила знак CE. [19] и FDA одобрение [20] для покупки клиентом в 2011 году.
Система GE (SIGNA PET/MR) получила знак 510K и CE в 2014 году. [ нужна ссылка ]
Доклинические системы
[ редактировать ]В настоящее время сочетание позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) как гибридного метода визуализации привлекает большое внимание не только в новых клинических приложениях, но и в доклинической области. В последние годы было разработано несколько конструкций, основанных на нескольких различных типах технологий ПЭТ-детекторов, некоторые из которых использовались для первых доклинических исследований. [21] [22] [23]
Некоторые компании предлагают вставки для доклинического ПЭТ-сканера, совместимые с МРТ, для использования в канале существующего МРТ, что позволяет одновременно получать изображения ПЭТ/МР. [24] [25] [26] [27]
Сравнение с ПЭТ-КТ
[ редактировать ]Комбинация ПЭТ с рентгеновской компьютерной томографией (КТ) является более распространенной технологией визуализации ПЭТ. Преимуществом как ПЭТ-КТ, так и ПЭТ-МР является объединение функциональной визуализации, полученной с помощью ПЭТ, со структурной ( анатомической ) информацией, полученной с помощью КТ или МРТ. Хотя изображения разных модальностей, собранные в разных сеансах сканирования, могут быть наложены друг на друга при регистрации изображений , одновременное получение обеспечивает лучшее выравнивание изображений и прямую корреляцию. Объединение методов визуализации в одном сеансе сканирования также имеет то преимущество, что сокращает количество посещений и, следовательно, повышает комфорт пациента. [28] [29]
Те же клинические решения, которые повлияют на выбор между автономной КТ или МРТ, также будут определять области, в которых будет предпочтительнее ПЭТ-КТ или ПЭТ-МР. [14] Например, одним из преимуществ МРТ по сравнению с КТ является превосходная контрастность мягких тканей, а преимущество КТ заключается в том, что она намного быстрее, чем МРТ.
Одним из явных преимуществ ПЭТ-МР по сравнению с ПЭТ-КТ является более низкая общая полученная доза ионизирующего излучения . При применении ПЭТ-КТ тела КТ-часть исследования составляет примерно 60-80% дозы облучения, а оставшаяся доза радиации приходится на ПЭТ- радиофармацевтический препарат . [30] Напротив, с помощью МРТ не получена никакая доза ионизирующего излучения. Поэтому ПЭТ-МР привлекательна для детей, особенно для периодических последующих обследований, используемых при онкологических или хронических воспалительных заболеваниях. [31]
Коррекция затухания
[ редактировать ]Системы ПЭТ-МРТ не предлагают прямого способа получения карт затухания , в отличие от автономных систем ПЭТ или ПЭТ-КТ. [32] [33]
Коррекция затухания (AC) автономных ПЭТ-систем основана на сканировании передачи (мю-карта), полученном с использованием 68 Источник с вращающимся стержнем Ge ( германий-68 ), который напрямую измеряет затухание фотонов при энергии 511 кэВ. [32] [34] В системах ПЭТ-КТ используется низкодозная компьютерная томография для определения переменного тока. Поскольку рентгеновские лучи имеют диапазон энергий ниже 511 кэВ, значения переменного тока близко приближены к единицам Хаунсфилда . [35]
Между интенсивностью МР-изображения и интенсивностью электронов нет корреляции, поэтому преобразование МР-изображений в карту затухания затруднено. [36] [32] [34] Это активная область исследований, и был разработан ряд подходов. Один метод использует последовательность МРТ Диксона и сегментирует полученное изображение на жир и воду с заранее установленными коэффициентами ослабления. Недостатки этого метода включают отсутствие костного затухания и потерю истинного непрерывного диапазона факторов затухания. Однако сравнение с картами затухания ПЭТ-КТ для онкологических целей показало, что этот метод можно использовать. [34] Метод Диксона можно комбинировать с последовательностями сверхкороткого времени эхо (UTE), чтобы лучше идентифицировать кость и увеличить возможные классы ткани для сегментации. Большее количество последовательностей увеличивает время получения данных МРТ и, следовательно, риск возникновения артефактов движения. [37]
В областях тела с предсказуемыми структурами (например, голова) можно использовать методы сегментации (когда ткань классифицируется с использованием данных изображения МРТ) или методы «атласа». В методах атласа стандартное МР-изображение с соответствующими данными затухания КТ можно деформировать, чтобы оно соответствовало фактической анатомии пациента. Недостатки этого метода включают сложность необычной анатомии, необходимость в подходящей библиотеке изображений и необходимость учета затухания МР-катушки. [34] Методы синтетической или заместительной КТ (сКТ) для получения КТ-подобных данных из МРТ также представляют интерес для планирования лучевой терапии и в первую очередь исследуются на участках головы. Хотя некоторые из них используют метод атласа, многие используют воксельный подход, при котором фактическая интенсивность вокселей (данные о контрастности) используется в сочетании с машинным обучением (обученным на данных МРТ/КТ) для присвоения значений электронной плотности. [34] [38] [39]
Во многих из вышеперечисленных методов артефакты МРТ (например, вызванные физиологическим движением) могут влиять на точность коррекции затухания. [34] [40]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Анточ, Джеральд; Бокиш, Андреас (2008). «Комбинированная ПЭТ/МРТ: новое измерение в визуализации онкологии всего тела?». Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 36 (С1): 113–120. дои : 10.1007/s00259-008-0951-6 . ISSN 1619-7070 . ПМИД 19104802 . S2CID 8153201 .
