УСТРОЙСТВО И СПОСОБ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПОСТРОЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК G06T1/00 A61B5/55 

Настоящая заявка относится к молекулярному построению изображения в медицине. Хотя она имеет конкретное применение к ядерному медицинскому построению изображения, она также относится к другим модальностям построения изображения в доклинических и других немедицинских условиях.

Ядерное медицинское построение изображения - это разновидность медицинского диагностического построения изображения, при котором измеряется распределение радиофармацевтического препарата в биологических системах пациента. Ядерное построение изображения особенно полезно для обеспечения информации как на функциональном уровне, так и на молекулярном уровне, и широко используется в диагностике и лечении рака и заболеваний сердца, в медицинских и фармакологических исследованиях и в других клинических и исследовательских приложениях.

Ввиду их широкого клинического применения, сканеры ядерного построения изображения общего назначения получили широкое распространение. Традиционно, эти сканеры включают в себя гамма-камеры, например сканеры для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (SPECT). В последнее время позитронные устройства, например сканеры для позитронной эмиссионной томографии (PET), получили клиническое признание. Сканеры общего назначения обычно адаптированы или могут быть настроены на получение изображения различных частей тела (двумя общеизвестными примерами являются сердечные и телесные сканеры) и обычно включают в себя различные протоколы получения изображения, реконструкции, отображения и другие протоколы, которые можно регулировать на основании требований конкретного сканирования.

Примеры коммерчески доступных гамма-камер включают в себя сканеры Skylight^(TM), Forte^(TM), Meridian^(TM) и CardioMD^(TM) производства Philips Medical Systems. Примером общеизвестного PET сканера является система Gemini^(TM), доступная от Philips Medical Systems. Также были разработаны и другие гибридные сканеры, которые включают в себя ядерные медицинские сканеры и модальность построения изображения, например компьютерная томография (CT) или магнитный резонанс (MR), которые обеспечивают анатомическую или другую комплементарную информацию. Примером гибридных сканеров являются гибридная система PET/CT Gemini^(TM) и гибридная система SPECT/CT Precedence^(TM), которые также доступны от Philips Medical Systems.

Ядерные медицинские сканеры также пригодны для использования в пограничной области молекулярного построения изображения (MI). В общем случае, MI использует молекулярные агенты для обеспечения информации о молекулярных путях в теле и в особенности о тех, которые являются основными целями в болезненных процессах. MI позволяет обнаруживать, диагностировать и лечить заболевание в организме (т.е. внутри тела), а также имеет возможность указывать, насколько хорошо работает конкретное лечение.

Разработке MI способствовали последние достижения в области молекулярной и клеточной биологии, новые методы составления комбинированных лекарств и тестирование с высокой пропускной способностью. Примеры особенно перспективных методов MI включают в себя построение изображения на основе антитела, меченного радиоактивным изотопом, радиоизотопное лимфатическое картирование и построение изображения на основе рецептора, меченного радиоактивным изотопом.

В общем случае, построение изображения на основе антитела, меченного радиоактивным изотопом, использует радиофармацевтические препараты, имеющие антитела или фрагменты антител, которые нацелены на поверхностные белковые антигены опухоли. Примеры агентов на основе антитела, меченного радиоактивным изотопом, построения изображения включают в себя capromab pendetide на основе индия-111 (ProstaScint^(TM), arsitumomab на основе технеция Tc-99m (CEA-Scan^(TM)) и satumomab pendetide (Onco-Scint CR/OV^(TM)).

Радиоизотопное лимфатическое картирование зависит от скорости транспортировки и движения изотопного индикатора по лимфатическому каналу, которая, в свою очередь, зависит от размера частицы изотопного индикатора. Идеальный лимфосцинтиграфический агент должен проходить относительно быстро от места введения к лимфатической системе, но задерживаться в лимфатических узлах в течение периода времени, который согласуется с процедурой построения изображения. Хотя лимфатическое картирование осуществлялось с использованием радиофармацевтических препаратов, например серного коллоида технеция Tc 99m, дополнительное исследование, вероятно, даст дополнительные и еще более эффективные агенты.

Построение изображения на основе рецептора, меченного радиоактивным изотопом, опирается на идею о том, что другие опухоли могут переэкспрессировать определенные типы рецепторов. Конкретные пептиды, связанные с этими типами рецепторов, можно маркировать определенными радиоизотопами и на их основании строить изображение. Доступные в настоящее время агенты включают в себя пентетреотид (OctreoScan), депреотид на основе технеция Tc 99m (Neotect) и апцитид технеция Tc 99m (Acutect).

Конечно, выше приведено лишь несколько примеров существующих радиоизотопных индикаторов и их применений в ядерном построении изображения; дальнейшие исследования также, вероятно, приведут к расширению диапазона и применимости методов MI как в ядерном построении изображения, так и в других модальностях. В зависимости от нужд приложения и их химии, для радиомаркировки посредством молекулярных агентов можно использовать различные другие изотопы, в порядке примера, но без ограничения, Tc-99m, In-111, Ga-68, I-123, I-131, Tl-201, Krm-81, Y-90 и Re-188.

Хотя можно разработать методы и агенты MI с использованием ядерных (или другой модальности) сканеров общего назначения, остается возможность для усовершенствования. Обычно разработчик лекарств разрабатывает агент для конкретного заболевания на основании нужной специфичности, динамической производительности, требований к дозировке, степени очистки и прочих характеристик. Разработчик обычно использует доступную камеру как устройство построения изображения для подтверждения агента. В этом случае, разработчик обычно имеет ограниченную возможность изменения устройства построения изображения в соответствии с конкретными требованиями агента. Например, агент может иметь хорошую биологическую корреляцию с заболеванием, но также может иметь быструю очистку, для которой система камеры не предназначена. Если агент хорошо привязан к месту заболевания, но также относительно неспецифичен, также может вноситься шум. В качестве еще одного примера, агент может достигать стационарного состояния относительно медленно, в результате чего относительное распределение активности изменяется с течением времени. В каждом из этих примеров, идентификация или принятие эффективного агента или приложения может задерживаться. В предельных случаях, перспективный в других отношениях агент даже может быть полностью пропущен.

