CC BY
39
I
Огляд
Review
УДК 615.3:539.163:616.61-053.2
Травма
DOI: 10.22141/1608-1706.5.19.2018.146641
Король П.0.12, Ткаченко М.М.1
1Нацональний медичний yHÎBepcrneT iMeHi О.О. Богомольця, м. Кив, Укра1на 2Ки1вська MicbKa клiнiчна лiкарня № 12, м. Кив, Укра1на
n03mp0HH0-eMicMH0 TOMorpa0iq/MomiTHO-
резонансна TOMorpa0iq — нова ера
■ ■■ ■ ■ ■■■ А Ш W
гiбpидноl вiзуалiзацil (огляд лiтepaтуpи)
Резюме. В оглядi лтератури розглянуто юторичн аспекти та ключовi питання к^мчного застосування пози-тронно-ем'юйно'!' томографа (ПЕТ)/комп'ютерно1 томографа як нового методу нбридно)' вiзуалiзацa Ця огля-дова робота аналiзуe проблеми, пов'язан з процесом злиття ПЕТ з магнтно-резонансною томограф'ею (МРТ) i розвитком даних систем протягом багатьох роюв. У робот дослд<уються дiагностичнi аспекти муль-тимодального зображення з корекц/'ею ослаблення та методи реконструкцИ з метою отримання кльксно-го зображення. Розвиток ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацi¡ в^грае важливу роль у галуз нейро^рургИ онкологИ опор-но-рухового апарату тощо, таким чином, може розглядатись як сучасний мультимодальний дiагностичний метод додатково)' гiбридно¡ вiзуалiзацi¡. Однак питання ^агностичного застосування ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацi¡ i надалi потребуе дос^джень щодо нших можливих способ'в впровадження ПЕТ/МРТдля нових доклiнiчних
i Ынчних випробувань.
Ключовi слова: позитронно-ем'юйна томограф'я; магнтно-резонансна томограф'я; радюфармпрепа-рат; пбридна вiзуалiзацiя; огляд
Вступ
Молекулярна BÎ3yaii3a^H — це дiагностична Bi3ya-лiзацiя, що вщображае характеристику та вимiрювання 6ioxiMÎ4H^ процешв на молекулярному i клгтинному piBHi у живих оргашзмах. Даний дiагностичний процес може бути або функцюнальним, таким як позитрон-но-емюшна томографiя (ПЕТ), функцюнальна маг-штно-резонансна томографiя (фМРТ), магштно-резо-нансна спектроскотя (МРС), або анатомiчним, таким як комп'ютерна томографiя (КТ) або магштно-резо-нансна томографiя (МРТ). Молекулярна вiзyалiзацiя використовуеться для ранньо! оцiнки, стратифiкацiï ризику, оцшки та спостереження за пащентами з сер-цево-судинними, онкологiчними та невролопчними захворюваннями. Достyпнi технологи' можуть вiдрiзня-тися залежно вiд просторового дозволу, глибини про-никнення, витрат енерги' на формування зображення, бюсушсносп iн'екцiйних молекулярних зондiв та ви-явлення обмежувальних факторiв молекулярних зон-дiв. Кожна з цих дiагностичних методик мае сво! переваги та недолiки перед iншою. Отже, юнуе потреба в
об'eднаннi двох або бтьше методiв отримання додатково! iнформацii, яку iншi методики не можуть w6i до-зволити. Дана технолопя мае назву «мультимодальна вiзуалiзацiя» [1].
Позитронно-емiсiйна томографiя — це нешвазив-на дiагностична методика обмшу речовин, що вщсте-жуе фiзiологiчний стан i патофiзiологiчний процес на молекулярному рiвнi [12]. Цей метод молекулярно! дiагностики передбачае принцип ядерно! вiзуалiзацii', оскiльки вiн використовуе радюлопчш мiтки. Методика заснована на позитронному розпад^ що дае пару гамма-промешв, що вiдокремленi тд кутом 180 градусiв, якi можуть бути зареестровано сцинтиля-цiйними детекторами [71]. Узагальнення електронно! колiмацii робить ПЕТ бтьш чутливим методом серед уше! технiки ядерно! вiзуалiзацii'. Проте ПЕТ не надае жодно! анатомiчноi' iнформацii', що е Г! основним недолгом. З iншого боку, МРТ пропонуе величезний 3D-контраст м'яких тканин з зазначеними рiвнями констант часу релаксаци T1 i T2. Це дозволяе МРТ бути прюритетною техшкою як першокласного ме-
© «Травма» / «Травма» / «Trauma» («Travma»), 2018
© Видавець Заславський О.Ю. / Издатель Заславский А.Ю. / Publisher Zaslavsky O.Yu., 2018
Для кореспонденци: Король Павло Олександрович, доктор медичних наук, асистент кафедри радюлоги, Нацюнальний медичний ун1верситет iMeHi О.О. Богомольця, бул. Т. Шевченка, 13, м. Ки'Гв, 02000, УкраТна; e-mail: p.korol@online.ua
For correspondence: Pavlo Korol, MD, PhD, Assistant of the Department of radiology, Bogomolets National Medical University, T. Shevchenko boulevard, 13, Kyiv, 02000, Ukraine; e-mail: p.korol@online.ua
тоду вибору для виявлення та оцшки пухлини. Сила магштного поля CKaHepiB для людини знаходиться в дiапазонi ультрависоких частот, що забезпечуе струк-турну вiзуалiзацiю з бiльш високим просторовим роз-рiзненням i контрастнiстю (залежно вщ рiвня кисню в кровi) [2]. ^îm того, стовпчиковий рiвень дозволу збтьшуе контраст зображення. Функцiональна вiзу-алiзацiя за допомогою МРТ включае в себе дифузш-но-зважену вiзуалiзацiю, МРС та перфузiйно-зважену вiзуалiзацiю. Таким чином, методика МРТ забезпечуе високу точшсть оцшки пухлинного процесу [30]. Од-нак чутливiсть та специфiчнiсть функцiональноï ш-формаци', надано!' МРТ, е мМмальними порiвняно з ПЕТ. Навпаки, технолопя МРТ мае певну перевагу над КТ, оскшьки вона позбавлена шыдливих випро-мiнювань. Додатковою перевагою МРТ е те, що вона надае можливють корекцiï руху при вiдновленнi ана-томiчноï шформаци' [7].
Недавнi дослiдження в клшчних та доклiнiчних спостереженнях широко втлюють методики ПЕТ та МРТ незалежно вiд недолiкiв будь-якого з них. Таким чином, поеднання цих двох умов може забезпечувати кращий контраст м'яких тканин, ушкальну гнучкiсть в параметрах збору даних для визначення характеристик тканин, звести до мшмуму вплив випромшювання з пiдвищеням чутливост для бажаних клiнiчних i науко-вих програм [3]. Методику ПЕТ/МРТ було запропо-новано в 1990 рощ разом з пропозищею застосування ПЕТ/КТ. Але ПЕТ/КТ почали застосовували ранiше, нiж ПЕТ/МРТ, через рiзноманiтнi технiчнi проблеми, що пов'язанi з поеднанням ПЕТ та МРТ як пбридно!' модальност [54]. На вщмшу вiд ПЕТ/КТ, методика ПЕТ/МРТ мае бтьш яюсний контраст м'яких тканин, низьку дозу випромiнювання i може виконуватися на будь-якш частинi тла. Основним фактором застосування ПЕТ/КТ е послщовний дизайн зображення, що включае в себе поеднання двох систем з наступною корекщею ослаблення шформаци' КТ через програм-ш модулi та викликае помилки через рух пацiента мiж двома системами. ПЕТ/МРТ мае високу потужшсть у багатьох кшшчних i доклiнiчних дослщженнях. Кшшч-нi програми пройшли широы випробування в галузi онкологи', кардюлоги', неврологи' та опорно-рухово-го апарату. Ця оглядова робота розглядае проблеми, пов'язаш з процесом злиття ПЕТ з МРТ та розвитком даних систем протягом багатьох роыв. ^iM того, в оглядi йдеться про опанування мультимодального зображення з корекщею ослаблення та методи рекон-струкци' з метою отримання кшьысного зображення. Отриманi данi також сприяють виршенню поточних проблем i майбутшх напрямiв застосування ПЕТ/МРТ.
