专利名称：用于确定血液中示踪剂浓度的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于在体内确定血液中PET示踪剂浓度的设备和方法。
在正电子发射断层成像(PET)的情况下，确定患者体内放射性核素的分布在于发现(demonstrate)正电子释放后产生的湮灭量子。PET测量也日益用于药物动力学建模，以便研究药物的作用模式。在这样的检查中，PET检测器连续地并且以时间分辨的方式描绘特定身体部位，以便动态地观察PET示踪剂(也就是说适合于PET检查的放射性标记物或β+发射体)的分布。为了估算(evaluation)该测量，通常需要始终知道(动脉)血液中示踪剂的浓度。这典型地以有创的方式即通过采集血液样本来确定。
针对该背景，本发明的目的是提供一种用于确定血液中PET示踪剂浓度的装置，该装置简单、较少造成患者紧张、同时精确。
该目的通过具有权利要求1的特征的设备以及通过具有权利要求9的特征的方法而得以实现。有利的实施例被包含在从属权利要求中。
根据本发明的设备用于在体内确定(人或动物)对象的血液中的PET示踪剂浓度。为此，它包括以下部件-图像生成设备，其允许身体部位的局部分辨描绘。“局部分辨描绘”指的是这样一种描绘，即其中在该描绘的任何时候，所示的身体部位中的相应空间点的坐标是已知的或者可以通过已知的几何关系来确定。该条件例如通过利用计算机断层成像设备所生成的截面示图(illustration)或者通过身体体积的三维重建而被满足。
-TOF-PET单元，用于记录预定体积元中的示踪剂浓度。根据定义，TOF-PET单元(TOF＝飞行时间)可以如此精确地确定飞行时间或来自湮灭过程的两种伽马量子的飞行时间差，以致基于该信息，所述量子的起点(point of origin)可以被定位在它们的飞行路径的线上。可以利用所述TOF-PET单元独立观察的体积元的尺寸优选为大约0.2-20cm3，特别优选为大约0.5cm3-5cm3。
-数据处理单元，其被耦合到所述图像生成设备和所述TOF-PET单元。所述数据处理单元进一步被布置成以这样一种方式设置所述TOF-PET单元，即使得用此记录的体积元位于充满血液的身体体积中，其中充满血液的该身体体积的空间位置借助于所述图像生成设备来确定。
利用上述设备，有可能连续地且以无创的方式测量患者血液中的PET示踪剂浓度。为此，利用所述图像生成设备来确定充满血液的身体体积的空间位置，该身体体积例如可以是主动脉或心脏的左心室。于是借助于该信息，有可能将由TOF-PET单元所观察的体积元直接放置到充满血液的身体体积中，以使TOF-PET单元专门接收来自血液的信号。TOF-PET单元的数据因此表示所寻求的血液中的示踪剂浓度。该设备的优点在于不需要有创过程，这意味着检查过程的相应简化以及对患者的压力更少。此外，有可能从特定身体部位确定血液中的示踪剂浓度，例如在心脏的左心室的动脉血中。另一方面，在血液采样的情况下，通常仅仅可以获得血液循环的外围中的示踪剂浓度。另外的优点由TOF-PET单元的使用而产生，其中通过设置飞行时间窗口，所检查体积元的位置可以相对容易地沿着通过患者身体的线移动。这使得能够简单地、也可能动态地或后续地固定受检查的体积元。
TOF-PET单元原则上可以由TOF-PET检测器形成，所述检测器能够描绘例如诸如身体截面或三维体积之类的较大区域。然而，这样的完整检测器对于期望的研究目的来说不是必要的，甚至通常是不利的，原因在于所需的空间和所需的控制。TOF-PET单元因此优选地包括彼此相对布置的两个用于伽马量子的检测器元件，所述检测器元件包括相应的估算电子单元，所述估算电子单元使得能够检测来自湮灭过程的两种伽马量子的飞行时间。利用该类型的TOF-PET单元，有可能仅仅观察沿一条线延伸的狭窄(通常为管状)体积。然而，对于观察位于所述线上的充满血液的体积元来说这就足够了。由于限制在仅仅两个检测器元件，所以这样的TOF-PET单元可以相对较廉价地被制造，以及另外可以毫无问题地被容纳于检查实验室中，并且实际上甚至例如紧密接近X射线机。尤其有可能在设计方面以固定的方式将TOF-PET单元连接到(活动)X射线单元，以使在X射线设备的几何示图和TOF-PET单元的观察线之间存在已知的关系。
上述类型的TOF-PET单元的检测器元件的有效面积在所有情况下优选为大约10mm2至大约400mm2，并且特别优选为大约30mm2至大约100mm2。这里的“有效面积”指的是检测器元件的灵敏范围的面积，该面积垂直于两个检测器元件的连接线。