Взаимодействие характеристик агента и сканера также может влиять на значение данных сканирования в клинических или исследовательских приложениях. Например, протоколы, используемые в ядерных камерах, традиционно основаны на технологической модели, в которой пользователь или оператор выбирает нужный протокол сбора данных, реконструкции, отображения и другие протоколы на индивидуальной основе. Хотя такая модель показала свою успешность в использовании общего назначения, она может быть не вполне оптимальной в случаях, предусматривающих использование различных специализированных агентов MI, имеющих свои собственные уникальные требования.

Аспекты настоящего изобретения относятся к этим и другим вопросам.

Согласно одному аспекту функциональная система построения изображения включает в себя систему сбора данных, систему реконструкции и систему отображения. Функциональная система построения изображения избирательно оптимизируется для использования с молекулярным агентом. Функциональная система построения изображения дополнительно включает в себя средство приема внешнего ввода, указывающего нужный агент молекулярного построения изображения, средство автоматической регулировки, по меньшей мере, одной из характеристики системы сбора данных, характеристики системы реконструкции и характеристики системы отображения на основании нужного молекулярного агента.

Согласно еще одному аспекту способ молекулярного построения изображения включает в себя этапы, на которых принимают пользовательский ввод, указывающий агент молекулярного построения изображения, собирают данные сканирования для молекулярного построения изображения согласно протоколу сбора данных, реконструируют данные сканирования согласно протоколу реконструкции и отображают информацию, указывающую реконструированные данные сканирования, согласно протоколу отображения. По меньшей мере, один из протокола сбора данных, протокола реконструкции и протокола отображения автоматически устанавливается компьютером на основании пользовательского ввода.

Согласно еще одному аспекту изобретения способ включает в себя этапы, на которых идентифицируют подходящие характеристики молекулярного агента, идентифицируют подходящие характеристики системы построения изображения, оценивают производительность цепи построения изображения, на основании результата оценивания, регулируют характеристику, по меньшей мере, одного из молекулярного агента и системы построения изображения и обеспечивают, по меньшей мере, одно из молекулярного агента и системы построения изображения, который/ая включает в себя отрегулированные характеристики.

Согласно еще одному аспекту компьютерно-считываемый носитель информации содержит компьютерно-считываемую структуру данных для использования в молекулярном построении изображения. Структура данных включает в себя идентификатор, по меньшей мере, первой системы построения изображения и характеристику, по меньшей мере, первой системы построения изображения, связанную с идентификатором, по меньшей мере, первой системы построения изображения. Характеристика, по меньшей мере, первой системы построения изображения идентифицирует нужную конфигурацию первой системы построения изображения в процедуре молекулярного построения изображения, использующей указанный молекулярный агент.

Согласно еще одному аспекту изобретения способ молекулярного построения изображения включает в себя этапы, на которых используют сеть связи для доступа к удаленно расположенной структуре данных, загружают информацию, указывающую нужную характеристику системы построения изображения, из структуры данных, причем нужная характеристика системы построения изображения связана с указанным молекулярным агентом. Способ также включает в себя этапы, на которых используют загруженные данные для установления характеристики системы построения изображения и применяют систему построения изображения согласно установленной характеристике.

Согласно еще одному аспекту компьютерно-считываемый носитель информации содержит инструкции, которые, при выполнении на компьютере, предписывают компьютеру осуществлять способ, который включает в себя этапы, на которых принимают ввод, указывающий нужный молекулярный агент, идентифицируют, на основании нужного молекулярного агента, характеристику, по меньшей мере, первой системы построения изображения и передают характеристику системы построения изображения на систему построения изображения.

Согласно еще одному аспекту устройство пользовательского интерфейса включает в себя компьютерное устройство ввода, которое принимает пользовательский ввод, который идентифицирует один из, по меньшей мере, первого и второго молекулярных агентов, и компьютерное устройство отображения, которое отображает информацию, полученную путем исследования объекта посредством построения изображения, проведенного с использованием идентифицированного молекулярного агента. Информация отображается в форме, воспринимаемой человеком, согласно протоколу отображения, который автоматически устанавливается на основании пользовательского ввода.

Согласно еще одному аспекту способ обеспечения агента построения изображения включает в себя этапы, на которых задают интересующую область и модальность построения изображения, выбирают агент молекулярного построения изображения, который нацелен на интересующую область и который можно наблюдать в заданной модальности, задают набор параметров, которые позволяют оптимизировать систему построения изображения заданной модальности, и сообщают набор параметров системе построения изображения.

Другие аспекты настоящего изобретения специалисты в данной области техники смогут понять из нижеследующего подробного описания.

Изобретение можно реализовать в различных компонентах и конфигурациях компонентов и в различных этапах и последовательностях этапов. Чертежи призваны лишь иллюстрировать предпочтительные варианты осуществления, но не ограничивать изобретение.

Фиг.1A-D - цепь ядерного медицинского построения изображения.

Фиг.2 - оптимизации для иллюстративного молекулярного агента.

Фиг.3 - система ядерного медицинского построения изображения.

Фиг.4 - способ молекулярного построения изображения.

Фиг.5 - способ формирования цепи молекулярного построения изображения.

Фиг.6 - компьютерная база данных, содержащая характеристики системы построения изображения для совокупности систем построения изображения.

С одной точки зрения, желательно обеспечить систему на основе решения, в которой молекулярный агент 102 рассматривается как компонент конструкции системы совместно с механическими, электрическими, программными и другими компонентами интегрированного молекулярного агента системы построения изображения. С другой точки зрения, желательно также обеспечить усовершенствованную последовательность операций, в которой различные компоненты молекулярного агента системы построения изображения представляются пользователю в интегрированном виде.

Взаимодействие между различными частями системы ядерного построения изображения, в которой молекулярный агент 102 моделируется как часть цепи 100 построения изображения, представлено на фиг.1A-1D. Цепь 100 построения изображения включает в себя молекулярный агент 102, систему 104 сбора данных/камеры, систему реконструкции 106, систему диагностики 108, систему отображения 110 и другие вводы 112.

Молекулярный агент 102 имеет такие характеристики, как скорость поглощения 114, скорость вымывания 116, дозировка 118, кинетическое поведение 120, целевое место 122, распределение 124 и энергия 126, которые влияют на поведение и эффективность агента построения изображения. Молекулярный агент 102 также может включать в себя терапевтический компонент.

