PET-MRI - PET-MRI

Pozitronová emisní tomografie - zobrazování magnetickou rezonancí
PET-IRM-cabeza-Keosys.JPG
Snímek obrazovky počítače zobrazující snímek PET (vlevo nahoře), snímek MRI (vpravo nahoře) a kombinovaný snímek PET-MRI, kde jsou údaje PET překryty údaji MRI (vpravo dole)
Účelpoužívané v klinické oblasti onkologie

Pozitronová emisní tomografie - zobrazování magnetickou rezonancí (PET – MRI) je hybrid zobrazovací technologie který zahrnuje magnetická rezonance (MRI) měkké tkáně morfologické zobrazování a pozitronová emisní tomografie (PET) funkční zobrazování.[1]

Kombinace PET a MRI byla poprvé navržena v roce 1991 R. R. Raylmanem. [2] Simultánní detekce PET / MR byla poprvé představena v roce 1997, avšak trvalo to dalších 13 let a nové technologie detektorů, než byly klinické systémy komerčně dostupné.[3]

Aplikace

V současné době jsou hlavními klinickými poli PET-MRI onkologie,[4][5][6] kardiologie[7], neurologie[8][9][10], a neurovědy.[11] V současné době se aktivně provádějí výzkumné studie, aby se pochopily výhody nové diagnostické metody PET-MRI. Tato technologie kombinuje vynikající strukturální a funkční charakterizaci tkáně poskytované MRI s extrémní citlivostí PET na metabolismus a sledování jedinečně značených typů buněk nebo buněčných receptorů.

Výrobci

Několik společností nabízí klinický a předklinický kombinovaný systém PET-MR, klinické systémy jsou k dispozici u Philips, Siemens, GE. Ke kombinaci těchto dvou technologií existují různé přístupy. Některé designy jsou v zásadě samostatné stroje ve stejné místnosti s postelí, která může přenášet pacienta z jednoho skeneru do druhého.[12][13] Plně integrované systémy jsou technicky nejnáročnější k dosažení, ale poskytují největší výhody, pokud jde o schopnost provádět simultánní, přesně sladěné akvizice.[14][15]

Klinické systémy

První dva klinické Celé tělo Systémy PET-MRI instalovala společnost Philips v Mount Sinai Medical Center ve Spojených státech a v Ženevské univerzitní nemocnici v Švýcarsko v roce 2010. Systém obsahoval skener PET a MRI oddělené otočným lůžkem.[16][17]

Siemens byl první společností nabízející simultánní akvizice PET / MR, přičemž první systémy instalované v roce 2010 byly založeny na lavinová fotodioda detektory.[18][3]

16. února 2013[19]„Nemocnice Apollo zahájila první PET-MRI v jižní Asii[20][21].

V současné době jsou společnosti Siemens a GE jedinými společnostmi, které nabízejí plně integrované celé tělo a simultánní akviziční systém PET-MRI. Systém Siemens (Biograph mMR) obdržel a Značka CE[22] a FDA schválení[23] pro nákup zákazníků v roce 2011.

Systém GE (SIGNA PET / MR) získal v roce 2014 známku 510K & CE.[Citace je zapotřebí ]

Předklinické systémy

V současné době je kombinaci pozitronové emisní tomografie (PET) a magnetické rezonance (MRI) jako hybridní zobrazovací metody věnována velká pozornost nejen v rozvíjejících se klinických aplikacích, ale také v preklinické oblasti. V posledních letech bylo vyvinuto několik návrhů založených na několika různých typech technologie PET detektorů, z nichž některé byly použity pro první preklinické studie.[24][25][26]

Několik společností nabízí předklinické vložky skeneru PET kompatibilní s MR pro použití v otvoru stávajícího MRI, což umožňuje současné získávání PET / MR obrazu.[27][28][29][30]

