ES2315428T3 - Procedimiento para exploraciones spect. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la realización de un procedimiento tomográfico usando un dispositivo con un colimador multi-orificio (3) y un detector para el registro de cuantos gamma o fotones (6), que pasan a través del colimador multi-orificio, en el que la distancia entre un dispositivo de sujeción para un objeto (1) y el colimador multi-orificio (3) es menor que la distancia entre el colimador multi-orificio (3) y la superficie (2) del detector, en el que las distancias de los orificios individuales en el colimador multi-orificio (3) así como el tamaño y posición del objeto (1) se seleccionan de tal manera que los conos conformados por medio de los cuantos gamma o fotones (6) se cortan parcialmente en la superficie (2) del detector, y en el que se usa un procedimiento de reconstrucción según el que se asumen diferentes distribuciones de los radiofármacos en el objeto, a partir de ello se calculan resultados de medición que conseguirían las distribuciones asumidas y, como resultado de reconstrucción, se selecciona la distribución asumida cuyo resultado de medición calculado coincide mejor con el resultado de medición obtenido, realizándose la variante MLEM de la reconstrucción multi-orificio por medio de un algoritmo que tiene en cuenta la sensibilidad dependiente del lugar y la función de proyección dependiente del lugar de una apertura multi-orificio con orificios posicionados/inclinados arbitrariamente.
Description
Procedimiento para exploraciones SPECT.
La invención se refiere a un procedimiento para
la tomografía, en particular para la tomografía de cuantos gamma
individuales (SPECT).
La tomografía de fotones individuales se refiere
a un procedimiento junto con los dispositivos correspondientes para
las representaciones tridimensionales de radiofármacos que son
introducidos en un objeto. Como objeto pueden estar previstos
humanos o animales. Los radiofármacos introducidos en el objeto
emiten cuantos gamma. Los cuantos gamma son registrados y evaluados
por el dispositivo. Como resultado de la evaluación se obtiene la
posición, es decir, la distribución espacial de los radiofármacos
en el objeto. La posición de los radiofármacos permite, por su
lado, sacar conclusiones relativas al objeto, por ejemplo, de este
modo, relativas a una distribución de tejido en el objeto.
Un dispositivo conocido para la realización de
una tomografía con cuantos gamma individuales comprende una cámara
gamma y un colimador conectado por delante. En el caso del
colimador se trata, por reglar general, de una placa de plomo con
un gran número de canales que conducen perpendicularmente a través
de la placa. Al prever canales se garantiza, por un lado, que sólo
se registren los cuantos gamma que inciden perpendicularmente y,
por otro lado, que sea posible una medición espacial. La cámara se
desplaza, conjuntamente con el colimador, alrededor del objeto.
Gracias a ello se obtiene un gran número de informaciones
espaciales. En este caso se trata de las denominadas tomas de
proyección. A partir de las informaciones espaciales obtenidas
alrededor del objeto se puede determinar a continuación la posición
de los radiofármacos en el objeto.
Para poder suprimir la radiación difusa
ocasionada por los cuantos gamma, se requiere, por lo general, otra
información de la energía. Debido a esto, la cámara está realizada,
por regla general, de tal manera se puede determinar al mismo
tiempo la energía de los cuantos gamma incidentes.
La radiación difusa presenta fundamentalmente
una energía menor en comparación con la radiación medida real. De
este modo se puede eliminar la radiación difusa no teniendo en
cuenta para ello cuantos gamma con menor energía. Igualmente puede
ser interesante fijar un límite superior de la energía de los
cuantos gamma, para poder eliminar radiación de fondo.
El procedimiento descrito previamente, o bien el
dispositivo descrito previamente pertenece al conocimiento técnico
general, ya que estos procedimientos y dispositivos se emplean
desde hace ya más de treinta años.
La tomografía de cuantos gamma individuales
(SPECT) y la tomografía de emisión de positrones (PET) representan
instrumentos para la representación cuantitativa de distribuciones
de indicadores radioactivos espaciales in vivo. Además de en
la medicina para personas, estos procedimientos se pueden emplear
en la investigación farmacológica y preclínica para el desarrollo
y evaluación de nuevas uniones de indicadores radioactivos.