Согласно фиг.1A система 104 сбора данных/камеры включает в себя систему ядерного построения изображения, например сканер SPECT или PET, который генерирует данные, указывающие акты распада радиоизотопов в теле пациента или другом исследуемом объекте. Система 104 сбора данных обычно включает в себя различные протоколы или варианты конфигурации, например время 128 сбора данных, распределение 130 времени для каждого угла, время ожидания 132, аппаратную и/или программную конфигурацию 134 системы, конфигурацию 136 системы коллиматора и размер 140 матрицы.

Двойная стрелка 142 указывает, что одна или несколько из характеристик молекулярного агента 102 может влиять на нужные характеристики 127 системы сбора данных. Поэтому желательно оптимизировать различные параметры, чтобы цепь 100 построения изображения действовала в интегрированном режиме.

В общем случае, предпочтительно более короткое время 128 сбора данных. Однако когда интерес представляет кинетическое поведение 120 агента 102, может быть желательно осуществлять несколько более коротких сборов данных. Кроме того, в общем случае, желательно минимизировать дозировку 118 агента. Оптимальные дозировка 118 и время 128 сбора данных обычно взаимосвязаны, с учетом таких факторов, как скорость поглощения 114, индивидуальная переносимость и качество изображения.

В частности, при построении изображения методом SPECT или в других ситуациях, когда позиции детектора сканера могут изменяться, также может быть желательно варьировать время сбора данных как функцию угла, что обозначено позицией 130, для улучшения статистики или иной оптимизации данных для последующей реконструкции. Например, в случае построения изображения кровоснабжения миокарда, сбор данных передних 180 градусов часто используется вместо того, чтобы тратить половину времени сбора данных в позиции передних 180 градусов и другую половину в позиции задних 180 градусов. Специалистам в данной области техники хорошо известно, что такая конфигурация является компромиссом между разрешением и однородностью для увеличенных отсчетов в области миокарда.

Время ожидания 132 после введения агента 102 является еще одним релевантным параметром сбора данных. Во многих случаях, сбор данных начинается, когда агент 102 находится в стационарном состоянии или близком к нему. В других случаях, и особенно когда агент имеет относительно продолжительное время поглощения, нужное время ожидания 132 может становиться компромиссом между условием стационарного состояния и активностью, оставшейся в теле. Однако, моделируя поведение агента в ходе реконструкции, время ожидания после введения часто можно сократить, а также можно получить дополнительные отсчеты. Для облегчения введения агента 102, также можно установить нужный протокол введения или инъекции агента. Затем протокол передается на устройство инъекции или другое устройство ввода дозы через подходящий интерфейс для автоматического или инициируемого пользователем введения в координации со сбором данных.

Параметры конфигурации 134 системы сбора данных могут включать в себя как аппаратные, так и программные параметры. Иллюстративные параметры аппаратной конфигурации включают в себя параметры позиционирования камеры, например угловое или другое физическое соотношение между детекторами (например, противоположное, перпендикулярное или другое нужное угловое или физическое соотношение), радиальную позицию детектора и нужные орбиты сканирования (например, круговые, эллиптические, спиральные и т.п.). Когда конфигурацию системы 104 сбора данных можно регулировать, регулировку можно производить, при необходимости, на основании требований конкретного сканирования. Также предусмотрены специализированные сканеры, которые оптимизированы для использования в конкретной области анатомии (например, сердечные, грудные или мозговые системы) или с конкретной характеристикой препарата 102 (например, энергией, скоростью отсчета и т.п.). В случае программного или программно-аппаратного обеспечения, можно обеспечить различные конфигурации или модули.

Конфигурация системы коллиматора 136 обычно выбирается для оптимизации пространственного разрешения и чувствительности выборки, при этом коллиматор или коллиматоры, используемые при сканировании, выбираются соответствующим образом. В иллюстративном случае, когда интересующая область относительно мала, коллиматор высокого разрешения (например, веерообразный или конический коллиматор) можно использовать для построения изображения конкретной интересующей области, и коллиматор высокой чувствительности и более низкого разрешения можно использовать для получения данных из других участков объекта или пациента. В порядке еще одного примера, можно использовать сегментированный коллиматор. Еще один пример включает в себя использование переменных или регулируемых коллиматоров, которые допускают механическую или иную регулировку разрешения, поля зрения, увеличения/уменьшения или других характеристик конкретного коллиматора.

Еще одним фактором является размер 140 матрицы, который необходимо выбирать для оптимизации соотношения между временем обработки и разрешением изображение. В клинических и других условиях, когда скорость является важным фактором, уменьшение времени обработки может быть весьма желательно, особенно в случае применения методов трехмерной (3D) реконструкции, которые приобретают все большую популярность. В общем случае, скорость также можно увеличивать с использованием относительно более мощных или быстродействующих компьютеров для реконструкции, более быстрых или более эффективных алгоритмов реконструкции и т.п.

Согласно фиг.1B система реконструкции 106 реконструирует данные событий из системы 104 сбора данных для генерации объемных данных, указывающих распределение радиоизотопа в теле пациента или другом исследуемом объекте. Различные методы реконструкции, включая итерационные и аналитические методы, хорошо известны специалистам в данной области техники и могут выбираться на основании требований конкретного приложения. Система реконструкции 106 может включать в себя различные характеристики 143, например протоколы реконструкции или варианты конфигурации, в том числе оптимизацию отсчета 144, динамическую реконструкцию 146, взвешенную реконструкцию 148, статическую или динамическую реконструкцию 150, заранее ограниченную реконструкцию 152, реконструкцию 154 для конкретного органа, функцию 156 отклика системы и физиологические коррекции 158.

Постоянной проблемой ядерного медицинского построения изображения является доступность отсчетов. В результате, качество изображения может варьироваться от пациента к пациенту или между множественными сканированиями одного и того же пациента. Поэтому можно использовать методы оптимизации отсчета 144 для обеспечения более однородного качества изображения в относительно широком диапазоне статистики отсчетов. Один пригодный метод предусматривает использование двойного согласованного фильтра, описанного в нашей патентной заявке США № 60/720431, поданной 26 сентября 2005 г. Под названием Iterative Reconstruction with Enhanced Noise Control Filter, каковая заявка непосредственно и в полном объеме включена сюда посредством ссылки.