Srovnání s PET-CT

Kombinace PET s rentgenem počítačová tomografie (CT) je zavedenější technologie zobrazování PET. U PET-CT i PET-MR je zamýšlenou výhodou kombinace funkční zobrazování poskytované PET, se strukturálním (anatomický ) informace z CT nebo MRI. I když obrázky z různých modalit shromážděné při různých relacích skenování mohou být překryty registrace obrázku simultánní akvizice nabízí lepší zarovnání obrázků a přímou korelaci. Kombinace zobrazovacích metod v jedné relaci skenování má také tu výhodu, že snižuje počet schůzek a tím zlepšuje pohodlí pacienta.[31][32]

Stejná klinická rozhodnutí, která by ovlivnila volbu mezi samostatným zobrazením CT nebo MR, by také určila oblasti, kde by byl preferován PET-CT nebo PET-MR.[14] Například jednou výhodou MRI ve srovnání s CT je jeho vynikající kontrast měkkých tkání, zatímco CT má tu výhodu, že je mnohem rychlejší než MRI.

Jedna jasná výhoda PET-MR ve srovnání s PET-CT je nižší součet dávka ionizujícího záření získané. U tělesných aplikací PET-CT představuje CT část vyšetření přibližně 60-80% dávky záření, přičemž zbývající dávka záření pochází z PET radiofarmaka.[33] Naproti tomu z MRI není získána žádná dávka ionizujícího záření. PET-MR je proto u dětí lákavý, zejména pro sériová následná vyšetření používaná při onkologii nebo chronických zánětlivých stavech.[34]

Oprava útlumu

Systémy PET-MRI nenabízejí přímý způsob získání útlum mapy, na rozdíl od samostatných systémů PET nebo PET-CT.[35][36]

Korekce útlumu (AC) u samostatných systémů PET je založena na přenosu skenování (mu - mapa) získaného pomocí a 68Ge (Germanium-68 ) zdroj rotující tyče, který přímo měří útlum fotonu při 511 keV.[35][37] Systémy PET-CT používají pro AC střídavé CT s nízkou dávkou. Protože rentgenové záření má rozsah energií nižších než 511 keV, jsou hodnoty AC blízce aproximovány Hounsfieldovy jednotky.[38]

Mezi intenzitou MR obrazu a intenzitou elektronu neexistuje žádná korelace, proto je konverze MR obrazů do mapy útlumu obtížná.[39][35][37] Jedná se o aktivní oblast výzkumu a byla vyvinuta řada přístupů. Jedna metoda používá Dixona Sekvence MRI, a segmenty výsledný obraz do tuku a vody s předem nastavenými faktory útlumu. Nevýhody této metody zahrnují nedostatek útlumu kostí a ztrátu skutečného kontinuálního rozsahu útlumových faktorů. Srovnání s útlumovými mapami PET-CT pro onkologické účely však ukázalo, že se jedná o použitelnou techniku.[37] Dixonovu metodu lze kombinovat s ultrakrátkými sekvencemi echo time (UTE), aby se lépe identifikovala kost a zvětšily se možné třídy tkáně pro segmentaci. Více sekvencí zvyšuje dobu pořízení MRI, a tím i riziko pohybových artefaktů.[40]

V oblastech těla s předvídatelnými strukturami (např. Hlava) lze použít segmentaci (kde je tkáň kategorizována pomocí obrazových dat MRI) nebo „atlasové“ metody. U metod atlasu lze standardní MR obraz s přidruženými údaji o útlumu CT pokřivit tak, aby odpovídal skutečné anatomii pacienta. Nevýhody této metody zahrnují potíže s neobvyklou anatomií, potřebu vhodné knihovny obrazů a potřebu zohlednit útlum cívky MR.[37] Zajímavé jsou také syntetické nebo substituční metody CT (sCT) pro generování dat podobných CT z MRI plánování radioterapie a byly primárně vyšetřovány na stránky v hlavě. Zatímco některé z nich používají atlasovou techniku, mnoho z nich používá a voxel přístup, kdy se k přiřazování hodnot hustoty elektronů používají skutečné intenzity voxelů (data kontrastu) v kombinaci se strojovým učením (trénovaným na datech MR / CT).[37][41][42]