Mientras que en el PET hoy en día están disponibles diversos
sistemas para la investigación de pequeños animales de laboratorio,
en el área del SPECT hasta ahora no ha habido desarrollos
correspondientes, o sólo en una dimensión insuficiente, y esto
aunque los radiofármacos marcados como TC-99m e
I-123 tienen en la medicina nuclear una importancia
mayor que los núclidos PET.
Con un SPECT de animales de alta resolución y de
alta sensibilidad se conseguiría para la investigación preclínica
la ventaja de un procedimiento que cuidaría de los animales, con el
que se podrían realizar estudios significativos de modo dinámico y
repetible en un individuo. Esto se favorece gracias al hecho de que
en los radioisótopos mencionados anteriormente se pueden conseguir
actividades extremadamente elevadas (aprox. Factor 100 respecto a
núclidos PET), que son indispensables para mediciones sin errores
in vivo (dosis de masa reducida). Para ello se han de
realizar desarrollos que lo acompañan de métodos de marcado
correspondientes.
Para mejorar la resolución espacial respecto al
estado de la técnica mencionado al comienzo se emplea un colimador
de orificio en la tomografía de cuantos gamma individuales. Un
colimador de orificio se caracteriza por medio de un orificio único
a través del cual penetran los cuantos gamma. En caso de que el
objeto se encuentre más cerca del colimador de orificio que de la
superficie de una cámara gamma o de un detector, entonces gracias a
ello se consigue finalmente una mayor resolución espacial. A
través del colimador de orificio penetran los cuantos gamma no
exclusivamente de modo perpendicular. En su lugar, éstos entran y
vuelven a salir en forma de cono. Puesto que el cono que se
encuentra tras el colimador de orificio es mayor que el cono que
hay por delante del colimador de orificio, como resultado se
consigue una mejora de la resolución espacial en comparación con el
estado de la técnica mencionado al comienzo.
En un colimador de orificio se ha de prever una
abertura de paso pequeña o un orificio pequeño, a través del cual
penetren los cuantos gamma, para conseguir así una buena resolución
espacial. Cuando más pequeño es el orificio, sin embargo, menos
cuantos gamma entran a través de este orificio. Debido a esto, a
medida que se hace más pequeño el orificio decrece, de modo
desventajoso, la sensibilidad del dispositivo. La sensibilidad se
define como la relación entre la velocidad de cómputo y la
actividad existente en el objeto.
\newpage
Si esta sensibilidad se hace muy pequeña,
entonces finalmente ya no es posible la realización de una
tomografía de cuantos gamma individuales.
Del documento US 5,245,191 se conoce un
procedimiento de tomografía en el que se emplea un colimador
multi-orificio. Este documento contiene el
aprendizaje de que la resolución es mayor cuanto menor es la
distancia entre un objeto y el colimador
multi-orificio, o bien cuando mayor se selecciona
la distancia entre el detector y el colimador
multi-orificio. Sin embargo, del documento se puede
extraer que se pueden solapar exclusivamente las proyecciones que
inciden en el detector, lo que es descrito como problemático.
El documento "Meikle, Steven y col.: IEEE
Transactions on Nuclear Science, Tomo 48, Nº 3, Junio 2001
(2001-06), páginas 816-821,
XP011042003 Nueva York, US" describe algunos resultados de una
simulación por ordenador con la que se investigan diferentes
situaciones de un procedimiento de tomografía usando un colimador
multi-orificio y un algoritmo de reconstrucción.
El objetivo de la invención es la creación de un
procedimiento del tipo mencionado al comienzo con el que se pueda
medir con alta resolución y alta sensibilidad.
El objetivo de la invención se consigue con un
procedimiento según la reivindicación 1.
El dispositivo usado para la realización del
procedimiento comprende un colimador multi-orificio
junto con un detector para el registro de los cuantos gamma que
penetran a través del colimador multi-orificio. El
colimador, así pues, presenta un gran número de aberturas de paso.
En una configuración de la invención, el detector está realizado de
tal manera que ésta también es capaz de determinar la energía de
los cuantos gamma incidentes.