Когда концентрация молекулярного агента 102 не находится в стационарном состоянии в ходе сканирования, данные динамически изменяются в процессе сбора данных. Это - конкретная проблема SPECT или других приложений, в которых угол проекции детектора изменяется со временем. Для ослабления этих эффектов используется способ динамической реконструкции 146, позволяющий учитывать изменение скорости отсчета.

Также можно использовать методы взвешенной реконструкции 148, предусматривающие присвоение более высоких весовых коэффициентов нужным фрагментам проекционных данных, что позволяет снизить шум. Например, проекции, полученные при определенных угловых проекциях, могут включать в себя больше полезной информации. Этим проекциям можно присваивать более высокие весовые коэффициенты.

Методы заранее ограниченной реконструкции 152 анатомической или другой известной информации - для построения граничных ограничений в ходе реконструкции. Когда местоположение интересующей области известно, можно использовать методы 154 реконструкции для конкретного органа для минимизации шума от других участков тела.

Общая функция 156 отклика системы может варьироваться в зависимости от агента 102, особенно вследствие таких факторов, как характеристики 126 энергии изотопа, конфигурация 136 коллиматора, разрешение детектора, положение объекта и конфигурация 134 системы. Для повышения качества изображения обычно используется способ восстановления разрешения в зависимости от отклика системы. При необходимости можно вносить поправки на ослабление и рассеяние.

Можно также применять физиологические коррекции 158. Примеры включают в себя дыхательные и сердечные стробированные коррекции и нежесткие методы регистрации изображения. Также можно использовать анатомические метки, помогающие идентифицировать интересующую область. Это может быть особенно важно в MI, поскольку агенты для конкретного заболевания обычно обеспечивают ограниченную, если вообще обеспечивают, анатомическую информацию. Однако обычно некоторые важные органы, например сердце, печень и почки, можно наблюдать в объемных данных. Помимо помощи в определении положения интересующей области, информацию можно использовать для снижения шума, обусловленного деятельностью органа. Система регистрации/диагностики 108 может включать в себя такие функции, как количественное определение 160, кинетические параметры 162, объектно-ориентированная сегментация 164, объектно-ориентированная последующая обработка 166, объектно-ориентированный поиск 168 и информация нормального/аномального индекса 170.

Согласно фиг.1C система регистрации/диагностики 108 может включать в себя диагностический индекс, компьютерную регистрацию (CAD), компьютерную диагностику (CADx), планирование лечения или другие функции, которые помогают врачу или другому пользователю интерпретировать результаты сканирования или планировать курс лечения. Типичные характеристики 159 системы регистрации/диагностики включают в себя протоколы диагностики или варианты конфигурации, например информацию количественного определения 160, кинетические параметры 162, объектно-ориентированную сегментацию 164, объектно-ориентированную последующую обработку 166, объектно-ориентированный поиск 168, нормальный/аномальный индекс 170 и планирование лечения 171.

Традиционно, методы ядерного построения изображения обеспечивают ту или иную качественную информацию в определенных протоколах построения изображения. Полезность данных сканирования для конкретного пациента и однородность диагностических результатов от сканирования к сканированию, от пациента к пациенту и от врача к врачу можно во многих случаях повысить за счет обеспечения количественных данных 160, указывающих интересующий параметр. Как будет показано ниже, интересующий параметр, а также природа и представление количественных данных, в значительной степени связаны с конкретным молекулярным агентом 102, интересующей областью сканирования и т.п.

В ряде случаев, информация одного изображения (стационарного состояния) может обеспечивать лишь ограниченную информацию, относящуюся к диагнозу или лечению. Поэтому можно также обеспечивать кинетические параметры 162. Обычно, процесс поглощения агента в интересующей области можно описать математическими моделями (т.е. посредством физиологического моделирования поглощения). Широко используемые модели включают в себя компартментные модели первого порядка, второго порядка и третьего порядка. Используя ряд динамических изображений, совместно с характеристиками введения, релевантные кинетические параметры 162 можно вывести и представить надлежащим образом.

Один или несколько из объектно-ориентированной сегментации 164, последующей обработки 166 и поиска 168 также можно обеспечить или иначе оптимизировать в связи с данным молекулярным агентом 102. Сегментация 164 обычно использует анатомическую информацию (например, данные сканирования CT) для сегментации или отделения интересующей области от окружающей анатомии. Сегментированные данные можно использовать для улучшения реконструкции и последующей обработки. Объектно-ориентированная последующая обработка 166 обычно использует информацию меток, информацию сегментированной области и т.п. для обеспечения более специфичных последующей обработки и коррекций. Функции поиска 168 обычно используют физиологическую и другую информацию для идентификации релевантных областей или участков, представляющих интерес, для представления пользователю.

Информацию из сканирования также можно предоставлять для планирования радиационной терапии (RTP) или другой системы планирования лечения. В одной такой реализации, выход сканирования форматируется или иначе обрабатывается в соответствии с требованиями системы планирования лечения. Врач или другой пользователь может затем получать извещение о том, что результаты сканирования доступны для осуществления плана лечения, например, путем извещения заинтересованного пользователя или больничной системы HIS/RIS о завершении сканирования. Можно также передавать сами данные сканирования. В другой реализации, некоторые или все функции планирования лечения могут быть заключены в сканере, и планирование лечения может инициироваться на автоматической или полуавтоматической основе.

В порядке дополнительной помощи в регистрации или диагностике, можно также обеспечивать информацию нормального/аномального индекса 170, например, функции CAD или CADx. Опять же, конкретные функции зависят от конкретного молекулярного агента 102 и других требований конкретного приложения.

Согласно фиг.1D система отображения 110 обычно представляет информацию построения изображения в форме, воспринимаемой человеком, на мониторе или дисплее, пленках, распечатках и т.п. согласно нужному набору протоколов или вариантов конфигурации 171 системы отображения. Как будет показано ниже, представляемая информация, а также форма, в которой она представляется, варьируется как функция молекулярного агента 102, интересующей области, стадии заболевания и других требований конкретного приложения. Систему отображения 110 предпочтительно оптимизировать для использования с конкретным молекулярным агентом 102 и/или для конкретного применения, при этом задача состоит в том, чтобы релевантная информация представлялась в виде изотопного индикатора и/или формате отображения 172 для конкретного объекта с минимальным вмешательством пользователя. Например, данные изображения можно представлять в виде одного или нескольких слоев изображения, видов трехмерного рендеринга сегментированной интересующей области, карт функциональных параметров, диагностических аннотаций и т.п. Также можно обеспечить дополнительные функции, которые, например, обычно поставляются совместно с пакетами построения изображения общего назначения, чтобы пользователь мог дополнительно манипулировать изображением по своему желанию.