Фiзичнi проблеми штеграцм ПЕТ i МРТ
Дизайн ПЕТ/МРТ складний завдяки технiчним проблемам, що викликаш наявнiстю магнiтного поля. Повнютю iнтегрована система повинна бути отри-мана, незважаючи на компромю щодо ефективностi будь-яко1 окремо!' схеми. O^iM програмовано!' пост-обробки, переважно використовуються конструкци'
з пiдходом послщовного та одночасного приеднання. При послщовних (тандемових) конфiгурацiях ПЕТ i МРТ застосовуються одна за одною у послщовносп, пiсля яко! здiйснюеться сптьна реестрацiя програм-ного забезпечення. Послщовна методика проектуван-ня вважаеться економiчним, симплексним дизайном з мiнiмiзованою клаустрофобiею через вiдокремленi мо-дальностi, мМмальним впливом магнiтного поля з до-датковим екрануванням [14]. Це ршення було запро-поновано компанiею Philips Healthcare, яка, як вщомо, була одшею з розробник^в ПЕТ/МРТ-систем [84]. Од-нак iснуе проблема виникнення артефактiв внаслiдок руху органiв, а також потреба у значному просторi для розмщення величезних приладiв ПЕТ/МРТ, що за-звичай потребуе примщення площею 4,3 х 13 м [83]. Отже, це виправдовуе необхщнють одночасного застосування модальностей зображень. Створення схеми одночасного застосування деюлькох модальностей мае за мету подтити загальну дiагностичну платформу для обох способiв вiзуалiзацil. Таким чином, ii можна отри-мати у двох режимах: ПЕТ-приставки МРТ-сканера та повнютю iнтегровано'i системи. Цей пiдхiд е превалю-ючим, оскiльки вiн спрямований на мiнiмiзацiю за-вантаження системи. З шшого боку, дизайн повинен виршити численнi технiчнi проблеми, що пов'язаш з сумюшстю систем. Також е ряд фiзичних проблем, що пов'язаш з штегращею МРТ/ПЕТ-систем.
Система МРТ, що впдивае на ПЕТ
Незважаючи на iснуючi особливостi у фiзичнiй вза-емод11 мiж двома системами, завдяки розмiру i товщиш блокiв детекторiв в ПЕТ основна мета дослщниюв по-лягала в досягненш високо! продуктивностi обох модальностей. Функщональшсть ПЕТ здiйснювала вплив на дуже високе статичне магнггне поле, градiентне маг-нiтне поле та радючастотш сигнали МРТ-системи.
Статичне магштне поле
Детектори блоку, що присутш в сцинтиляторi ПЕТ-системи, складаються з потоку електронiв у фотопли-таторних трубах (ФПТ), на яю впливають високим ста-тичним магштним полем МРТ. Траекторiя електрошв мiж динодами вiдхиляеться, що призводить до втрати iнформацii в певному регюш [82]. Таким чином, трубки ФПТ повинш бути захищеш за допомогою сталi [37]. Також ФПТ можна замшити свiтловими детекторами, такими як оптичш волокна, яы мають кращу продук-тивнiсть в дтянщ магнiтного поля, оскiльки в ньому мютяться для реестрац11 лише рентгешвсьы та гамма-променi. Проте довжина оптичного волокна викликае ослаблення сигналу [68]. Швидше за все, ФПТ можна було замшити на лабтьш фотодюди (ЛФ) i чутливi до ФПТ, щоб зробити його менш чутливим до великого магштного поля [25, 77]. ЛФ можна безпосередньо шдключити до кристалу сцинтилятора блочного детектора з коротким свиловим провiдником 1—2 мм, не чутливим до магштного поля, однак дуже чутливим до температурних варiацiй, та низьким коефiцiентом по-силення [56].
Гра^ентне магштне поле
Грaдieнтнi MarHiTHi поля швидко змшюються i3 швидкiстю 1 кГц для досягнення бтьшо1 глибини в товщi шкiри на бiльш низьких частотах, що викликае B^poBi струми в ПЕТ-системах [40]. Впровадження вихрових стру]шв призводить до нaгpiвaння та меха-нiчних коливань електричних мехaнiзмiв ПЕТ-систем. Таким чином, високочастотна електрошка повинна бути захищена aлюмiнieм або мщдю при пiдключеннi до землi. Немагштний i нефеppoмaгнiтний характер мiдi дозволяе ш забезпечити близько 99 % електрично!' iзoляцiï навколо детектopiв ПЕТ [55]. Через гpaдieнт-ну послтовшсть чутливiсть системи ПЕТ/МРТ змен-шуеться на 5—20 % [25]. Фотодетектор твердого тта та iншi електричш мехaнiзми, що poзтaшoвaнi ближче до гpaдieнтнoï катушки, мають бути надзвичайно надай-ними [80].
Радiосигнал
Радючастотш (РЧ) сигнали, що генеpoванi катушками пеpедaчi МРТ, викликають сприйнятливють електричних мехaнiзмiв у системi ПЕТ при однаковш чaстoтi електричних iмпульсiв [80]. Перешкоди радю-сигналу можуть бути нiвельoвaнi шляхом зчеплення-роз'еднання РЧ-приймача, змшюючи тaктoвi частоти та фaзoвi спiввiднoшення цифрових схем. Таким чином, РЧ-поле може бути опташзованим для роботи з низькими частотами радюсигналу в МРТ-кaтушцi. Це було виконано з використанням частотно!' та фазово1 комутацй' у ПЕТ-модулях [23]. I навпаки, нaявнiсть де-тектopiв ПЕТ всеpединi мaгнiтнoгo отвору також впли-вае на магнита влaстивoстi МРТ-системи.
Вплив кoмпoнентiв ПЕТ-системи всередиш отвору мaгнiту впливае на piвнoмipнiсть мaгнiтнoгo поля через незначш змiни мaгнiтнoï спpийнятливoстi. Таким чином, це впливае на лшшшсть гpaдieнтнoгo поля [56]. Рoзмiщення пoмipнoï кiлькoстi оптичних волокон не викликае значних змш у зoбpaженнi [8]. Також ви-никнення apтефaктiв сприйнятливост можливо через метaлевi iмплaнтaти, що присутш в сусiдньoму уражен-ш при одночасному зaстoсувaннi модальностей ПЕТ/ МРТ [84]. Кpiм того, вихpoвi струми спричиняють спотворення статичного магштного поля та впливають на лшшшсть гpaдieнтнoгo поля [21]. Цей ефект можна втновити, використовуючи немагштш мaтеpiaли в ПЕТ-детекторах для збереження однорщносп мaгнiт-ного поля.
МРТ-сканування мае своею задачею отримати МР-сигнал у вщповщь на збудження за допомогою слабко-го гpaдieнтнoгo поля, для чого пoтpiбнi високочутли-вi та специфiчнi котушки приймача. Також необвдш чaсoвi iмпульси сучасно!' цифрово!' електрошки, що працюе на високш частот та захищена з метою запо-бiгaння втручанню в мaгнiтне поле. Отже, це запобиае неoднoмaнiтнoстi магштного поля та утворенню вихрових стpумiв навколо пpoвiднoгo щита [82]. Також гамма-екранування, як правило, спричиняе спотворення та нелшшшсть через несприятливий вплив вихрових потоков [21, 84].
Спещально розроблеш для ПЕТ/МРТ-модуля ПЕТ-сканери poзмiщенi всередиш свердловини гнучкого мaгнiту для одержання одночасно'1' ПЕТ/КТ-вiзуaлiзaцiï багатьох opгaнiв i систем. Основним фактором, який слщ враховувати, е бтьш тривалий час здшснення МРТ вщносно до КТ, що включае експозицш вiд 20 до 40 хви-лин для piзних послщовностей зображень, тoдi як для типово1 системи КТ дана експозищя становить лише 15—60 с. Розширеш ПЕТ-технологй' з 3D-скaнеpoм, часовим пpoмiжкoм вiзуaлiзaцiï (ЧВ) та бтьш довгим осьовим полем перегляду (ОПП) мають вищу чутливють та точшсть. Це зменшуе час зйомки мозкового зображення на 3—15 хв та сканування всього тта на 10—20 хв [38]. У послщовний час зйомки загальний час для одержання окремих МРТ/ПЕТ-зображень збтьшуеться, тoдi як час одержання одночасного зображення буде залежати вщ найнижчо'1' мoдaльнoстi. З iншoгo боку, обговорення простору необхщне для проектування компактно!' дiaгнoстичнoï системи, oскiльки модуль для послтовно! комплектацй' мае бути оргашзований для мiнiмiзaцiï завантаження окремих систем [84].