V mnoha z výše uvedených metod Artefakty MRI (např. z fyziologického pohybu) může ovlivnit přesnost korekce útlumu.[37][43]

Viz také

Reference

  1. ^ Antoch, Gerald; Bockisch, Andreas (2008). „Combined PET / MRI: a new dimension in whole-body oncology imaging?“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. 36 (S1): 113–120. doi:10.1007 / s00259-008-0951-6. ISSN  1619-7070. PMID  19104802. S2CID  8153201.
  2. ^ „Redukce účinků pozitronového rozsahu aplikací magnetického pole: Pro použití s ​​pozitronovou emisní tomografií“. deepblue.lib.umich.edu. Citováno 2020-11-20.
  3. ^ A b Luna, Antonio; Vilanova, Joan C .; Jr, L. Celso Hygino da Cruz; Rossi, Santiago E. (2013). Funkční zobrazování v onkologii: biofyzikální základy a technické přístupy. Springer Science & Business Media. str. 421. ISBN  9783642404122.
  4. ^ Buchbender C; Heusner TA; Lauenstein TC; Bockisch A; et al. (Červen 2012). „Onkologický PET / MRI, část 1: nádory mozku, hlavy a krku, hrudníku, břicha a pánve“. Journal of Nuclear Medicine. 53 (6): 928–38. doi:10,2967 / jnumed.112.105338. PMID  22582048.
  5. ^ Buchbender C; Heusner TA; Lauenstein TC; Bockisch A; et al. (Srpen 2012). „Onkologický PET / MRI, část 2: kostní nádory, nádory měkkých tkání, melanom a lymfom“. Journal of Nuclear Medicine. 53 (8): 1244–52. doi:10,2967 / jnumed.112.109306. PMID  22782313.
  6. ^ Martinez-Möller A; Eiber M; Nekolla SG; et al. (Září 2012). „Aspekty pracovního postupu a skenovacího protokolu pro integrovaný celotělový PET / MRI v onkologii“. Journal of Nuclear Medicine. 53 (9): 1415–26. doi:10,2967 / jnumed.112.109348. PMID  22879079.
  7. ^ Rischpler C; Nekolla SG; Dregely I; Schwaiger M (březen 2013). „Hybridní PET / MR zobrazení srdce: potenciál, počáteční zkušenosti a budoucí vyhlídky“. Journal of Nuclear Medicine. 54 (3): 402–15. doi:10,2967 / jnumed.112.105353. PMID  23404088.
  8. ^ http://www.nih.gov/news/health/sep2011/cc-26.htm[úplná citace nutná ]
  9. ^ Dimou E; Booij J; Rodrigues M; et al. (Červen 2009). „Amyloid PET a MRI u Alzheimerovy choroby a mírného kognitivního poškození“. Současný výzkum Alzheimerovy choroby. 6 (3): 312–9. doi:10.2174/156720509788486563. PMID  19519314.
  10. ^ Bremner JD; Vythilingam M; Vermetten E; et al. (Květen 2003). „MRI a PET studie deficitů ve struktuře a funkci hipokampu u žen s dětským pohlavním zneužíváním a posttraumatickou stresovou poruchou“. American Journal of Psychiatry. 160 (5): 924–32. doi:10.1176 / appi.ajp.160.5.924. PMID  12727697.
  11. ^ Cho, Zang Hee; Syn, mladý Don; Choi, Eun Jung; Kim, Hang Keun; Kim, Jeong Hee; Lee, Sang Yoon; Ogawa, Seiji; Kim, Young Bo (3. srpna 2012). "Molekulární zobrazování lidského mozku in vivo s mozkovým systémem PET / MRI". Materiály magnetické rezonance ve fyzice, biologii a medicíně. 26 (1): 71–79. doi:10.1007 / s10334-012-0329-4. PMID  22864642. S2CID  10721235.