Puesto que el colimador presenta varios
orificios, la sensibilidad del dispositivo aumenta de modo
correspondiente. El empleo de un colimador de orificio, frente al
empleo del tipo de colimadores con los que sólo se registran los
rayos que inciden de modo perpendicular, tiene la ventaja de la
mayor resolución espacial. Con ello está disponible un dispositivo
con buena resolución espacial y buena sensibilidad.
Durante el funcionamiento del dispositivo, el
objeto se encuentra más cerca del colimador
multi-orificio que la superficie de la cámara o del
detector, para conseguir una buena resolución espacial. En el
dispositivo, la sujeción para el objeto (diván del paciente),
debido a ello, se encuentra más cerca del colimador
multi-orificio que la cámara o el detector.
Las distancias de los diferentes pasos u
orificios en el colimador multi-orificio están
seleccionadas de tal manera que los conos que inciden sobre la
cámara, como máximo, se cortan parcialmente. Para la consecución de
una buena resolución espacial, así como una buena sensibilidad,
representa una ventaja el hecho de permitir regiones de corte. En
una configuración de la invención, éstas no representan más del
30%, preferentemente hasta el 70% de la superficie total de un cono
que está formado por medio de los cuantos gamma que penetran a
través de un orificio del colimador
multi-orificio.
En la tomografía de orificio convencional
(tomografía de "pinhole"), el centro del orificio se encuentra
en la perpendicular central del detector. Además, el eje del
orificio, es decir, el eje de simetría del orificio del colimador,
está dispuesto perpendicularmente al detector. Se usa entonces un
procedimiento de reconstrucción en el que se parte de que el cuanto
gamma, que incide desde el centro del objeto sobre la cámara,
conforma un ángulo recto con la superficie de la cámara. La base
del cono que se conforma en la cámara es fundamentalmente
circular.
Esta situación normalmente no es el caso cuando
se emplea un colimador multi-orificio. Debido a
esto, se proporciona un procedimiento de reconstrucción que tiene
en cuenta las condiciones variables. En caso de que un cuanto gamma
originado desde el centro del objeto no incida ya
perpendicularmente sobre la superficie de la cámara o del detector,
entonces no se conforma ningún cono circular (estado idealizado) en
la superficie de la cámara. En su lugar, el cono se conforma
fundamentalmente en forma de una elipse en la cámara. Según la
invención, este problema se soluciona empleando un procedimiento de
reconstrucción iterativo. El punto de partida del procedimiento de
reconstrucción iterativo es una distribución asumida en el objeto,
y en concreto, por regla general, una distribución espacial. Se
calcula entonces qué resultado de medición alcanzaría la
distribución asumida. El resultado calculado se compara con el
resultado medido real. A continuación se toma una nueva
distribución modificada. De nuevo se calcula el resultado
conformado en la cámara de esta nueva distribución. Se compara de
nuevo. Se constata si la nueva distribución se corresponde mejor
con el resultado medido. De esta manera, después de la realización
de un número suficiente de pasos, se determina una distribución
cuyo resultado calculado coincide suficientemente bien con el
resultado real (resultado de medición). El procedimiento de
reconstrucción iterativo finaliza, en particular, cuando el
resultado calculado coincide con el medido con una precisión
prefijada. El procedimiento de iteración comprende, así pues, una
denominada proyección hacia delante, es decir, el cálculo del
resultado de una distribución asumida.
El procedimiento iterativo presenta además la
ventaja de que se pueden calcular regiones de solape de los conos
conformados en la superficie de la cámara o del detector, y se
pueden comparar con el resultado real. Debido a ello, también por
esta razón, se ha de preferir a otros procedimientos de
reconstrucción. De este modo, así pues, es posible permitir
regiones de solape, y de este modo llegar a buenas resoluciones
espaciales.
En una configuración de la invención, el
colimador multi-orificio comprende una placa que
está hecha de wolframio e iridio. Estos materiales presentan un
coeficiente de extinción mejor frente a cuantos gamma en
comparación con el plomo. El iridio es el más indicado entre los
materiales mencionados para extinguir cuantos gamma. Sin embargo,
el iridio es muy caro. Debido a ello, por razones de costes, se
emplea wolframio en los lugares en los que los requerimientos
relativos al comportamiento de extinción son menores. De iridio se
hacen las partes de la placa en las que los requerimientos
relativos a la extinción de cuantos gama son especialmente grandes.