Сучасн niдходи для об'еднання ПЕТ i МРТ
Оптимальна штегрована модель ПЕТ/КТ припус-кае наявшсть ПЕТ-детектopiв, що сумiщенi з МРТ-модулем. Ефективним детектором для гамма-промешв може бути сцинтилятор, який поеднаний iз свiтлoвими направляючими, i фотодетектор. Кpiм того, aдaптaцiя та покращення цього стандартного дизайну може бути використана як ефективна складова сумiсних з МРТ-модулем детектopiв ПЕТ. Внaслiдoк слабко! ефек-тивнoстi фoтoпoмнoжувaчiв (ФП) у магштному пoлi МРТ пoпеpеднi поколшня ПЕТ-детектopiв, сумiсних з МРТ, мали на метi видiлити ФП на певну втстань вiд мaгнiтнoгo поля [28, 41]. Вони були з'еднаш через довп oптичнi волокна дiaметpoм 1 мм для направлен-ня оптично! енергй' вiд сцинтилятора до ФП та вико-ристовували свiтлoвi нaпpaвляючi [60]. Використання великих оптичних волокон призводило до втрати ш-тенсивнoстi та тимчасово! poздiльнoï здатноста завдяки втpaтi велико! кiлькoстi фотошв. Ослаблення вздовж довжини волокна призводить до повтьного зростання часу i зменшення тимчасово! poздiльнoï здaтнoстi [12]. Отже, це створюе необхтшсть замши ФП у блочних сповщувачах ПЕТ iз твеpдoтiльними фотодетекторами, що е новою шдставою для посилення продуктив-нoстi ПЕТ/МРТ.
Фотодетектор твердого лла
Нaпiвпpoвiдникoвий пpистpiй, що створюе високо-полевий pегioн при птключенш до нього зoвнiшньoгo джерела напруги, називаеться твеpдoтiльним фотодетектором. Вш мае бiльш високу квантову ефектив-нiсть, нiж звичaйнi ФП [69]. Два втповтних види для системи ПЕТ/МРТ — лабтьний фoтoдioд i фотодетектор кремнш (ФК). Прирют ЛФ насичуе при 9,4 T неза-лежно вiд opieнтaцiï [56], у той час як це явище можна спостериати в ФК при 7 T [21].
Детектори на базi ЛФ
ЛФ мають пiдвищену чутливють до температурних коливань, кращу толерантнють проти сильного маг-нiтного поля. Таким чином, цей чинник використо-вуеться для розташування детектора у дуже високому магнiтному полi, що властиве для МРТ, що створене за допомогою короткого оптичного волокна (1—2 мм) для запобиання втрат фотонiв. Тим самим це збтьшуе ш-тенсивнiсть електрично! енерги вщ оптичного джерела в магнiтному поль Поряд iз цими особливостями ЛФ мають менший розмiр, гнучкi у дизайш та розширюють осьовi та трансакшальш модальностi ПЕТ у пбридно-му сканерi [55]. Проте показник низького коефщен-та посилення датчика зумовлюе використання попе-реднiх пiдсилювачiв та шших схем кондицiонування сигналу [33]. Крiм того, iнтерференцiя електронних шумiв повинна бути припинена завдяки використан-ню захисного середовища навколо нього. Однак ви-користання екранування передбачае вплив вихрових струмiв. Окрiм того, процес лавинного розмноження в ЛФ викликае зменшення роздтьно! здатностi син-хронiзацii до приблизно 1,8 нс, тим самим запобиаючи його використанню з додатками ЧВ [25]. Незважаючи на цей недолiк, ЛФ був використаний останшм часом у багатьох модальностях, хоча ФК мав бтьш високу про-дуктивнiсть.
Детектори на основi ФК
ФК працюе за принципом розряду Гейгера [57]. Ди-намiчний дiапазон детектора може бути шдвищений за рахунок збiльшення ктькосп клiтин у визначенiй область Iнодi вiзуалiзацiя погiршуеться через шумовий внесок вiд оптичного перехрестя [28]. Температурний чинник також впливае на розрахунки детектора [41]. 1ндукщя температури обумовлена швидким переми-канням градiентного магнiтного поля та посшдов-ностей iмпульсiв [45]. Чинник високого коефщента посилення та час вiдгуку з цифровим фронтальним електронним пристроем у присутност магнiтного поля використовуються для виявлення фотошв з роздть-ною здатнiстю часу 100 пс повно! ширини на половину максимуму [4]. Внаслщок нульового впливу магнiтного поля на роздтьну здатнiсть та штенсивнють застосу-вання ФК мае бтьше технiчних переваг перед ЛФ [28].
Цик^чне поле
Явище циклiчного поля полягае в переходi мiж поля-ризованим (сильним) i зчитаним (слабким) магштним полем [27]. Спочатку виникае поляризащя поля силою 1 Т, що встановлена на короткий час (менше шж 1 с), з наступним вимкненням, щоб розпочати зчитування поля, завдяки чому втбуваеться надбання зображення [72]. Таким чином, контраст зображення можна збть-шити, збiльшивши частоту перемикання мiж сильним i слабким магштним полем. Це явище використовуеться головним чином у МРТ-сканерi для малих тварин. Вiн також може бути використаний у пбриднш системi по-слтовно! ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацii як поняття, що втпо-вiдае пiдсистемi ПЕТ у промiжку сильного магнiту [24].
Також концепщя позбавляе оптичних волокон ФП в сцинтиляцшному кристалi, щоб зменшити втрату свгт-ла за рахунок магштного поля [4]. Через швидке перемикання магнiтного поля на високш частотi це спри-чиняе погiршення фyнкцiонyвання ПЕТ-подвiйноï модальност [24].
Паралельну систему ПЕТ/МРТ-вiзyалiзацiï для зо-браження головного мозку вперше запропоновано в 2007 рощ, де ПЕТ-систему з радючастотною катушкою було встановлено всередиш отвору магнпу [64]. Цей модуль дизайну приймаеться Siemens спещаль-ною вставкою мозку, використовуючи магнiтне поле 3 Т [13]. Високо1 роздiльноï здатнiстi ПЕТ-детекторiв було досягнуто за допомогою детекторiв на основi лю-тецiю ортосилiкатy (ЛО) та ЛФ, та було застосовано в невеликш твариннш системi за принципом Тюбингена. Модуль сповщувача складався з масиву ЛО роз-мiром 2,5 х 2,5 х 20 мм3, що прикршлений до магш-топроводу розмiром 5 х 5 мм2 [17]. Використання ЛФ обмежуе застосування ЧВ. Квадратний передавач або приймач кругово!' поляризовано!' головно'1' котушки використовуеться для зменшення впливу гамма-фотошв затухання. Втручання основного магштного поля та градiентного поля з функцюнуванням ПЕТ-системи настiльки мiнiмальне, що його можна використовува-ти при фМРТ та МРС [78]. З шшого боку, чутливють ПЕТ-детектора швелюеться через рiзнy картину по-слщовностей МРТ. Тi ж iнстрyменти застосовуються для сили магнiтного поля в дiапазонi ультрависоких частот для дослщження мозку людини в межах 9,4 Т, що збтьшуе просторову роздтьну здатшсть гiбридноï системи [66]. Усшх цього наблизився до дизайну, який використовував систему МРТ силою магштного поля в 3 Т. Таким чином, паралельне вттворення зображення з використанням ще1 технолог11' призвело до спотво-рення вiзyалiзацiï через радючастотне втручання та ви-хровi струми.