  12. ^ Torigian, Drew A .; Zaidi, Habib; Kwee, Thomas C .; Saboury, Babak; Udupa, Jayaram K .; Cho, Zang-Hee; Alavi, Abass (duben 2013). „PET / MR Imaging: Technical Aspects and Potential Clinical Applications“. Radiologie. 267 (1): 26–44. doi:10.1148 / radiol.13121038. PMID  23525716.
  13. ^ „Minulost, současnost a budoucnost PET / MRI skenerů“. Zprávy o zobrazovacích technologiích. 5. května 2017. Citováno 15. ledna 2019.
  14. ^ A b Jadvar, Hossein; Colletti, Patrick M. (leden 2014). „Konkurenční výhoda PET / MRI“. European Journal of Radiology. 83 (1): 84–94. doi:10.1016 / j.ejrad.2013.05.028. PMC  3800216. PMID  23791129.
  15. ^ Mannheim, Julia G .; Schmid, Andreas M .; Schwenck, Johannes; Katiyar, Prateek; Herfert, Kristina; Pichler, Bernd J .; Disselhorst, Jonathan A. (červenec 2018). „Hybridní systémy PET / MRI“. Semináře z nukleární medicíny. 48 (4): 332–347. doi:10.1053 / j.semnuclmed.2018.02.011. PMID  29852943.
  16. ^ Wood, Harry (28. května 2010). „Skener PET-MRI otevírá nové hranice v lékařském zobrazování“. Medical Technology Business Europe. Citováno 15. ledna 2019.
  17. ^ Muzic, Raymond F .; DiFilippo, Frank P. (červenec 2014). „Pozitronová emisní tomografie - magnetická rezonance: Technický přehled“. Semináře z rentgenologie. 49 (3): 242–254. doi:10.1053 / j.ro.2014.10.001. PMC  4451572. PMID  25497909.
  18. ^ Zaidi, Habib (2016). PET / MRI: Pokroky v instrumentaci a kvantitativních postupech, otázka klinik PET. Elsevier Health Sciences. ISBN  9780323417686.
  19. ^ Group, Apollo Hospitals. „Smt. Sheila Dikshit odhalila první jihoasijský PET SUITE v nemocnicích Indraprastha Apollo“. www.prnewswire.com. Citováno 2020-01-04.
  20. ^ „První jihoasijský PET-MR SUITE v nemocnicích Indraprastha Apollo!“. Nemocnice Apollo. Citováno 2020-01-04.
  21. ^ „První indické PET MRI skenovací centrum v Dillí | Cena, cena | PET-MRI“. Citováno 2020-01-04.
  22. ^ „Siemens získává značku CE pro celotělový molekulární systém MR“. Zdravotnický sektor, Siemens AG. 01.06.2011. Citováno 2014-01-05.
  23. ^ „FDA vymaže nový systém pro provádění současných PET, MRI skenů“. US Food and Drug Administration. 10. 06. 2011. Citováno 2014-01-04.
  24. ^ Judenhofer, Martin S .; Cherry, Simon R. (2013). "Aplikace pro preklinický PET / MRI". Semináře z nukleární medicíny. 43 (1): 19–29. doi:10.1053 / j.semnuclmed.2012.08.004. PMID  23178086.
  25. ^ Schulz, Volkmar; Weissler, Bjoern; Gebhardt, Pierre; Solf, Torsten; Lerche, Christoph; Fischer, Peter; Ritzert, Michael; Piemonte, Claudio; Goldschmidt, Benjamin; Vandenberghe, Stefaan; Salomon, Andre; Schaeffter, Tobias; Marsden, Paul (2011). Předklinická vložka PET / MR na bázi SiPM pro lidský 3T MR: první zobrazovací experimenty. Konference o jaderných vědách a konference o lékařském zobrazování (NSS / MIC), 2011 IEEE. 4467–4469. doi:10.1109 / NSSMIC.2011.6152496. ISBN  978-1-4673-0120-6. S2CID  27832030.