所述图像生成设备例如可以是MRI设备和/或X射线投影设备，尤其是X射线计算机断层成像设备。这样的设备可以为身体部位的示图提供高级别的位置分辨率，并且已经存在于许多检查实验室中。
根据进一步的发展，所述的设备包括用于(优选三维地)记录身体部位中的PET示踪剂的分布的PET设备。该身体部位典型地不同于利用TOF-PET单元在其中进行测量的身体部位。例如，通过附加PET设备，可以进行患者的头部的三维描绘，以便观察脑中的药物动力学过程。在这里获得的数据然后可以与血液中动态确定的PET示踪剂浓度相结合。
数据处理单元可以可选地被布置成在由图像生成设备所产生的一个或多个示图中分割充满血液的身体体积。在该情况下，该身体体积的空间位置可以自动地被确定，并且TOF-PET单元可以自动地朝向该空间位置。
根据所述设备的另一实施例，它包括用于描绘已经利用图像生成设备所生成的示图的显示设备，以及用于在这些示图中交互地选择身体体积的输入装置。在该情况下，例如在利用图像生成设备生成的示图上，医生可以交互地指定充满血液的身体体积，由此数据处理设备确定该身体体积的空间位置，并且使TOF-PET单元与该位置对准。
正如已经提到的，由TOF-PET单元观察的充满血液的身体体积尤其可以是主动脉或心脏的左心室，以使可以以靶向的方式观察动脉血中的示踪剂浓度。
本发明进一步涉及一种用于在体内确定血液中PET示踪剂浓度的方法，该方法包括以下步骤-生成身体部位的至少一个局部分辨示图；-基于生成的所述示图来确定充满血液的身体体积的空间位置；-记录从身体体积出来的湮灭量子，考虑它们的飞行时间。
因此所述方法通常包含可以用上述类型的设备执行的步骤。关于该方法的细节、优点以及进一步的特征，参考上面给出的描述。
特别地，可以进一步发展该方法，使得产生另外的身体部位的动态的、优选三维的PET记录，以及使得在这里获得的数据与确定的血液中PET示踪剂浓度相结合。这样例如有可能在脑中或在其它身体部位中执行药物动力学检查的过程，所述在脑中执行药物动力学检查的过程由于血脑屏障而显得非常重要。
在下面，本发明将借助于附图
用例子进行阐明。该单个附图示意性地示出根据本发明的设备的部件，所述部件用于确定患者血液中的示踪剂浓度。
在所示的例子的情况下，所述设备包括X射线/计算机断层成像单元，该单元用X射线源5和X射线检测器6示意性地表示，所述X射线源5和X射线检测器6被固定到C形臂上，并且可以与其围绕患者1旋转。X射线设备被连接到用于控制和图像估算的数据处理单元7。根据在X射线设备扫描的情况下生成的投影照片，数据处理单元7可以以常见的方式生成通过患者1的身体的三维截面图像A。该截面图像A例如可以被表示在连接到数据处理单元7的监视器8上。
借助于例如鼠标9或键盘之类的输入装置，医生可以在这样的截面示图A上选择充满血液的身体体积。这例如可以是分别充满动脉血的主动脉或心脏的左心室。可替换地，借助于合适的图像处理算法，数据处理单元7也可以被布置成在示图A中自动地分割充满血液的身体体积。
根据已被自动地或交互地设置在示图A上的区域，数据处理单元7然后可以确定患者1的身体中的相应体积元2的实际空间位置r，所述体积元充满血液。
所述设备此外包括TOF-PET单元，在图中仅仅示意性地示出了形成它的检测器元件3a和3b。这些检测器元件3a、3b彼此相对地位于患者1的身体的不同侧，并且可以分别发现撞击它们的伽马量子。这样的检测器元件的结构例如可以包括BaF2的闪烁晶体和光电倍增管，该结构是已知的，因此不需在这里进一步详细地进行描述。
检测器元件3a、3b在所有情况下包括用于预处理测量信号的估算电子单元，并且被连接到数据处理单元7。通过相应地指定滤波器参数，可以实现从由检测器元件3a、3b所发现的相对较众多的事件中选择那些可归因于湮灭过程的两种伽马量子γ1、γ2的事件。当由于注入到患者1的血液中的示踪剂的放射线衰变而引起正电子被释放并且与电子一起湮灭时，产生这样的量子对。在这里产生的伽马量子γ1、γ2的能量大小差不多相同，并且其飞行方向近似完全相反。因此如果大约在相同的时间在两个检测器元件3a、3b发现了合适能量的伽马量子，那么假设这些量子源自湮灭过程。这些伽马量子γ1、γ2的起点必定位于检测器元件3a、3b中发现点的连接线上，该连接线就是所谓的“反应线”。
由于根据条件这必须是TOF-PET单元，因此检测器元件3a、3b具有非常高的时间分辨率。这允许测量伽马量子γ1、γ2的湮灭对之间的飞行时间差，然后由此可以关于这些伽马量子在反应线上的起点位置得出更准确的结论。通过指定飞行时间差的窗口，由TOF-PET单元所观察的体积元因此可以被定位在沿反应线的任何地方。例如，在飞行时间差大约为零的情况下，所观察的体积元准确地位于两个检测器元件3a、3b的中间。特别是，由TOF-PET单元所观察的体积元2可以被放置在如上所述利用CT 5、6所确定的位置r上，以使它完全位于充满血液的身体体积中。这保证了TOF-PET单元准确地测量血液中的示踪剂浓度。