nocAiAOBHe та одночасне зображення всього TiAa
Зображення всього тiла мае на меп екранувати всю частину тта для отримання диференцiйованоï дiагнос-тично!' iнформацiï через 3D-вiзyалiзацiю. Використання ше1 гiбридноï модальностi посилюе функц11' зображення з високою просторовою та часовою роздтьною здатшстю. Це може бути отримано за допомогою по-слiдовних або одночасних модальних зображень. Незважаючи на те, що послтовна система не забезпечуе високу часову роздтьну здатшсть, проектування системи е досить простим. Крiм того, вона забезпечуе по-тенцшне клшчне застосування для багатоцтьових зображень, таких як корекщя атенюац11' МРТ (КАМРТ) [73]. Ця система використовуе однаковi пристро!' для обох способiв, з якими КАМРТ можна було б здшсню-вати з котушками МРТ або без них. Якщо зображення отримано за допомогою МРТ, котушку потрiбно зня-ти перед дослiдженням з застосуванням ПЕТ. Першу комерцшно доступну послтовну систему ПЕТ/МРТ для застосування у людини було прийнято компашею
Philips Healthcare, яка включала в себе 3 МРТ для до-слтження всього тта i ПЕТ-систему, що задовольняе вимогам ЧВ [26]. Кушетка може бути ковзаючого типу, що дае можливють отримувати зображення з меншим piвнем сканування, хоча бтьша частина електрошки ПЕТ виведена за меж! МРТ. Одночасне отримання зображення забезпечуе верхню межу поля вiзуaлiзaцiï, яка втповтае ктьцевому дiaметpу тpaнсaксiaльних ОПП у 59,4 см в свердловиш тдсистеми МРТ. Пд-система МРТ дie як автономна система для додаткових програм, таких як фМРТ та МРС [43].
Незважаючи на piзнoмaнiтнi iннoвaцiï у способах вiзуaлiзaцiï, отримання дiaгнoстичних даних також пе-редбачае так! способи попередньо!' обробки, як корек-щя зображень для отримання ктьысно1 дiaгнoстичнoï iнфopмaцiï [59]. Прийоми попередньо!' обробки повин-ш бути узгодженими з метою отримання ятсно!' в!зуа-лiзaцiï.
Корекцiя атенюацм в ПЕТ/МРТ
Дегpaдaцiя зображень ПЕТ вiдбувaeться, головним чином, через розсшвання та ослаблення 511 кеВ гам-мa-пpoменiв [5]. Стушнь згасання i точшсть визначен-ня затухання залежить в!д об'ему об'екта вiзуaлiзaцiï [83]. Проте у випадку ПЕТ/МРТ згасання пов'язане з апаратними та МРТ-котушками. Таким чином, це може призвести до зниження шформативносп ПЕТ-вiзуaлiзaцiï [39]. Будь-яка методика корекцй' ослаблення мае споживати мiнiмaльний час, осктьки втобра-ження здiйснюeться одночасно з отриманням даних ПЕТ-вiзуaлiзaцiï [84].
Перевага сптьно!' реестрацй' даних ПЕТ-вiзуaлiзaцiï та структурного зображення МРТ-детекцй' дозволяе корегувати ослаблення сигналу одночасно з отриманням ПЕТ-зображення [79]. Р!зниця в частота протошв Лармора, присутшх у водному сеpедoвищi та жировш ткaнинi, може бути використана як вщмшний фактор для МРТ-вiзуaлiзaцiï [46]. При aнaтoмiчнiй кореляцй' ПЕТ-позитивних уражень послтовшсть зображень ПЕТ/МРТ-детекцй' може зaмiнити функцш низькодо-зово1 КТ у багатьох додатках, кр!м застосування з метою корекцй' ослаблення.
Тим самим мш!м!зуються вимоги щодо шших посль довностей у дтянках тта, як! не можуть бути повнютю охоплеш д!агностичними МРТ-послтовностями [20], та забезпечуеться анатом!чна шформатившсть, що ко-ординована з локал!защею поглинання ПЕТ-детекцй' [31]. Однак даний метод не може бути використаний для в!зуал!зацй' ысткових уражень, хоча дозволяе отримувати шформацш щодо сегментарно!' структури ле-гень за допомогою детекцй' мало!' штенсивносл [65]. Але в нещодавньому дослтженш [44] проводиться но-вий пбридний метод ZTE (Zero Echo time — нульовий ехо-час)/МРТ з послтовнютю Дшсона, що включае оцшку щтьноста кусток для ПЕТ/МРТ-в!зуал!зацй'. Це допомагае ктькюно оцшити наслтки послаблення сигналу в кютковш тканин! при метастатичних ура-женнях в област таза. Осктьки щтьнють кютки ви-значаеться зворотно пропорцшною сигнальнш штен-
сивност ZTE, цей метод дозволяе ктькюно визначити кюткову тканину, яку неможливо диференцшвати при дослтженш з типовою послтовнютю Дшсона.
Таким чином, недол!ки Дшсона можна подолати, використовуючи ультракороткий час ехо-послтов-носп (UTE). Щ послтовносл використовуються для спостереження за тканинами з бтьш швидким T2 часом релаксацй'. Вш забезпечуе в!зуал!зацш кютково1 тканини досить високо'1' штенсивность Ця методика корекцй' ослаблення базуеться на отриманш сигналу МРТ для двох р!зних ехо-!мпульшв. Дана послтовшсть МРТ також називаеться подвшним ехом ультракороткого ехо-часу, коли для отримання одного зображення використовуеться пара ехо^мпульшв [35, 39].
Альтернативний птхт до корекцй' ослаблення на основ! МРТ полягае в тому, щоб отримати шформацш ПЕТ через короткий час сканування. Методика широко використовуеться для автономних систем зображень ПЕТ, осктьки забезпечуе лшшний коефщент ослаблення при 511 кеВ. Вона також використовуеться для визначення коефщента лшшного ослаблення об'екта в межах FOV, який не може бути отриманий методами на основ! МРТ [49]. Однак юнують певш особливост з використанням цього методу, так! як шумов! зображення передач! через обмежеш статистичш дан!, швидкють птрахунку ПЕТ-модальноста, малий розм!р отвору ПМТ/МРТ пор!вняно з автономною ПЕТ-системою, бтьш тривалий час отримання шфор-мацй' [49]. Методика забезпечуе отримання адекватно!' шформаци' для картографування ослаблення за допомогою гтеративних метод!в втновлення. Це застосо-вуеться лише для систем з TOF, таких як Philips TOF ПЕТ/МРТ та GE TOF-ПЕТ/МРТ [8]. Також юнуе ш-ший птхт з використанням магштного поля в МРТ для введення пучив позитрона з зовшшнього випро-мшювального джерела без будь-якого екранування. Це Шкава техшка, вона використовуе компактне джерело передач!, осктьки джерело передач! формуеться з по-зитронних пучыв. З шшого боку, метод емюй' використовуе певш алгоритми, так! як максимальна в!ропд-нють реконструкцй' загасання та активноста, яка була введена до пропозицй' штегрованого методу ПЕТ/МРТ [53]. Отже, шформашя TOF може бути ушкальним ршенням для корекцй' ослаблення [15] та емюй' [61]. Таким чином, це дае змогу в!зуал!зувати весь оргашзм у присутност металевих !мплантапв [22]. Осктьки в нього е штегрований не-TOF ПЕТ/МРТ-сканер, вш може виконувати метод !мпортування для об'еднання реконструкцй' радюактивносп та даних стосовно фор-ми та коефщента лшшного ослаблення металевого !мплантату. Однак ця методика мае багато пов'язаних з нею обмежень, таких як неможливють поглинання РЧ-!мпульшв у вшх регюнах для визначення коефщентав ослаблення р!зномаштних осередив [9].
Методи реконструкцй в ПЕТ/МРТ
Покращення якост зображень ПЕТ у ПЕТ/МРТ-в!зуал!зацй' може бути досягнуте з метою отримання високого ступеня анатом!чно1 роздтьно!' здатносп, а
також доцтьно для швелювання рухових артефактiв МРТ-зображень [18]. Для реатзаци цього задуму юнуе двi загальноприйнятих методики.