  26. ^ Wehner, Jakob; Weissler, Bjoern; Dueppenbecker, Peter; Gebhardt, Pierre; Schug, David; Ruetten, Walter; Kiessling, Fabian; Schulz, Volkmar (2013). „Vložka PET / MRI pomocí digitálních SiPM: Vyšetřování MR kompatibility“. Jaderné přístroje a metody ve fyzice Výzkum sekce A: Urychlovače, spektrometry, detektory a související zařízení. 734 (Pt B): 116–121. Bibcode:2014 NIMPA.734..116W. doi:10.1016 / j.nima.2013.08.077. PMC  4376059. PMID  25843999.
  27. ^ Omidvari, Negar; Cabello, Jorge; Topping, Geoffrey; Schneider, Florian Roland; Paul, Stephan; Schwaiger, Markus; Ziegler, Sibylle I (4. října 2017). „Hodnocení výkonu PET MADPET4: vložka PET pro malé zvíře pro 7-Tesla MRI skener“. Fyzika v medicíně a biologii. 62 (22): 8671–8692. doi:10.1088 / 1361-6560 / aa910d. PMID  28976912.
  28. ^ Wehner, J; Weissler, B; Dueppenbecker, P M; Gebhardt, P; Goldschmidt, B; Schug, D; Kiessling, F; Schulz, V (21. března 2015). „Posouzení MR kompatibility první předklinické vložky PET-MRI vybavené digitálními křemíkovými fotonásobiči“. Fyzika v medicíně a biologii. 60 (6): 2231–2255. Bibcode:2015PMB .... 60,2231 W.. doi:10.1088/0031-9155/60/6/2231. PMID  25684065.
  29. ^ Goldenberg, Joshua M .; Cárdenas-Rodríguez, Julio; Pagel, Mark D. (26. ledna 2018). „Předběžné výsledky, které hodnotí léčbu metforminem v preklinickém modelu rakoviny pankreatu pomocí simultánního [18F] FDG PET a acidoCEST MRI“. Molekulární zobrazování a biologie. 20 (4): 575–583. doi:10.1007 / s11307-018-1164-4. PMC  6043393. PMID  29374343.
  30. ^ Nagy, Kálmán; Tóth, Miklós; Major, Péter; Patay, Győző; Egri, G .; Häggkvist, Jenny; Varrone, Andrea; Farde, Lars; Halldin, Christer; Gulyás, Balázs (2013). „Hodnocení výkonu PET / MRI systému nanoScan malých zvířat“. Journal of Nuclear Medicine. 54 (10): 1825–1832. doi:10,2967 / jnumed.112.119065. PMID  23990683.
  31. ^ Kaplan, Deborah Abrams (12. června 2013). „PET / MRI: Úvahy dva roky po schválení FDA“. Diagnostické zobrazování. Citováno 15. ledna 2019.
  32. ^ Pichler BJ, Wehrl HF, Kolb A, Judenhofer MS (2008). „Pozitronová emisní tomografie / magnetická rezonance: nová generace multimodálního zobrazování?“. Semin Nucl Med. 38 (3): 199–208. doi:10.1053 / j.semnuclmed.2008.02.001. PMC  2762705. PMID  18396179.
  33. ^ Martí-Climent, Josep M .; Prieto, Elena; Morán, Verónica; Sancho, Lidia; Rodríguez-Fraile, Macarena; Arbizu, Javier; García-Velloso, María J .; Richter, José A. (prosinec 2017). „Efektivní odhad dávky pro onkologické a neurologické postupy PET / CT“. Výzkum EJNMMI. 7 (1): 37. doi:10.1186 / s13550-017-0272-5. ISSN  2191-219X. PMC  5403773. PMID  28439843.
  34. ^ Ehman, Eric C .; Johnson, Geoffrey B .; Villanueva-Meyer, Javier E .; Cha, Soonmee; Leynes, Andrew Palmera; Larson, Peder Eric Zufall; Hope, Thomas A. (listopad 2017). „PET / MRI: Kde by to mohlo nahradit PET / CT?“. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 46 (5): 1247–1262. doi:10.1002 / jmri.25711. PMC  5623147. PMID  28370695.