利用TOF-PET单元所观察的体积元2的位置r可以可选地经常通过照片用CT 5、6进行检查和调整。此外可以想到通过心电图连续记录心搏动，并且使用仅仅来自某些心跳阶段的TOF-PET单元的测量值，以便保证心脏处于特定位置，在该特定位置中，所观察的体积元完全充满血液。
在图中还示意性地示出了PET检测器4，利用该PET检测器可以生成患者1的脑的三维PET图像。在这些图像上，有可能动态地跟踪示踪剂的分布。为了能够从这样的观察导出有意义的药物动力学模型，常常有必要同时知道动脉血中的示踪剂浓度(所谓的“动脉输入函数”)。如上所述，在这里所给出的设备的情况下，由TOF-PET单元可以有利地确定该信息。
权利要求
1.用于在体内确定血液中的PET示踪剂浓度的设备，包括-图形生成设备(5，6)，用于身体部位的局部分辨描绘；-TOF-PET单元(3a，3b)，用于记录预定体积元中的示踪剂浓度；-数据处理单元(7)，其被耦合到所述图像生成设备(5，6)和所述TOF-PET单元(3a，3b)，并且被布置成以这样一种方式来设置所述TOF-PET单元(3a，3b)，即使得用此记录的体积元(2)位于充满血液的身体体积中，其中身体体积的空间位置(r)借助于所述图像生成设备(5，6)来确定。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述TOF-PET单元包括彼此相对布置的两个γ检测器元件(3a，3b)、以及用于记录湮灭量子(γ1，γ2)的飞行时间的相应的估算电子单元。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，每个检测器元件的有效面积大约为10mm2至大约400mm2。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述图像生成设备包括MRI设备和/或X射线投影设备(5，6)，尤其是X射线计算机断层成像设备。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它包括用于优选三维地记录身体部位中的PET示踪剂的分布的PET设备(4)。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据处理单元(7)被布置成在由所述图像生成设备(5，6)生成的图像(A)中分割充满血液的身体体积。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，它包括用于描绘已经利用所述图像生成设备(5，6)生成的示图(A)的显示设备(8)、以及用于在这些图像(A)中交互地选择身体体积的输入装置(9)。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，充满血液的身体体积位于主动脉或心脏的左心室中。
9.一种用于在体内确定血液中PET示踪剂浓度的方法，该方法包括以下步骤-生成身体部位的至少一个局部分辨图像(A)；-基于生成的所述图像(A)来确定充满血液的身体体积的空间位置(r)；-记录从身体体积出来的湮灭量子(γ1，γ2)，考虑它们的飞行时间。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，产生另外的身体部位的动态的、优选三维的PET记录，以及在这里获得的数据与确定的血液中PET示踪剂浓度相结合。
全文摘要
本发明涉及用于确定患者(1)的血液中的PET示踪剂浓度的设备和方法。借助于X射线CT(5，6)，首先确定充满血液的体积元(2)的空间位置(r)，所述体积元例如可以是主动脉或心脏的左心室的一部分。随后，以这样一种方式布置包括两个检测器元件的(3a，3b)的TOF－PET单元，即使得它确定该体积元(2)中的示踪剂浓度，因而确定血液中的示踪剂浓度。该值例如可以用在借助于三维PET单元(4)对患者(1)进行的药物动力学检查的体系中。
文档编号A61B6/03GK1879039SQ200480033149
公开日2006年12月13日 申请日期2004年11月4日 优先权日2003年11月11日
发明者H·布雷斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司