- ^ «Уменьшение эффектов диапазона позитронов за счет применения магнитного поля: для использования с позитронно-эмиссионной томографией» . ПроКвест 303945199 .
- ^ Jump up to: а б Луна, Антонио; Виланова, Джоан С.; Хиджино да Круз, Л. Селсо-младший; Росси, Сантьяго Э. (2013). Функциональная визуализация в онкологии: биофизические основы и технические подходы . Springer Science & Business Media. п. 421. ИСБН 9783642404122 .
- ^ Бухбендер С; Хойснер Т.А.; Лауэнштайн ТЦ; Бокиш А; и др. (июнь 2012 г.). «Онкологическая ПЭТ/МРТ, часть 1: опухоли головного мозга, головы и шеи, грудной клетки, брюшной полости и таза» . Журнал ядерной медицины . 53 (6): 928–38. дои : 10.2967/jnumed.112.105338 . ПМИД 22582048 .
- ^ Бухбендер С; Хойснер Т.А.; Лауэнштайн ТЦ; Бокиш А; и др. (август 2012 г.). «Онкологическая ПЭТ/МРТ, часть 2: опухоли костей, опухолей мягких тканей, меланома и лимфома» . Журнал ядерной медицины . 53 (8): 1244–52. дои : 10.2967/jnumed.112.109306 . ПМИД 22782313 .
- ^ Мартинес-Мёллер А; Эйбер М; Неколла С.Г.; и др. (сентябрь 2012 г.). «Аспекты рабочего процесса и протокола сканирования для комплексной ПЭТ/МРТ всего тела в онкологии» . Журнал ядерной медицины . 53 (9): 1415–26. дои : 10.2967/jnumed.112.109348 . ПМИД 22879079 .
- ^ Ришплер С; Неколла С.Г.; Дрегели I; Швайгер М. (март 2013 г.). «Гибридная ПЭТ/МРТ сердца: потенциал, первоначальный опыт и перспективы на будущее» . Журнал ядерной медицины . 54 (3): 402–15. дои : 10.2967/jnumed.112.105353 . ПМИД 23404088 .
- ^ «Визуализация пациентов с черепно-мозговыми травмами стала быстрее и безопаснее благодаря новым технологиям НИЗ» . 18 сентября 2015 г.
- ^ Диму Э; Буидж Дж; Родригес М; и др. (июнь 2009 г.). «Амилоидная ПЭТ и МРТ при болезни Альцгеймера и легких когнитивных нарушениях». Текущие исследования болезни Альцгеймера . 6 (3): 312–9. дои : 10.2174/156720509788486563 . ПМИД 19519314 .
- ^ Бремнер Дж.Д.; Витилингам М; Верметтен Э; и др. (май 2003 г.). «МРТ и ПЭТ-исследование нарушений структуры и функции гиппокампа у женщин, перенесших сексуальное насилие в детстве и посттравматическое стрессовое расстройство». Американский журнал психиатрии . 160 (5): 924–32. дои : 10.1176/appi.ajp.160.5.924 . ПМИД 12727697 .