En este caso se trata, en particular, de las regiones de la placa
que limitan con los orificios.
Un orificio en la placa desemboca
preferentemente desde ambos lados en forma de embudo en la placa.
Aquí son los requerimientos relativos a la extinción especialmente
elevados, y en concreto, en particular, en la pared del orificio.
Debido a ello, las paredes del embudo están hechas preferentemente
de iridio. La placa tiene un grosor entonces típicamente de 3 a 10
mm.
Los cuantos gamma que parten desde el interior
del objeto son extinguidos por regla general dependiendo del
tejido. Según el estado de la técnica, para tener en cuenta esta
extinción en la evaluación se parte de un coeficiente de extinción
homogéneo que se corresponde con el coeficiente de extinción del
agua. Además, la extinción depende de los contornos del objeto. En
una configuración de la invención, en el marco de la evaluación se
determina el contorno exterior del objeto, y se calcula la
extinción dependiendo del contorno. De esta manera se obtienen
resultados mejorados.
La medida para el contorno exterior del objeto
es la radiación difusa de Compton. En una configuración de la
invención, debido a ello, se mide la radiación difusa de Compton,
por ejemplo, en una denominada ventana de Compton. En el
procedimiento de reconstrucción se tiene en cuenta la radiación
difusa de Compton, y a partir de ella se determina el contorno del
objeto.
En caso de que incida un cuanto gamma sobre una
cámara o sobre el detector, entonces se mide el lugar de la
incidencia con una imprecisión típica de la cámara o del detector.
En otra configuración del procedimiento se tiene en cuenta en la
proyección hacia delante, en la que se basa el procedimiento de
reconstrucción iterativo, la característica de proyección, es
decir, la imprecisión típica de la cámara o del detector, en la
evaluación. De nuevo, la consideración de la imprecisión en la
medición se realiza por medio de un procedimiento de iteración del
tipo mencionado anteriormente de modo fiable.
En caso de que una fuente radiante que se
encuentre en el objeto se encuentre alejada, en proporción, del
colimador multi-orificio (es decir, en una región
del objeto que está especialmente alejada del colimador), entonces
se reduce la sensibilidad. En una configuración del procedimiento
de reconstrucción, en la proyección hacia delante se tiene en
cuenta esta sensibilidad decreciente.
El procedimiento de proyección de la cámara o
del detector depende igualmente de la distancia que hay entre la
fuente radiante y el colimador multi-orificio. Este
procedimiento de proyección que varía dependiendo de la distancia
se tiene en cuenta igualmente de modo iterativo en una
configuración del procedimiento.
A continuación se indican partes de programa
adecuadas para un procedimiento de iteración, que son capaces de
ejecutar los pasos conformes a la invención mencionados
anteriormente. Los programas comprenden los parámetros de entrada
mencionados a continuación. Además, se indican los valores típicos
de este tipo de parámetros de entrada. El concepto de
"pinhole" se usa como sinónimo para el concepto de
"oficio" (del colimador multi-orificio).
Por lo que se refiere cálculo del perfil o del
contorno del objeto, se lleva a cabo el cálculo del perfil del
objeto en una forma de realización en la iteración "cero".
Para ello se hace uso de una característica de la radiación Compton
que en realidad degrada la calidad de la imagen: los cuantos gamma
detectados en dirección incorrecta.
Los cuantos gamma detectados en la dirección
incorrecta representan un sustrato en las proyecciones que empeora
de modo sostenido la calidad de la imagen. Sin embargo, también
pueden ser útiles. Éstos ocasionan que en prácticamente todos los
casos clínicos aparezca toda la extensión del paciente en las
proyecciones. Incluso en el caso en el que un indicador
radioactivo, es decir un radiofármacos, se haya de acumular de modo
muy específico en un órgano definido de un modo muy ajustado, de
este modo, sin embargo, también parecen salir cuantos de todas las
otras regiones del paciente llevadas a proyección. En realidad,
éstos son cuantos que tienen su origen en el órgano definido de un
modo ajustado, si bien como consecuencia de la difusión Compton
parece que "iluminen" a todo el paciente. Se hace uso de esta
circunstancia para calcular el perfil del objeto.