1. Моделювання дозволiв. Ефект часткового обсягу отримання дiагностичних даних вiдбуваеться як насль док обмеженого просторового дозволу [47, 63]. Таким чином, реконструкция через ПЕТ може бути модифшо-вана та iмпровiзована, використовуючи деталi, що отри-манi вiд структурного зображення МРТ-вiзуалiзацii [51]. Фактично висока роздтьна здатнiсть детекцй головного мозку може бути досягнута за допомогою спiльноi' ПЕТ/МРТ-детекци у системi одночасного отримання даних [74].
2. Корекщя руху. Наявнiсть рухомих артефактiв руйнуе роздтьну здатнiсть зображення ПЕТ. Жор-сткi рухи, що пов'язанi iз змiною положення тiла, а саме рухами голови та тiла, корегуються п!д час про-цесу вiзуалiзацii. З iншого боку, може бути наявнють нежорстких рухiв змiни форми, а саме артефакпв ди-хання. Незважаючи на те, що рух пащента може бути стиснутим, нежорстю рухи можуть бути нiвельованi за допомогою використання методу «стрибка» або шших методiв корекци руху. Шд час аналiзу данi з режиму списку вщокремлюються як дихальна або серцева фаза. Сшввщношення сигнал/шум швелюеться в наведених зображеннях. Трансформацiю можна здiйснити лише пiсля завершення процесу реконструкци. Отже, зображення з рiзних станiв угруповання деформуються до еталонного стану i корегуються [19] або тд час, або до застосування методiв вiдновлення [12, 81]. Трансфор-мацiя виконуеться з використанням полiв деформаци, яка походить в!д даних ПЕТ шляхом сптьно1 реестра-цй реконструйованих станцiй перемiщення. На жаль, даний п^дх^д обмежений через вщсутнють анатом!чно1 iнформацii при ПЕТ-вiзуалiзацii.
Сегментацiя в ПЕТ/МРТ
Сегментацiя модальностей ПЕТ/МРТ е подходом до дискретизаци структурних зображень [8]. Це до-зволяе проводити iдентифiкацiю рiзних осередыв дослiдження та класифiкувати тканини на основi по-слiдовностi iмпульсiв, що використовуються в МРТ. Окрiм наявносп недолiкiв цього методу, вiн включае в себе неналежне позначення осередыв дослщження та неможливiсть облiку значень ослаблення, осыльки воно постiйно змшюеться залежно вiд товщини тканини [39]. Також даш МРТ не можуть бути використаш безпосередньо для корекци ослаблення, бо вони не можуть забезпечити лшшш коефiцiенти ослаблення на вщмшу вiд КТ. Тому щ ефекти можна кiлькiсно ви-значити шляхом сегментування карток ослаблення, що мютить стандартизоване включення радюфармпрепа-рату (СВР). При аналiзi дiагностичних даних ПЕТ/КТ карта ослаблення для даних КТ отримуеться шляхом бшншно1 трансформаций та базуеться на визначенш iнтенсивностi векселiв [50]. Було вщзначено, що використання карти ослаблення на основi МРТ призводило до змши середньо1 величини СВР на 2,3 % для 6 ме-тастазiв лiмфатичних вузлiв порiвняно з результатами,
отриманими за допомогою корекци ослаблення на базi КТ [46]. Методи сегментаци можуть бути р!зномашт-ними — в!д простих порогiв до складних морфолопч-них операцiй. Найбiльша перевага дано1 методики по-лягае в тому, що вона може вщображати рiзнi форми та положення органiв у тш, а недолiк — в складносп щентифшаци та класифшаци тканин у реальному чась Сегментацiйний пихт з використанням нечикох клас-теризаци для сегментування зважених зображень Т1 застосовували для в!зуал!заци носових синушв, черепа, тканин мозку [84]. Iншi автори [67] використовували протокол дослщження головного мозку для класифь каци патологiчних процесiв кiсток, м'яких мозкових тканин на основi коефiцiента ослаблення [42]. Група дослщниыв [75] використовувала сегментацiйний п!д-хiд для аналiзу даних стосовно позамозкових осередыв. Цей пихт використовував нейтральнi мереж! для ди-ференцiювання шро1 та бто1 речовини, жирово1 тканини та спинномозково1 р!дини [75].
Перспектива та майбутш напрямки гiбридноí ПЕТ/МРТ^зуамзаци
Незважаючи на перспективнють пбридно1 модаль-носп ПЕТ/МРТ, iснуе багато питань, яы необхiдно виршити перед впровадженням та широким використанням даного модуля для кшшчного застосування [11]. Доведено важливють значення програмного забезпечення, що складаеться з кореестраци для од-ночасно1 ПЕТ/МРТ-в!зуал!заци i е економiчно ефек-тивним. Необхщна економiчно ефективна одночасна та послiдовна модульна система [46]. Незважаючи на те, що модальнють ПЕТ/МРТ дорожче, шж ПЕТ/КТ, iснуе можливють одночасного отримання д!агнос-тичних даних та висока ефективнють д!агностично1 в!зуал!заци низькодиференцiйованих л!мфом. У ви-падку посл!довного режиму ПЕТ/МРТ дана модальнють мае тенденцш до отримання артефакпв руху оргашв. Слд зазначити, що генотоксичний потенщал юшзуючого випромiнювання збiльшуеться в низько-частотному статичному магнiтному пол! [19, 48, 76]. Тому необидно провести ще ряд досл!джень для оцш-ки ПЕТ-радюнуклщв, що застосовують для ПЕТ/ КТ-в!зуал!заци. Розмежування анатом!чно1 структури в!дбуваеться при застосуванш високого р!вня напру-женост магштного поля — близько 7 Т [36, 70]. До-зування випромшювання сл!д оцшювати пор!вняно з ПЕТ/КТ-детекщею. Окр!м мультимодальних зображень, для кращого розумшня патолопчного процесу та розробки стратеги л!кування потр!бна велика ыль-ысть бюмаркер!в з р!зних модальностей, включаючи молекулярш, морфолопчш, генотипування тощо [34]. Таким чином, ефективне поле нанотерапевтичних засоб!в надае широк! можливосп щодо маркування мультимодальних бюмаркер!в, особливо з метою кль шчного застосування. Поняття додатково1 шформаци набувае значення в контекст! застосування деылькох в!зуал!зуючих агенпв для одночасного оцшювання двох параметр!в патолопчного процесу. Щ б!модальш агенти в перспектив! необх!дно застосовувати в нано-
молярних концентращях при виконанш ПЕТ з конт-растуванням. Мшмолярш концентраций МР контрастного агента застосовують для отримання бшьшо! чутливостi зображення [58]. Дослiдження цих рiзнома-нiтних iнтерфейсiв дозволяе розробляти прогностичш зв'язки мiж структурою та функщею, якi визначаються наноматерiальними властивостями, такими як розмiр, форма, хiмiчна структура поверхневого покриття [52]. Наприклад, катiоннi частинки або частинки з високою поверхневою реактившстю, швидше за все, е токсич-ними, шж бiльшi вiдносно гiдрофобнi або низькодис-перснi частинки, якi швидко i безпечно видаляються ретикулоендотелiальною системою [10]. Крiм того, ка-тiоннi частинки сприяють посиленому впливу проник-нення i, отже, е оптимальними для доставки хiмiотера-певтичних лiкарських засобiв до пухлинного вогнища, загалом мають середш розмiри та вiдносно нейтральш поверхневi заряди [6]. Таким чином, бюмолекулярне/ фармакологiчне визначення инетичних властивостей нанопроб е головною проблемою в ктшчних досль дженнях. Для виршення цього питання було розробле-но модуль «Жртуальний експеримент», який дозволяе користувачам вивчати вплив бiохiмiчних/фармакокi-нетичних параметрiв на кiнетику трасування тканин за допомогою комп'ютерного моделювання [32]. Крiм того, щ мультимодальнi властивост повиннi бути спе-цiалiзованими, з штучним iнтелектом та модулями нейронно! мережi. На додаток до низько! чутливостi МРТ, технiчнi та тимчасовi обмеження ускладнюють виконання МРТ-детекци всього тта. Таким чином, радiонуклiдний сигнал бiмодальних агентiв може бути використаний для виявлення вогнищ з низьким рiвнем поглинання або осередкiв, що розташованi за межами поля зору МРТ, з метою виконання МРТ-вiзуалiзацii високо! роздтьно!! здатностi [62]. Крiм того, бiльший час реестраци зображення всього тла, за допомогою специфiчних для органiв зображень МРТ, е критич-ним завданням, проте швидка множинна вiзуалiзацiя осередив дослiдження дозволяе з високою точшстю та ефектившстю отримати iнформацiю щодо анатомiчно'i локалiзацii патологiчних дiлянок. Крiм того, для опти-мiзацii дiагностично'i вiзуалiзацii слщ оцiнити протокол ш'екци радiологiчного лианду та параметрiв зйомки зображення. Також необидна розробка шструкцш з радюлопчно! та техшчно!! безпеки для ктшчного за-стосування дiагностичних процедур у системi контролю якостi. Лшар^ медичнi фiзики, технологи та оператори повинш бути сертифiкованi вiдповiдними органами з ядерно! безпеки та радiацiйноi медицини. Таким чином, рiзноманiтнi питання стосовно безпеки та етики, пов'язаш з ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацiею, повиннi бути належним чином визначеними для подальшого застосування у рiзноманiтних галузях дiагностичних дослiджень.