Согласно фиг.2 будут описаны оптимизации для системы 200 SPECT общего назначения в связи с иллюстративным молекулярным агентом, например, capromab pendectide на основе индия In-111 (ProstaScint) согласно одному варианту осуществления. Как будет показано ниже, Prostascint - это агент на основе антитела, меченного радиоактивным изотопом, построения изображения, который особенно хорошо подходит для построения изображения простаты в онкологических применениях.

Ввиду относительно большого периода полураспада Prostascint и относительно низкого поглощения в области простаты, дозировка становится важным фактором, приводящим к относительно длительному времени построения изображения. Поэтому желательно сократить время 128 сбора данных, одновременно минимизируя влияние на качество изображения. Поскольку известно, что Prostascint специфичен к месту применения, угловое распределение времени 130 можно регулировать исходя из анатомических соображений. Поскольку простата является относительно малым и строго заданным участком тела, можно также использовать коллиматоры 136, обеспечивающие относительно высокое пространственное разрешение в области простаты. Для повышения доступных отсчетов, можно использовать коллиматор, обеспечивающий относительно более низкое пространственное разрешение в окружающих областях.

Что касается параметров реконструкции, Prostascint имеет относительно низкую скорость отсчета и, таким образом, является конкретным кандидатом для использования методов оптимизации отсчета 144, например двойной согласованной фильтрации. Реконструкцию 148 с угловым взвешиванием можно применять, например, присваивая более высокие весовые коэффициенты проекциям, полученным из передней и задней сторон пациента, по сравнению с проекциями, полученными с боков. Кроме того, ввиду относительно четкой заданности области простаты, построение изображения с помощью Prostascint является хорошим кандидатом для одной или нескольких из заранее ограниченной реконструкции 152 и реконструкции для конкретного органа 154, а также для оптимизации функции 156 отклика системы.

Что касается системы регистрации 108, построение изображения с помощью Prostascint хорошо подходит для количественного определения 160. Аналогично, систему отображения 110 можно оптимизировать для представления изображений, относящихся к области простаты.

Хотя вышеприведенный пример относится к Prostascint, можно также предусмотреть оптимизации, связанные с другими агентами или классами агентов (включая, но без ограничения, вышеупомянутые) и с другими интересующими областями. Заметим также, что данные методы применимы к построению изображения с помощью двух или нескольких изотопов.

Как следует из вышеприведенного описания, получение оптимальных или иных нужных результатов с помощью данного молекулярного агента 102 предусматривает использование многочисленных протоколов и других параметров, которые могут влиять на производительность цепи 100 построения изображения. Выбор различных протоколов может быть трудным, требующим времени и подверженным ошибкам, в особенности в клинических и исследовательских приложениях, где внимание пользователя сосредоточено на результатах исследования, а не на технических деталях его реализации. Соответственно, в одной реализации, некоторые или все протоколы или характеристики, относящиеся к конкретному молекулярному агенту 102, включены в конструкцию системы построения изображения для обеспечения специализированной системы, предназначенной для работы с конкретным агентом или классом агентов.

В других ситуациях, может быть желательно обеспечивать общего назначения или специализированную систему ядерного построения изображения, к которой оптимизации для конкретного молекулярного агента 102 пользователь может легко применять на основании требований данного сканирования. Согласно фиг.3 такая система построения изображения 300 включает в себя интерфейс оператора 302, который обычно включает в себя компьютер или компьютерную рабочую станцию, имеющий(ую) монитор или другой дисплей и устройство ввода, например клавиатуру и мышь. Компьютер содержит процессор, который выполняет инструкции, хранящиеся на компьютерно-считываемом носителе информации (например, в энергозависимой или энергонезависимой памяти, содержащейся в компьютере или доступной по соответствующей сети), для осуществления нужных функций. Прямое взаимодействие с пользователем-человеком предпочтительно осуществлять через графический пользовательский интерфейс (GUI).

Пользовательский интерфейс 302 также может включать в себя другие устройства ввода и вывода, которые облегчают перенос данных в режиме, нужном пользователю, а именно ручном, полуавтоматическом, автоматическом или ином. Неограничительные примеры включают в себя оптические (например, для считывания штрихкода или снежка), магнитные (например, для считывания магнитных карт), радиочастотные (например, для радиочастотной идентификации (RFID) или для связи малой дальности (NFC)), аудио или другие сканеры или ридеры. Другие интерфейсы включают в себя сетевые или другие коммуникационные интерфейсы, например больничную информационную систему/радиологическую информационную систему (HIS/RIS), цифровую связь в медицине (DICOM), локальную сеть (LAN), глобальную сеть (WAN), Интернет, и устройства проводной или беспроводной связи. Как известно, такие интерфейсы обычно позволяют пользователю задавать нужные протоколы сканирования, начинать и заканчивать сканирование, просматривать и/или обрабатывать результирующие данные сканирования и иначе взаимодействовать с нужными данными или передавать их на сканер и/или с него.

Будучи сконфигурирован в виде системы построения изображения общего назначения, интерфейс 302 оператора, предпочтительно, позволяет пользователю пользоваться системой как традиционным сканером, например, с использованием традиционных радиофармацевтических препаратов или строить изображение нужных интересующих областей. Интерфейс оператора также позволяет пользователю идентифицировать агент 304 построения изображения, подлежащий использованию при конкретном сканировании.

Одна или несколько из нужных характеристик системы 127 сбора данных, реконструкции 143, системы регистрации 159 и системы отображения 171 для одного или нескольких молекулярных агентов 304₁, 304₂ … 304_n хранятся в компьютерно-считываемой памяти, связанной с системой 302 построения изображения. Когда конкретный молекулярный агент 304 выбран оператором через интерфейс оператора 302, релевантные характеристики автоматически устанавливаются для различных частей системы построения изображения. В одной реализации, различные протоколы автоматически устанавливаются без вмешательства пользователя, и обработка может автоматически переходить от одной подсистемы к следующей. В другой реализации, пользователь может получать возможность просматривать или изменять один или несколько из протоколов. Когда необходимо, чтобы пользователь осуществлял коллиматор 136 или другие конфигурации, пользователь, при необходимости, также получает инструкцию по конфигурированию системы. Если система 302 построения изображения включает в себя устройство введения или иначе взаимодействует с ним, нужный протокол введения также может автоматически устанавливаться на основании выбранного агента.