  35. ^ A b C Keereman, Vincent; Mollet, Pieter; Berker, Yannick; Schulz, Volkmar; Vandenberghe, Stefaan (01.02.2013). "Výzvy a současné metody korekce útlumu v PET / MR". Materiály magnetické rezonance ve fyzice, biologii a medicíně. 26 (1): 81–98. doi:10.1007 / s10334-012-0334-7. ISSN  0968-5243. PMID  22875599. S2CID  22198626.
  36. ^ van Dalen, Jorn A .; Visser, Eric P .; Vogel, Wouter V .; Corstens, Frans H. M .; Oyen, Wim J. G. (01.03.2007). "Dopad korekce útlumu na základě Ge-68 ∕ Ga-68 versus CT na PET". Lékařská fyzika. 34 (3): 889–897. Bibcode:2007MedPh..34..889V. doi:10.1118/1.2437283. ISSN  2473-4209. PMID  17441234.
  37. ^ A b C d E F Wagenknecht, Gudrun; Kaiser, Hans-Jürgen; Mottaghy, Felix M .; Herzog, Hans (2013-02-01). „MRI pro korekci útlumu v PET: metody a výzvy“. Materiály magnetické rezonance ve fyzice, biologii a medicíně. 26 (1): 99–113. doi:10.1007 / s10334-012-0353-4. ISSN  0968-5243. PMC  3572388. PMID  23179594.
  38. ^ Bai, Chuanyong; Shao, Ling; Silva, A. J. Da; Zhao, Zuo (říjen 2003). "Zobecněný model pro převod z čísel CT na koeficienty lineárního útlumu". Transakce IEEE v jaderné vědě. 50 (5): 1510–1515. Bibcode:2003ITNS ... 50.1510B. doi:10.1109 / tns.2003.817281. ISSN  0018-9499.
  39. ^ Hofmann, Matthias; Pichler, Bernd; Schölkopf, Bernhard; Beyer, Thomas (01.03.2009). „Směrem ke kvantitativnímu PET / MRI: přehled technik korekce útlumu založených na MR“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. 36 (1): 93–104. doi:10.1007 / s00259-008-1007-7. ISSN  1619-7070. PMID  19104810.
  40. ^ Vandenberghe, Stefaan; Marsden, Paul K (21. února 2015). „PET-MRI: přehled výzev a řešení při vývoji integrovaného zobrazování multimodality“. Fyzika v medicíně a biologii. 60 (4): R115 – R154. arXiv:1510.04875. Bibcode:2015PMB .... 60R.115V. doi:10.1088 / 0031-9155 / 60/4 / R115. PMID  25650582.
  41. ^ Edmund, Jens M .; Nyholm, Tufve (26. ledna 2017). „Přehled substituční generace CT pro radiační terapii pouze MRI“. Radiační onkologie. 12 (1): 28. doi:10.1186 / s13014-016-0747-r. PMC  5270229. PMID  28126030.
  42. ^ Larsson, Anne; Johansson, Adam; Axelsson, Jan; Nyholm, Tufve; Asklund, Thomas; Riklund, Katrine; Karlsson, Mikael (7. září 2012). "Hodnocení metody korekce útlumu pro PET / MR zobrazení hlavy na základě náhradních CT snímků". Materiály magnetické rezonance ve fyzice, biologii a medicíně. 26 (1): 127–136. doi:10.1007 / s10334-012-0339-2. PMID  22955943. S2CID  7334804.
  43. ^ Hofmann, Matthias; Pichler, Bernd; Schölkopf, Bernhard; Beyer, Thomas (23. prosince 2008). „Směrem ke kvantitativnímu PET / MRI: přehled technik korekce útlumu založených na MR“. Evropský žurnál nukleární medicíny a molekulárního zobrazování. 36 (S1): 93–104. doi:10.1007 / s00259-008-1007-7. PMID  19104810.