Висновки
ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацiя забезпечуе поеднання отримання анатомiчного, метаболiчного та молекулярного зображень, що виявляеться кращим, шж ПЕТ/КТ-
детекцiя або автономне ПЕТ-дослiдження. Отримання дiагностичних даних, включаючи корекцiю ослаблення та техшку реконструкци, е недостатшм для отримання оптимальних значень дiагностичноi шформативнос-тi. Крiм того, необхщна розробка нових технологiй на основi програмного забезпечення для чiткого визначення етюлоги захворювань. ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацiя забезпечуе кращу продуктившсть з точки зору дифе-ренцiювання патологiчного процесу, практичност та технiчних можливостей. Це також економiчно ефек-тивна дiагностична система, оскшьки е доступною для пащенпв. Це е перспективною ознакою щодо зни-ження необхiдностi проведення окремого сканування лише за допомогою ПЕТ/МРТ-детекци [16]. Розвиток ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацii вiдiграе важливу роль у галу-зi нейрохiрургii, онкологГ!, опорно-рухового апарату тощо, таким чином, може розглядатись як сучасний мультимодальний дiагностичний метод додатково! гi-бридно! вiзуалiзацii. Однак питання дiагностичного застосування ПЕТ/МРТ-вiзуалiзацii i надалi потребуе подальших дослщжень щодо iнших можливих способiв впровадження ПЕТ/МРТ для нових доклМчних i клi-нiчних випробувань.
Конфлiкт штереав. Автори заявляють про вiдсут-шсть конфлiкту iнтересiв при пiдготовцi дано! статп.
Список лiтератури
1. Король П.О. Дiагностичне застосування остеосцин-тиграфн та рентгенологiчного до^дження при рев1зш-ному ендопротезуванш кульшових суглобiв / П.О. Король, Н.М. Пономаренко, Н.В. Шинкаренко//Променева дiагнос-тика, променева тератя. — 2012. — №2—3. — С. 77-79.
2. Король П.А. Роль остеосцинтиграфии в дифференциальной диагностике воспалительных процессов коленных суставов / П.А. Король, М.Н. Ткаченко // Фундаментальные и прикладные науки сегодня. — 2014. — № 1. — С. 53-55.
3. Ткаченко М.М. Прюритети вибору тструменталь-них методiв до^дження в дiагностичному скринтгу при ендопротезуванш кульшових суглобiв / М.М. Ткаченко, П.О. Король // Променева дiагностика, променева тератя. — 2015. — № 2. — С. 34-36.
4. Ткаченко М.М. Роль трьохфазовоИ остеосцинтигра-фИ при ендопротезуванш кульшових та колтних суглобiв учасниыв лiквiдацii на^дшв аварИ на Чорнобильськш атомнш станцн / М.М. Ткаченко, П.О. Король // Про-блеми радiацшноi медицини та радиологи. — 2017. — Вип. 22. — C. 476-483.
5. Abella M. Accuracy of CT-based attenuation correction in bone imaging with PET/CT / M. Abella, D. Mankof, J.J. Vaquero et al. // IEEE Nucl. Sci Symp. Conf. Rec. — 2007. — Vol. 6. — P. 4485-4488.
6. Acharya S. PLGA nanoparticles containing various anticancer agents and tumour delivery by EPR effect / S. Acharya, S.K. Sahoo // Adv. Drug. Deliv. Rev. — 2011. — Vol. 63. — P. 170-183.
7. Atkinson D. Motion correction / D. Atkinson // Ismrm. — 2011. — P. 1-9.
8. Berker Y. Scattered PET data for attenuation-map reconstruction in PET/MRI/ Y. Berker, F. Kiessling, V. Schulz // Med. Phys. — 2014. — Vol. 41. — P. 139-176.
9. Boellaard R. Accurate PET/MR quantification using time of flight MLAA image reconstruction / R. Boellaard, M.B.M. Hofman, O.S. Hoekstra et al. //Mol. Imaging. Biol. — 2014. — Vol. 16. — P. 469-477.
10. Brannon-Peppas L. Nanoparticle and targeted systems for cancer therapy / L. Brannon-Peppas, J.O. Blanchette // Adv. Drug. Deliv. Rev. — 2012. — Vol. 64. — P. 206-212.
11. Brix G. Risks and safety aspects related to PET/MR examinations / G. Brix, E.A. Nekolla, D. Nosske // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. — 2009. — Vol. 36. — P. 131-138.
12. Catana C. Toward implementing an MRI-based PET attenuation-correction method for neurologic studies on the MR-PET brain prototype / C. Catana, A. van der Kouwe, T. Benner et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2010. — Vol. 51. — P. 1431-1438.
13. Cherry S.R. The integration of positron emission tomography with magnetic resonance imaging/S.R. Cherry, A.Y. Louie, R.E. Jacobs// Proc. IEEE. — 2008. — Vol. 96. — P. 416-438.
14. Cho Z.H. A hybrid PET-MRI: an integrated molecular-genetic imaging system with HRRT-PET and 7.0-T MRI / Z.H. Cho, Y.D. Son, H.K. Kim et al. // Int. J. Imaging. Syst. Technol. — 2007. — Vol. 17. — P. 252-265.
15. Defrise M. Time-of-flight PET data determine the attenuation sinogram up to a constant / M. Defrise, A. Rezaei, J. Nuyts // Phys. Med. Biol. — 2012. — Vol. 57. — P. 885.
16. Deller T.W. Imaging stability measurements during simultaneous pulsing of aggressive MR sequences on the SIGNA PET/MR system /T.W. Deller, M.M. Khalighi, F.P. Jansen et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2018. — Vol. 59. — P. 167-172.
17. Delso G. Performance measurements of the Siemens mMR integrated whole-body PET/MR scanner / G. Delso, S. Fürst, B. Jakoby et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2011. — Vol. 52. — P. 1914-1922.
18. Der Kouwe A.J.W. Real-time rigid body motion correction and shimming using cloverleaf navigators/A.J.W. der Kouwe, T. Benner, A.M. Dale // Magn. Reson. Med. — 2006. — Vol. 56. — P. 1019-1032.
19. Dikaios N. MRI-based motion correction of thoracic PET: initial comparison of acquisition protocols and correction strategies suitable for simultaneous PET/MRI systems / N. Dikaios, D. Izquierdo-Garcia, M.J. Graves et al. //Eur. Radi-ol. — 2012. — Vol. 22. — P. 439-446.
20. Eiber M. Value of a Dixon-based MR/PET attenuation correction sequence for the localization and evaluation of PET-positive lesions / M. Eiber, A. Martinez-Möller, M. Sou-vatzoglou et al. //Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. — 2011. — Vol. 38. — P. 1691-1701.