Различные характеристики могут храниться и выбираться по-разному. В одной реализации, характеристики хранятся в базе данных, к которой осуществляется доступ на основании выбранного молекулярного агента 304. В одной реализации, база данных хранится на диске или в другой памяти системы 300 построения изображения. В другой, база данных может храниться удаленно от системы построения изображения, и доступ к ней может осуществляться через локальную сеть (LAN), глобальную сеть (WAN), больничную информационную систему/радиологическую информационную систему (HIS/RIS), Интернет или другую подходящую сеть связи. В еще одной, интерфейс 302 оператора включает в себя один или несколько пакетов прикладного программного обеспечения молекулярного построения изображения, содержащихся в компьютерно-считываемой памяти, которые предназначены для конкретного агента или класса таких агентов. Пользователь выбирает пакет прикладного программного обеспечения, который имеет отношение к конкретному сканированию.

Согласно фиг.6 нужная(ые) характеристика(и) системы построения изображения 606₁, 606₂…606_n для каждой из совокупности систем построения изображения 604₁, 604₂…604_n и для одного или нескольких молекулярных агентов 602₁, 602₂…602_n хранятся в компьютерно-считываемой базе данных. Системы построения изображения 604 могут представлять собой системы построения изображения от разных поставщиков систем построения изображения, разные модели или версии систем построения изображения 604 от данного поставщика или то и другое. Характеристики 606 системы построения изображения могут различаться для каждой модели и/или поставщика системы. К базе данных, которая особенно хорошо подходит для дистанционной реализации, доступ осуществляется время от времени по мере необходимости для загрузки нужной информации. В ходе работы, и со ссылкой на фиг.4, выбор молекулярного агента поступает от пользователя на этапе 402. Как отмечено выше, пользователь может выбирать агент по-разному, например выбирая нужный агент из списка таких агентов, выбирая один или несколько пакетов прикладного программного обеспечения, заранее сконфигурированных для агента или класса агентов, или вводя или выбирая демографическую информацию пациентов, которая затем связывается с агентом и/или протоколом построения изображения, предписанным врачом пациента.

В одной типичной последовательности операций, пользователю или оператору может быть представлен пациент (или несколько пациентов), которым было предписано принимать конкретный агент построения изображения и/или нужный протокол сканирования (например, сердца, всего тела или другого сканирования). В одной иллюстративной реализации, подходящая информация демографии пациента, агента и/или протокола переносится на сопроводительном листе конкретного пациента. В такой ситуации, пользовательский ввод может обеспечиваться путем сканирования сопроводительного листа (автоматически без прямого или иного вмешательства пользователя) для извлечения нужной информации. В другом примере, пользовательский ввод может обеспечиваться путем ручного ввода демографической информации пациентов, выбора конкретного пациента из списка пациентов, подлежащего сканированию, или приниматься через подходящий сканер или ридер (автоматически или иначе). Затем демографическая информация может сопоставляться с соответствующим молекулярным агентом, сканированием и/или другой информацией протокола, полученной от системы HIS/RIS или другой внешней базы данных. Заметим также, что пользователю также может быть предложено частично или полностью заполнить базу данных или выбрать некоторые или все характеристики прикладного программного обеспечения на основании предпочтений или требований пользователя.

На этапе 404, релевантные характеристики системы построения изображения и протоколы автоматически устанавливаются на основании агента, выбранного пользователем. Как отмечено выше, пользователь также может, при необходимости, получать инструкции по конфигурированию коллиматора 136 или других настроек.

На этапе 406, система 104 сбора данных используется для получения данных сканирования согласно идентифицированному протоколу сбора данных.

На этапе 408, система реконструкции 106 реконструирует данные сканирования согласно идентифицированному протоколу сбора данных.

На этапе 410, система регистрации 108 обеспечивает нужную информацию диагностики согласно нужной информации протокола диагностики.

На этапе 412, система отображения 110 генерирует нужную выходную информацию, воспринимаемую человеком, на основании нужного протокола отображения.

Заметим, что различные характеристики и протоколы не требуется устанавливать до сканирования. Таким образом, например, они могут предоставляться соответствующим системным компонентам, по мере того как они выполняются или иначе активируются в процессе построения изображения. Также можно обеспечивать дополнительные или другие компоненты и характеристики системы.

Теперь, со ссылкой на фиг.5, опишем способ оптимизации цепи молекулярного построения изображения.

На этапе 502 идентифицируются подходящие характеристики молекулярного агента.

На этапе 504 идентифицируются подходящие характеристики системы построения изображения.

На этапе 506 производительность цепи построения изображения оценивается для выбранного набора характеристик, например, посредством одной или нескольких моделей или пробных сканирований.

На этапе 508 регулируются характеристики молекулярного агента и/или системы построения изображения.

Как показано на этапе 510, этапы оценивания и регулировки повторяются до получения нужной производительности, и в этом случае идентифицируются нужные характеристики молекулярного агента и системы построения изображения.

На этапе 512 можно обеспечивать агент молекулярного построения изображения, имеющий идентифицированные характеристики. Заметим также, что можно обеспечить семейство родственных агентов, каждый из которых оптимизирован для обеспечения нужной характеристики цепи построения изображения.

На этапе 514 можно обеспечивать систему ядерного построения изображения, имеющую идентифицированные характеристики. Как указано выше, оптимизированную систему ядерного построения изображения можно обеспечивать по-разному. Например, можно обеспечивать специализированную систему ядерного построения изображения, систему построения изображения общего назначения можно снабдить базой данных или другой информацией, указывающей характеристики выбранного молекулярного агента, или построение изображения можно снабдить одним или несколькими пакетами прикладного программного обеспечения, которые действуют совместно с системой построения изображения.