- ^ Чо, Занг Хи; Сын, Молодой Дон; Чхве, Ын Юнг; Ким, Ханг Гын; Ким, Чон Хи; Ли, Сан Юн; Огава, Сэйдзи; Ким, Ён Бо (3 августа 2012 г.). «Молекулярная визуализация мозга человека in vivo с помощью специальной системы ПЭТ/МРТ». Магнитно-резонансные материалы в физике, биологии и медицине . 26 (1): 71–79. дои : 10.1007/s10334-012-0329-4 . ПМИД 22864642 . S2CID 10721235 .
- ^ Торигиан, Дрю А.; Заиди, Хабиб; Кви, Томас С.; Сабури, Бабак; Удупа, Джаярам К.; Чо, Занг Хи; Алави, Абасс (апрель 2013 г.). «ПЭТ/МРТ: технические аспекты и потенциальные клинические применения». Радиология . 267 (1): 26–44. дои : 10.1148/radiol.13121038 . ПМИД 23525716 .
- ^ «Прошлое, настоящее и будущее ПЭТ/МРТ-сканеров» . Новости технологий обработки изображений . 5 мая 2017 года . Проверено 15 января 2019 г.
- ^ Jump up to: а б Джадвар, Хосейн; Коллетти, Патрик М. (январь 2014 г.). «Конкурентное преимущество ПЭТ/МРТ» . Европейский журнал радиологии . 83 (1): 84–94. дои : 10.1016/j.ejrad.2013.05.028 . ПМК 3800216 . ПМИД 23791129 .
- ^ Мангейм, Юлия Г.; Шмид, Андреас М.; Швенк, Йоханнес; Катияр, Пратик; Херферт, Кристина; Пихлер, Бернд Дж.; Диссельхорст, Джонатан А. (июль 2018 г.). «Гибридные системы ПЭТ/МРТ». Семинары по ядерной медицине . 48 (4): 332–347. doi : 10.1053/j.semnuclmed.2018.02.011 . ПМИД 29852943 . S2CID 46924919 .
- ^ Вуд, Гарри (28 мая 2010 г.). «Сканер ПЭТ-МРТ открывает новые горизонты в области медицинской визуализации» . Медицинские технологии Бизнес Европа . Проверено 15 января 2019 г.
- ^ Мьюзик, Раймонд Ф.; ДиФилиппо, Фрэнк П. (июль 2014 г.). «Позитронно-эмиссионная томография-магнитно-резонансная томография: технический обзор» . Семинары по рентгенологии . 49 (3): 242–254. дои : 10.1053/j.ro.2014.10.001 . ПМЦ 4451572 . ПМИД 25497909 .
- ^ Заиди, Хабиб (2016). ПЭТ/МРТ: достижения в области приборов и количественных процедур, проблема ПЭТ-клиник . Elsevier Науки о здоровье. ISBN 9780323417686 .
- ^ «Siemens получает знак CE для системы молекулярной МРТ всего тела» . Сектор здравоохранения, Siemens AG. 1 июня 2011 года . Проверено 5 января 2014 г.
- ^ «FDA разрешило новую систему для одновременного выполнения ПЭТ и МРТ» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. 10 июня 2011 года . Проверено 4 января 2014 г.
- ^ Юденхофер, Мартин С.; Черри, Саймон Р. (2013). «Применение доклинической ПЭТ/МРТ». Семинары по ядерной медицине . 43 (1): 19–29. doi : 10.1053/j.semnuclmed.2012.08.004 . ПМИД 23178086 .
- ^ Шульц, Фолькмар; Вайслер, Бьёрн; Гебхардт, Пьер; Сольф, Торстен; Лерш, Кристоф; Фишер, Питер; Ритцерт, Майкл; Пьемонте, Клаудио; Гольдшмидт, Бенджамин; Ванденберге, Стефан; Саломон, Андре; Шеффтер, Тобиас; Марсден, Пол (2011). «Доклиническая вставка ПЭТ/МР на основе SiPM для 3Т МРТ человека: первые эксперименты по визуализации». Протокол конференции симпозиума по ядерной науке IEEE 2011 года . стр. 4467–4469. дои : 10.1109/NSSMIC.2011.6152496 . ISBN 978-1-4673-0120-6 . S2CID 27832030 .