21. España S. Performance evaluation of SiPM photodetec-tors for PET imaging in the presence of magnetic fields / S. Espa -ña, L.M. Fraile, J.L. Herraiz et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. — 2010. — Vol. 613. — P. 308-316.
22. Fuin N. PET/MR imaging in the presence of metal implants: completion of the attenuation map from PET emission data / N. Fuin, S. Pedemonte, O.A. Catalano et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2012. — Vol. 63. — P. 145-189.
23. Gebhardt P. FPGA-based RFinterference reduction techniques for simultaneous PET-MRI /P. Gebhardt., J. Wehner, B. Weissler et al. // Phys. Med. Biol. — 2016. — Vol. 61. — P. 3500.
24. Gilbert K.M. Evaluation of a positron emission tomography (PET) — compatible field-cycled MRI/ K.M. Gilbert, T.J. Scholl, W.B. Handler et al. // FCMRI scanner. — 2009. — Vol. 1025. — P. 1017-1025.
25. Grazioso R. APD-based PET detector for simultaneous PET/MR imaging / R. Grazioso, N. Zhang, J. Corbeil et al. //Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. — 2006. — Vol. 569. — P. 301-305.
26. Griesmer J.J. Whole-body PET-MR imaging system initial calibration results / J.J. Griesmer, J. Futey, N. Ojha et al. // IEEE Nucl. Sci. Symp. — 2010. — P. 2174-2176.
27. Hawkes R.C. Europe PMC funders group preliminary evaluation of a combined MicroPET®-MR system / R.C. Hawkes, T.D. Fryer, S. Siegel et al. // Technol. Cancer Res. Treat. — 2015. — Vol. 9. — P. 53-60.
28. Herbert D.J. First results of scintillator readout with silicon photomultiplier / D.J. Herbert, V. Saveliev, N. Belcari et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. — 2006. — Vol. 53. — P. 389394.
29. Hintenlang D.E. Synergistic effects of ionizing radiation and 60 Hz magnetic fields / D.E. Hintenlang // Bioelectromag-netics. — 1993. — Vol. 14. — P. 545-551.
30. Holdsworth S.J. Magnetic resonance imaging techniques: FMRI, DWI, andPWI/S.J. Holdsworth, R. Bammer//Semin Neurol. — 2008. — Vol. 28. — P. 395-406.
31. Hu Z. MR-based attenuation correction for a whole-body sequential PET/MR system / Z. Hu, N. Ojha, S. Renisch et al. // IEEE Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. — 2009. — P. 35083512.
32. Huang S.-C. An internet-based "kinetic imaging system" (KIS) forMicroPET /S.-C. Huang, D. Truong, H.-M. Wu et al. //Mol. Imaging. Biol. — 2005. — Vol. 7. — P. 330-341.
33. JampelH.D. NIH public access/H.D. Jampel, D. Friedman, H. Quigley et al. // Clin. Res. — 2009. — Vol. 147. — P. 39-44.
34. Jin Y. Initiative ADN, others. Heterogeneous multimodal biomarkers analysis for Alzheimer's disease via Bayesian network / Y. Jin, Y. Su, X-H. Zhou et al. // EURASIP J. Bioin-forma Syst. Biol. — 2016. — P. 12.
35. Johansson A. CT substitute derived from MRI sequences with ultrashort echo time / A. Johansson, M. Karlsson, T. Ny-holm //Med. Phys. — 2011. — Vol. 38. — P. 2708-2714.
36. Judenhofer M.S. Pet/mr images acquired with a compact mr-compatible pet detector in a 7-t magnet 1 /M.S. Judenhofer, C. Catana, B.K. Swann et al. //Radiology. — 2007. — Vol. 244. — P. 807-814.
37. Junnarkar S.S. MRI compatible G-link and PCI based data acquisition hardware for the RatCAP scanner / S.S. Junnarkar, J. Fried, P. O'Connor et al. // IEEE Nucl. Sci. Symp. — 2006. — P. 380-383.
38. Karp J.S. The bental and clinical results. Psychiatry In-terpers / J.S. Karp, S. Surti, M.E. Daube-Witherspoon et al. // Biol. Process. — 2009. — Vol. 162. — P. 214-220.
39. Keereman V. Challenges and current methods for attenuation correction in PET/MR / V. Keereman, P. Mollet, Y. Ber-
ker et al. //Magn. Reson. Mater. Physics. Biol. Med. — 2013. — Vol. 26. — P. 81-98.
40. Klose U. In vivo proton spectroscopy in presence of eddy currents/ U. Klose//Magn. Reson. Med. — 1990. — Vol. 14. — P. 26-30.
41. Kolb A. Evaluation of Geiger-mode APDs for PET block detector designs/A. Kolb, E. Lorenz, M.S. Judenhofer et al. // Phys. Med. Biol. — 2010. — Vol. 55. — P. 1815-1832.
42. Kops E.R. Alternative methods for attenuation correction for PET images in MR-PET scanners/E.R.. Kops, H. Herzog// IEEENucl. Sci. Symp. Conf. Rec. — 2007. — P. 4327-4330.
43. Levin C. Prototype time-of-flight PET ring integrated with a 3T MRI system for simultaneous whole-body PET/MR imaging/ C. Levin, G. Glover, T. Deller et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2013. — P. 54-148.
44. Leynes A.P. Hybrid ZTE/Dixon MR-based attenuation correction for quantitative uptake estimation of pelvic lesions in PET/MRI/ A.P. Leynes, J. Yang, D.D. Shanbhag et al. // Med. Phys. — 2017. — Vol. 63. — P. 145-189.
45. Lucas A.J. Development of a combined microPET®-MR system / A.J. Lucas, R.C. Hawkes, P. Guerra et al. //IEEE Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. — 2006. — Vol. 5. — P. 2345-2348.
46. Martinez-Möller A. Workflow and scan protocol considerations for integrated whole-body PET/MRI in oncology / A. Martinez-Möller, M. Eiber, S.G. Nekolla et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2012. — Vol. 53. — P. 1415-1426.
47. Meechai T. Partial-volume effect correction in positron emission tomography brain scan image using super-resolution image reconstruction / T. Meechai, S. Tepmongkol, C. Pluempitiwiriyawej // Br. J. Radiol. — 2015. — Vol. 88. — P. 20140119.
48. Miyakoshi J. Exposure to strong magnetic fields at power frequency potentiates X-ray-induced DNA strand breaks / J. Miyakoshi, M. Yoshida, K. Shibuya et al. // J. Radiat. Res. — 2000. — Vol. 41. — P. 293-302.
49. Mollet P. Improvement of attenuation correction in time-of-flight PET/MR imaging with a positron-emitting source / P. Mollet, V. Keereman, J. Bini et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2014. — Vol. 55. — P. 329-336.
50. Mollet P. Simultaneous MR-compatible emission and transmission imaging for PET using time-of-flight information / P. Mollet, V. Keereman, E. Clementel et al. // IEEE Trans. Med. Imaging. — 2012. — Vol. 31. — P. 1734-1742.
51. Müller-Gärtner H.W. Measurement of radiotracer concentration in brain gray matter using positron emission tomography: MRI-based correction for partial volume effects / H.W. Müller-Gärtner, J.M. Links, J.L. Prince et al. // J. Cereb. Blood Flow Metab. — 1992. — Vol. 12. — P. 571-583.
52. Nel A.E. Understanding biophysicochemical interactions at the nano-bio interface/A.E. Nel, L. Mädler, D. Velegol et al. // Nat. Mater. — 2009. — Vol. 8. — P. 543.
53. Nuyts J. Simultaneous maximum a posteriori reconstruction of attenuation and activity distributions from emission sinograms / J. Nuyts, P. Dupont, S. Stroobants et al. //IEEE Trans. Med. Imaging. — 1999. — Vol. 18. — P. 393-403.
54. Paspulati R.M. Comparison of hybrid FDG PET/MRI compared with PET/CT in colorectal cancer staging and resta-ging: a pilot study / R.M. Paspulati, S. Partovi, K.A. Herrmann et al. // Abdom. Imaging. — 2015. — Vol. 40. — P. 1415-1425.