Как отмечено выше, конкретное преимущество такого подхода состоит в том, что производительность цепи построения изображения можно оценивать в интегрированном режиме и соответственно конструировать различные компоненты цепи построения изображения. В сравнении с традиционными методами, согласно которым характеристики молекулярного агента и системы построения изображения устанавливаются по отдельности, можно получить более эффективные результаты.

Хотя вышеприведенное описание сосредоточено, в основном, на ядерном построении изображения, оно также применимо к магнитному резонансу (MR), компьютерной томографии (CT), ультразвуку (УЗ) и другим модальностям, которые можно использовать в связи с подходящими молекулярными агентами и маркерами. Хотя конкретная реализация молекулярного агента и системы построения изображения варьируется на основании модальности, тем не менее, остается желательным оптимизировать различные компоненты системы построения изображения на основе молекулярного агента. В MR, например, может быть желательно оптимизировать одну или несколько характеристик, например применяемую последовательность импульсов, градиентные катушки, радиочастотные (РЧ) передающую и приемную катушки, параметры реконструкции. В CT, например, может быть желательно оптимизировать одно или несколько из напряжения рентгеновского источника, применяемой дозировки, траектории сканирования, коллимации, методов стробирования или других параметров. Конечно, специалисты в данной области техники, на основании требований конкретных применения и модальности, могут предложить и другие оптимизации протоколов и параметров.

Ознакомившись с вышеизложенным подробным описанием, можно предложить и другие модификации и альтернативы. Изобретение призвано включать в себя все подобные модификации и альтернативы, отвечающие объему прилагаемой формулы изобретения или ее эквивалентов.

Изобретение относится к молекулярному построению изображения в медицине. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет использования различных агентов MI, имеющих свои собственные уникальные требования. Цепь ядерного построения изображения включает в себя молекулярный агент, систему сбора данных, систему реконструкции, систему регистрации и систему отображения. Различные компоненты цепи построения изображения оптимизируются согласно нужным критериям оптимизации. Оптимизированные характеристики цепи построения изображения могут включать в себя одну или несколько из характеристики агента, характеристики сбора данных, характеристики реконструкции, характеристики регистрации и характеристики отображения. 8 н. и 41 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Функциональная система (300) построения изображения, содержащая систему (104) сбора данных, систему реконструкции (106) и систему отображения (110), в которой функциональная система построения изображения избирательно оптимизируется для использования с молекулярным агентом, причем система молекулярного построения изображения дополнительно включает в себя
средство приема внешнего ввода, указывающего нужный агент молекулярного построения изображения,
средство автоматической регулировки, по меньшей мере, одной из характеристики (127) системы сбора данных, характеристики (143) системы реконструкции и характеристики (171) системы отображения на основании нужного молекулярного агента (102).

2. Функциональная система построения изображения по п.1, дополнительно включающая в себя систему (108) регистрации заболевания, в которой средство автоматической регулировки включает в себя средство автоматической регулировки характеристики (159) системы регистрации заболевания.

3. Функциональная система построения изображения по п.2, в которой характеристика включает в себя, по меньшей мере, одну из информации (160) количественного определения, кинетического параметра (162), объектно-ориентированной сегментации (164), нормального/аномального индекса (170) и плана лечения (171).

4. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой функциональная система построения изображения является системой ядерного построения изображения общего назначения.

5. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой средство автоматической регулировки включает в себя базу данных, которая включает в себя характеристику (127, 143, 159) системы построения изображения для, по меньшей мере, первого молекулярного агента (102).

6. Функциональная система построения изображения по п.5, в которой характеристика системы построения изображения включает в себя протокол реконструкции.

7. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой средство автоматической регулировки включает в себя пакет прикладного программного обеспечения, который выбирается пользователем на основании нужного агента молекулярного построения изображения.

8. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой агент молекулярного построения изображения включает в себя, по меньшей мере, один из агента на основе антитела, меченного радиоактивным изотопом, лимфосцинтиграфического агента и агента на основе рецептора, меченного радиоактивным изотопом.

9. Функциональная система построения изображения по п.8, в которой агент включает в себя индий.

10. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой средство автоматической регулировки регулирует протокол сбора данных.

11. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой средство автоматической регулировки регулирует протокол отображения.

12. Функциональная система построения изображения по п.1, в которой средство автоматической регулировки включает в себя протокол реконструкции.

13. Способ молекулярного построения изображения, содержащий этапы, на которых
принимают пользовательский ввод, указывающий агент молекулярного построения изображения,
собирают данные сканирования для молекулярного построения изображения согласно протоколу сбора данных,
реконструируют данные сканирования согласно протоколу реконструкции,
отображают информацию, указывающую реконструированные данные сканирования, согласно протоколу отображения,
причем, по меньшей мере, один из протокола сбора данных, протокола реконструкции и протокола отображения автоматически устанавливается компьютером на основании пользовательского ввода.

14. Способ по п.13, в котором протокол сбора данных, протокол реконструкции и протокол отображения автоматически устанавливаются компьютером.

15. Способ по п.14, включающий в себя этап, на котором просят пользователя подтвердить установленный протокол.

16. Способ по п.13, включающий в себя этап, на котором извлекают информацию, указывающую нужный протокол из базы данных.

17. Способ по п.13, в котором пользовательский ввод включает в себя демографическую информацию пациентов, и способ включает в себя этап, на котором связывают демографическую информацию пациентов с агентом молекулярного построения изображения.

18. Способ по п.13, в котором протокол сбора данных автоматически устанавливается компьютером на основании выбора агента молекулярного построения изображения, и в котором протокол сбора данных включает в себя время сбора данных.

19. Способ по п.13, в котором данные сканирования для молекулярного построения изображения представляют собой данные сканирования ядерного построения изображения, протокол реконструкции автоматически устанавливается компьютером на основании выбора агента молекулярного построения изображения, и в котором протокол реконструкции включает в себя оптимизацию отсчета (144).

20. Способ по п.13, в котором протокол отображения автоматически устанавливается компьютером на основании выбора агента молекулярного построения изображения, и в котором протокол отображения включает в себя настройку (172) отображения для конкретного органа.

21. Способ по п.13, в котором агентом молекулярного построения изображения является онкологический агент.

22. Способ по п.13, в котором агент молекулярного построения изображения нацелен на простату.

23. Способ по п.14, в котором агент молекулярного построения изображения включает в себя индий.