- ^ Венер, Якоб; Вайслер, Бьорн; Дюппенбекер, Питер; Гебхардт, Пьер; Шуг, Дэвид; Рюттен, Уолтер; Кисслинг, Фабиан; Шульц, Фолькмар (2013). «Вставка ПЭТ/МРТ с использованием цифровых SiPM: исследование совместимости с МР» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 734 (Часть Б): 116–121. Бибкод : 2014NIMPA.734..116W . дои : 10.1016/j.nima.2013.08.077 . ПМК 4376059 . ПМИД 25843999 .
- ^ Омидвари, Негар; Кабельо, Хорхе; Топпинг, Джеффри; Шнайдер, Флориан Роланд; Пол, Стефан; Швайгер, Маркус; Циглер, Сивилла I (4 октября 2017 г.). «Оценка эффективности ПЭТ MADPET4: вставка ПЭТ для мелких животных для МРТ-сканера с силой 7 Тесла». Физика в медицине и биологии . 62 (22): 8671–8692. дои : 10.1088/1361-6560/aa910d . ПМИД 28976912 . S2CID 4352807 .
- ^ Венер, Дж; Вайслер, Б; Дюппенбекер, премьер-министр; Гебхардт, П; Гольдшмидт, Б; Щуг, Д; Кисслинг, Ф; Шульц, В. (21 марта 2015 г.). «Оценка МР-совместимости первой доклинической вставки ПЭТ-МРТ, оснащенной цифровыми кремниевыми фотоумножителями» . Физика в медицине и биологии . 60 (6): 2231–2255. Бибкод : 2015PMB....60.2231W . дои : 10.1088/0031-9155/60/6/2231 . ПМИД 25684065 .
- ^ Гольденберг, Джошуа М.; Карденас-Родригес, Хулио; Пейгель, Марк Д. (26 января 2018 г.). «Предварительные результаты оценки лечения метформином на доклинической модели рака поджелудочной железы с использованием одновременной ПЭТ с [18F] ФДГ и ацидоCEST МРТ» . Молекулярная визуализация и биология . 20 (4): 575–583. дои : 10.1007/s11307-018-1164-4 . ПМК 6043393 . ПМИД 29374343 .
- ^ Надь, Кальман; Тот, Миклош; Майор, Питер; Патай, Гёзо; Эгри, Г.; Хэггквист, Дженни; Варроне, Андреа; Фарде, Ларс; Халлдин, Кристер; Гуляш, Балаж (2013). «Оценка производительности системы nanoScan ПЭТ/МРТ для мелких животных» . Журнал ядерной медицины . 54 (10): 1825–1832. дои : 10.2967/jnumed.112.119065 . ПМИД 23990683 .
- ^ Каплан, Дебора Абрамс (12 июня 2013 г.). «ПЭТ/МРТ: размышления через два года после одобрения FDA» . Диагностическая визуализация . Проверено 15 января 2019 г.
- ^ Пихлер Б.Дж. , Верль Х.Ф., Кольб А., Юденхофер М.С. (2008). «Позитронно-эмиссионная томография/магнитно-резонансная томография: новое поколение мультимодальной визуализации?» . Семин Нукл Мед . 38 (3): 199–208. doi : 10.1053/j.semnuclmed.2008.02.001 . ПМК 2762705 . ПМИД 18396179 .
- ^ Марти-Климент, Хосеп М.; Прието, Елена; Моран, Вероника; Санчо, Лидия; Родригес-Фрайле, Макарена; Арбису, Хавьер; Гарсия-Веллосо, Мария Х.; Рихтер, Хосе А. (декабрь 2017 г.). «Оценка эффективной дозы при онкологических и неврологических процедурах ПЭТ/КТ» . Исследование EJNMMI . 7 (1): 37. дои : 10.1186/s13550-017-0272-5 . ISSN 2191-219Х . ПМЦ 5403773 . ПМИД 28439843 .
- ^ Эман, Эрик С.; Джонсон, Джеффри Б.; Вильянуэва-Мейер, Хавьер Э.; Ча, Сунми; Лейнс, Эндрю Палмера; Ларсон, Педер Эрик Зуфалл; Хоуп, Томас А. (ноябрь 2017 г.). «ПЭТ/МРТ: где она может заменить ПЭТ/КТ?» . Журнал магнитно-резонансной томографии . 46 (5): 1247–1262. дои : 10.1002/jmri.25711 . ПМЦ 5623147 . ПМИД 28370695 .