El cálculo se realiza en varias etapas:
1) Realización de proyecciones "binarias".
Representan una simplificación de las proyecciones reales, en
tanto que en ellas cada contenido de pixel mayor que cero se pone
con el valor uno.
Lo fundamental para ello es la fijación de
umbrales realizada por el usuario, que en tanto que sea conclusiva
separa la proyección del propio objeto investigado, es decir, del
paciente, del fondo. El cálculo del umbral se orienta a un máximo
promediado que se conforma a partir de todas las proyecciones.
2) Retroproyección de las proyecciones binarias
en el espacio del objeto.
3) A partir de la "variedad" de los
vóxeles (pequeño elemento de volumen, en la mayoría de los casos
cúbico), es decir, la frecuencia con la que un vóxel se ve bajo la
geometría del colimador correspondiente en todos los ángulos de las
proyecciones, se fija un umbral (determinado de modo heurístico
para la geometría correspondiente, vóxeles que en una primera
aproximación pertenecen al espacio del interior del cuerpo. (La
limitación del espacio del interior del cuerpo es el perfil del
cuerpo.)
4) Plegado múltiple con núcleo de plegado
3d.
5) Repetición del punto 3
6) Ejecución dos veces de:
- a)
- Plegado 3d
- b)
- Adición del vóxel en el que se ha plegado algo al espacio interior del cuerpo.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
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Un archivo de apertura tiene típicamente la
siguiente construcción:
\vskip1.000000\baselineskip
En el caso de la primera entrada se trata del
número de los orificios. Cada una de las siguientes filas describe
un "pinhole". El significado de las entradas es el
siguiente:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La construcción fundamental del dispositivo se
ilustra a partir de la figura.
Un objeto 1 se encuentra más cerca de un
colimador multi-orificio 3 que de una superficie
del detector 2. El colimador multi-orificio 3
presenta orificios 4 que desembocan desde ambos lados en forma de
embudo en el colimador 3, para de este modo hacer posible un paso
de cuantos gamma incidentes de modo oblicuo a través de los
orificios. Las puntas 5 del colimador multi-orificio
3 están hechas de iridio. El resto de regiones del colimador
multi-orificio 3 están hechas de wolframio. Los
cuantos gamma 6 van a parar desde el objeto 1 a través de los
orificios 4 sobre la superficie del detector 2. El objeto 1, de
esta manera, se amplia en la superficie del detector 2. Entre los
conos individuales que están conformados por medio de los cuantos
gamma hay regiones de corte 7.
En la figura, los orificios 4 presentan
distancia uniformes entre ellos. En una configuración de la
invención, las distancias son irregulares.
Claims (1)
1. Procedimiento para la realización de un
procedimiento tomográfico usando un dispositivo con un colimador
multi-orificio (3) y un detector para el registro
de cuantos gamma o fotones (6), que pasan a través del colimador
multi-orificio, en el que la distancia entre un
dispositivo de sujeción para un objeto (1) y el colimador
multi-orificio (3) es menor que la distancia entre
el colimador multi-orificio (3) y la superficie (2)
del detector, en el que las distancias de los orificios
individuales en el colimador multi-orificio (3) así
como el tamaño y posición del objeto (1) se seleccionan de tal
manera que los conos conformados por medio de los cuantos gamma o
fotones (6) se cortan parcialmente en la superficie (2) del
detector, y en el que se usa un procedimiento de reconstrucción
según el que se asumen diferentes distribuciones de los
radiofármacos en el objeto, a partir de ello se calculan resultados
de medición que conseguirían las distribuciones asumidas y, como
resultado de reconstrucción, se selecciona la distribución asumida
cuyo resultado de medición calculado coincide mejor con el
resultado de medición obtenido, realizándose la variante MLEM de la
reconstrucción multi-orificio por medio de un
algoritmo que tiene en cuenta la sensibilidad dependiente del lugar
y la función de proyección dependiente del lugar de una apertura
multi-orificio con orificios posicionados/inclinados
arbitrariamente.
Applications Claiming Priority (2)
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