24. Способ построения изображения, содержащий этапы, на которых
идентифицируют подходящие характеристики молекулярного агента (102),
идентифицируют подходящие характеристики системы построения изображения (300),
оценивают производительность цепи (100) построения изображения,
на основании результата оценивания, регулируют подходящую характеристику, по меньшей мере, одного из молекулярного агента и системы построения изображения,
обеспечивают, по меньшей мере, одно из молекулярного агента и системы построения изображения, который/ая включает в себя отрегулированные характеристики.

25. Способ по п.24, в котором на этапе обеспечения сохраняют отрегулированные характеристики в компьютерной памяти, доступной системе построения изображения.

26. Способ по п.25, в котором компьютерная память располагается удаленно от системы построения изображения и доступна системе построения изображения через компьютерную сеть.

27. Способ по п.24, в котором отрегулированные характеристики хранятся в базе данных.

28. Способ по п.24, в котором база данных включает в себя подходящие характеристики для каждой из совокупности систем построения изображения.

29. Способ по п.24, в котором подходящие характеристики молекулярного агента включают в себя скорость поглощения (114), дозировку (118) и целевое место (122).

30. Способ по п.24, в котором подходящая характеристика системы построения изображения включает в себя характеристику (127) сбора данных, характеристику реконструкции (143) и характеристику отображения (171).

31. Компьютерно-считываемый носитель информации, содержащий компьютерно-считываемую структуру данных для использования в молекулярном построении изображения, причем структура данных содержит
идентификатор (604), по меньшей мере, первой системы построения изображения,
характеристику (606), по меньшей мере, первой системы построения изображения, связанную с идентификатором (604), по меньшей мере, первой системы построения изображения, в котором характеристика, по меньшей мере, первой системы построения изображения идентифицирует нужную конфигурацию первой системы построения изображения в процедуре молекулярного построения изображения, использующей указанный молекулярный агент.

32. Компьютерно-считываемый носитель информации по п.31, в котором структура данных включает в себя идентификатор (602), по меньшей мере, первого молекулярного агента, совокупность идентификаторов системы построения изображения, и характеристику, по меньшей мере, первой системы построения изображения, связанную с каждым из идентификаторов системы.

33. Компьютерно-считываемый носитель информации по п.31, в котором характеристика, по меньшей мере, первой системы построения изображения включает в себя характеристику (127) системы сбора данных.

34. Компьютерно-считываемый носитель информации по п.31, в котором структура данных включает в себя совокупность идентификаторов системы построения изображения, и в котором идентификаторы системы построения изображения идентифицируют, по меньшей мере, одну из систем построения изображения, изготовленных разными производителями, и моделей системы построения изображения, изготовленных одним производителем.

35. Способ молекулярного построения изображения, содержащий этапы, на которых
используют сеть связи для доступа к удаленно расположенной структуре данных (600),
загружают информацию, указывающую нужную характеристику (606) системы построения изображения из структуры данных, в котором нужная характеристика системы построения изображения связана с указанным молекулярным агентом (102),
используют загруженные данные для установления характеристики системы построения изображения,
применяют систему построения изображения согласно установленной характеристике.

36. Способ по п.35, включающий в себя этапы, на которых указывают тип системы построения изображения и загружают информацию, относящуюся к указанному типу системы построения изображения.

37. Способ по п.35, включающий в себя этапы, на которых идентифицируют пациента и загружают информацию, относящуюся к идентифицированному пациенту.

38. Компьютерно-считываемый носитель информации, содержащий инструкции, которые, при выполнении на компьютере, предписывают компьютеру осуществлять способ, содержащий этапы, на которых
принимают ввод, указывающий нужный молекулярный агент,
идентифицируют, на основании нужного молекулярного агента, характеристику, по меньшей мере, первой системы построения изображения,
передают характеристику системы построения изображения на систему построения изображения.

39. Компьютерно-считываемый носитель информации по п.38, в котором ввод включает в себя демографическую информацию пациентов, и в котором способ включает в себя этап, на котором используют демографическую информацию для определения нужного молекулярного агента.

40. Компьютерно-считываемый носитель информации по п.38, в котором идентификация включает в себя извлечение характеристики системы построения изображения из базы данных.

41. Устройство пользовательского интерфейса, содержащее:
компьютерное устройство ввода, которое принимает пользовательский ввод, идентифицирующий один из, по меньшей мере, первого и второго молекулярных агентов,
компьютерное устройство отображения, которое отображает информацию, полученную путем исследования объекта посредством построения изображения, проведенного с использованием идентифицированного молекулярного агента, в котором информация отображается в форме, воспринимаемой человеком, согласно протоколу отображения, и в котором протокол отображения автоматически устанавливается на основании пользовательского ввода.

42. Устройство пользовательского интерфейса по п.41, в котором первый протокол отображения задает представление информации в формате, который включает в себя один или несколько слоев изображения, виды трехмерного рендеринга, карты функциональных параметров или диагностические аннотации.

43. Устройство пользовательского интерфейса по п.42, в котором компьютерное устройство ввода включает в себя, по меньшей мере, одно из сканера, электронного коммуникационного интерфейса и клавиатуры.

44. Устройство пользовательского интерфейса по п.41, в котором пользовательский ввод включает в себя демографическую информацию пациентов.

45. Устройство пользовательского интерфейса по п.41, в котором пользовательский интерфейс оперативно подключен к системе построения изображения, и в котором пользовательский ввод используется для автоматического установления, по меньшей мере, одной из характеристики сбора данных, реконструкции и регистрации системы построения изображения.

46. Устройство пользовательского интерфейса по п.41, в котором протокол отображения автоматически выбирается из, по меньшей мере, первого и второго протоколов отображения.

47. Устройство пользовательского интерфейса по п.41, в котором устройство пользовательского интерфейса включает в себя графический пользовательский интерфейс.

48. Способ обеспечения агента построения изображения, содержащий этапы, на которых
задают интересующую область и модальность построения изображения,
выбирают агент молекулярного построения изображения, который нацелен на интересующую область, и который можно наблюдать в заданной модальности,
задают набор параметров, которые позволяют оптимизировать систему построения изображения заданной модальности,
сообщают набор параметров системе построения изображения.

49. Способ по п.48, в котором набор параметров включает в себя, по меньшей мере, один из параметров сбора данных, реконструкции и отображения.