- ^ Jump up to: а б с Киреман, Винсент; Молле, Питер; Беркер, Янник; Шульц, Фолькмар; Ванденберге, Стефан (1 февраля 2013 г.). «Проблемы и современные методы коррекции затухания в ПЭТ/МР». Магнитно-резонансные материалы в физике, биологии и медицине . 26 (1): 81–98. дои : 10.1007/s10334-012-0334-7 . ISSN 0968-5243 . ПМИД 22875599 . S2CID 22198626 .
- ^ ван Дален, Йорн А.; Виссер, Эрик П.; Фогель, Воутер В.; Корстенс, Франс Х.М.; Ойен, Вим Дж.Г. (1 марта 2007 г.). «Влияние коррекции затухания на основе Ge-68 / Ga-68 по сравнению с КТ на ПЭТ». Медицинская физика . 34 (3): 889–897. Бибкод : 2007МедФ..34..889В . дои : 10.1118/1.2437283 . ISSN 2473-4209 . ПМИД 17441234 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Вагенкнехт, Гудрун; Кайзер, Ханс-Юрген; Моттаги, Феликс М.; Херцог, Ганс (1 февраля 2013 г.). «МРТ для коррекции затухания при ПЭТ: методы и проблемы» . Магнитно-резонансные материалы в физике, биологии и медицине . 26 (1): 99–113. дои : 10.1007/s10334-012-0353-4 . ISSN 0968-5243 . ПМЦ 3572388 . ПМИД 23179594 .
- ^ Бай, Чуаньонг; Шао, Линг; Сильва, Эй Джей Да; Чжао, Цзо (октябрь 2003 г.). «Обобщенная модель преобразования чисел ТТ в коэффициенты линейного затухания». Транзакции IEEE по ядерной науке . 50 (5): 1510–1515. Бибкод : 2003ИТНС...50.1510Б . дои : 10.1109/tns.2003.817281 . ISSN 0018-9499 .
- ^ Хофманн, Матиас; Пихлер, Бернд; Шёлкопф, Бернхард; Бейер, Томас (1 марта 2009 г.). «На пути к количественной ПЭТ/МРТ: обзор методов коррекции затухания на основе МРТ» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 36 (1): 93–104. дои : 10.1007/s00259-008-1007-7 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-C595-F . ISSN 1619-7070 . ПМИД 19104810 .
- ^ Ванденберге, Стефан; Марсден, Пол К. (21 февраля 2015 г.). «ПЭТ-МРТ: обзор проблем и решений в развитии интегрированной мультимодальной визуализации» . Физика в медицине и биологии . 60 (4): Р115–Р154. arXiv : 1510.04875 . Бибкод : 2015ПМБ....60Р.115В . дои : 10.1088/0031-9155/60/4/R115 . ПМИД 25650582 .
- ^ Эдмунд, Йенс М.; Нюхольм, Туфве (26 января 2017 г.). «Обзор альтернативного поколения КТ вместо лучевой терапии, основанной только на МРТ» . Радиационная онкология . 12 (1): 28. дои : 10.1186/s13014-016-0747-y . ПМК 5270229 . ПМИД 28126030 .
- ^ Ларссон, Энн; Йоханссон, Адам; Аксельссон, Ян; Нюхольм, Туфве; Аскланд, Томас; Риклунд, Катрин; Карлссон, Микаэль (7 сентября 2012 г.). «Оценка метода коррекции затухания для ПЭТ / МРТ головы на основе замещающих КТ-изображений». Магнитно-резонансные материалы в физике, биологии и медицине . 26 (1): 127–136. дои : 10.1007/s10334-012-0339-2 . ПМИД 22955943 . S2CID 7334804 .
- ^ Хофманн, Матиас; Пихлер, Бернд; Шёлкопф, Бернхард; Бейер, Томас (23 декабря 2008 г.). «На пути к количественной ПЭТ/МРТ: обзор методов коррекции затухания на основе МРТ» . Европейский журнал ядерной медицины и молекулярной визуализации . 36 (С1): 93–104. дои : 10.1007/s00259-008-1007-7 . hdl : 11858/00-001M-0000-0013-C595-F . ПМИД 19104810 .