55. Pichler B.J. Performance test of an LSO-APD detector in a 7-T MRI scanner for simultaneous PET/MRI /B.J. Pichler, M.S. Judenhofer, C. Catana et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. - 2006. - Vol. 47. - P. 639-647.
56. Pichler B.J. Lutetium oxyorthosilicate block detector readout by avalanche photodiode arrays for high resolution animal PET/ B.J. Pichler, B.K. Swann, J. Rochelle et al. // Phys. Med. Biol. - 2004. - Vol. 49. - P. 4305.
57. Popova E. Amplitude and timing properties of a Geiger discharge in a SiPM cell / E. Popova, P. Buzhan, A. Plesh-ko et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. — 2015. — Vol. 787. - P. 270-274.
58. Poulin E. Conversion of arterial input functions for dual pharmacokinetic modeling using Gd-DTPA/MRI and 18F-FDG/PET/ E. Poulin, R. Lebel, E. Croteau et al. // Magn. Reson Med. - 2013. - Vol. 69. - P. 781-792.
59. Rahmim A. Strategies for motion tracking and correction in PET / A. Rahmim, O. Rousset, H. Zaidi // PET Clin. — 2007. - Vol. 2. - P. 251-266.
60. Raylman R.R.. Simultaneous MRI and PET imaging of a rat brain / R.R. Raylman, S. Majewski, S.K. Lemieux et al. // Phys. Med. Biol. - 2006. - Vol. 51. - P. 6371-6379.
61. Rezaei A. Simultaneous reconstruction of activity and attenuation in time-of-flight PET/ A. Rezaei, M. Defrise, G. Bal et al. // IEEE Trans. Med. Imaging. — 2012 - Vol. 31. -P. 2224-2233.
62. Rosales R. Potential clinical applications of bimodal PET-MRI or SPECT-MRI agents / R. Rosales // J. Label Compd. Radiopharm. - 2014. - Vol. 57. - P. 298-303.
63. Rousset O. Partial volume correction strategies in PET /
0. Rousset, A. Rahmim, A. Alavi et al. // PET Clin. - 2007. -Vol. 2. - P. 235-249.
64. Schlemmer H.-P.W. Simultaneous MR/PET imaging of the human brain: feasibility study 1 /H.-P.W. Schlemmer, B.J. Pichler, M. Schmand et al. // Radiology. — 2008. — Vol. 248. - P. 1028-1035.
65. Schulz V. Automatic, three-segment, MR-based attenuation correction for whole-body PET/MR data / V. Schulz,
1. Torres-Espallardo, S. Renisch et al. // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. - 2011. - Vol. 38. - P. 138-152.
66. Shah N.J. Advances in hybrid MR - PET at 3T and 9.4 T in humans / N.J. Shah, J. Mauler, I. Neuner et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. — 2013. — Vol. 702.. — P. 16-21.
67. Shattuck D.W. BrainSuite: an automated cortical surface identification tool /D.W. Shattuck, R.M. Leahy // Med. Image Anal. - 2002. - Vol. 6. - P. 129-142.
68. Slates R.B. A study of artefacts in simultaneous PET and MR imaging using a prototype MR compatible PET scanner / R.B. Slates, K. Farahani, Y. Shao et al. // Phys. Med. Biol. — 2015. - Vol. 1999. - P. 44.
69. Stunkard A.J. NIH public access / A.J. Stunkard //Psychiatry Interpers Biol. Process. — 2009. — Vol. 162. — P. 214-220.
70. Theysohn J.M. Subjective acceptance of 7 tesla MRI for human imaging /J.M. Theysohn, S. Maderwald, O. Kraff et al. // Magn. Reson Mater Physics. Biol. Med. — 2008. — Vol. 21. - P. 63.
71. Townsend D.W. Physical principles and technology of clinical PET imaging /D.W. Townsend // Ann. Acad. Med. Singap. - 2004. - Vol. 33. - P. 133-145.
j OrAAA / Review
72. Tkachenko M. Diagnostic parameters of bone scintigra-phy for knee arthroplasty in patients with rheumatoid arthritis / M. Tkachenko, P. Korol//East European Scientific Journal. — 2016. — Vol. 10. — P. 38-39.
73. Veit-Haibach P. PET-MR imaging using a tri-modality PET/CT-MR system with a dedicated shuttle in clinical routine / P. Veit-Haibach, F.P. Kuhn, F. Wiesinger et al. // Magn. Reson. Mater. Physics. Biol. Med. — 2013. — Vol. 26. — P. 25-35.
74. Vunckx K. Evaluation of three MRI-based anatomical priors for quantitative PET brain imaging / K. Vunckx, A. Atre, K. Baete et al. // IEEE Trans. Med. Imaging. — 2012. — Vol. 31. — P. 599-612.
75. Wagenknecht G. CT-based evaluation of segmented head regions for attenuation correction in MR-PET systems. / G. Wagenknecht, E.R.. Kops, J. Kaffanke et al. // IEEE Nucl. Sci. Symp. Conf. Rec. — 2010. — P. 2793-2797.
76. Walleczek J. Increase in radiation-induced HPRT gene mutation frequency after nonthermal exposure to nonio-nizing 60 Hz electromagnetic fields / J. Walleczek, E.C. Shiu, G.M. Hahn//Radiat. Res. — 1999. — Vol. 151. — P. 489-497.
77. Watanabe M. A high resolution animal pet scanner using compact PS-PMTdetectors/M. Watanabe, H. Okada, K. Shi-mizu et al. //IEEE Trans. Nucl. Sci. — 1997. — Vol. 44. — P. 1277-1282.
78. Weirich C. Analysis and corre ction of count rate reduction during simultaneous MR-PET measurements with the
BrainPET scanner / C. Weirich, D. Brenner, J. Scheins et al. // IEEE Trans. Med. Imaging. — 2012. — Vol. 31. — P. 13721380.
79. Wollenweber S.D. Parameterization of a model-based 3-D PET scatter correction / S.D. Wollenweber // IEEE Trans. Nucl. Sci. — 2002. — Vol. 49. — P. 722-727.
80. Woody C. Preliminary studies of a simultaneous PET/ MRI scanner based on the RatCAP small animal tomography / C. Woody, D. Schlyer, P. Vaska et al. //Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. — 2007. — Vol. 571. — P. 102-105.
81. Würslin C. Respiratory motion correction inoncologic PET using T1-weighted MR imaging on a simultaneous whole-body PET/MR system / C. Würslin, H. Schmidt, P. Martiro-sian et al. // J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2013. — Vol. 54. — P. 464-471.
82. Yamamoto S. A block detector for a multislice, depth-of-interaction MR-compatible PET/ S. Yamamoto, S. Takamat-su, H. Murayama et al. // IEEE Trans. Nucl. Sci. — 2005. — P. 33-37.
83. Zaidi H., Hasegawa B. Determination of the attenuation map in emission tomography// J. Nucl. Med. Soc. Nuclear. Med. — 2003. — 44. — P. 291-315.
84. Zaidi H. Design and performance evaluation of a whole-body ingenuity TFPET-MRI system/H. Zaidi, B. Hasegawa// Phys. Med. Biol. — 2011. — Vol. 56. — P. 3091.
OmpuMaHO 10.09.2018 ■
Король П.А.12, Ткаченко М.Н.1
Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина 2Киевская городская клиническая больница № 12, г. Киев, Украина
Позитронно-эмиссионная томография/магнитно-резонансная томография — новая эра гибридной визуализации (обзор литературы)
Резюме. В обзоре литературы рассмотрены исторические аспекты и ключевые вопросы клинического применения пози-тронно-эмиссионной томографии (ПЭТ)/компьютерной томографии как нового метода гибридной визуализации. Эта обзорная работа анализирует проблемы, связанные с процессом слияния ПЭТ с магнитно-резонансной томографией (МРТ) и развитием данных систем в течение многих лет. В работе исследованы диагностические аспекты мультимодального изображения с коррекцией ослабления и методы реконструкции с целью получения количественного изображения. Развитие ПЭТ/МРТ-визуализации играет важную роль в области ней-
рохирургии, онкологии, опорно-двигательного аппарата и т.д., таким образом, может рассматриваться как современный мультимодальный диагностический метод дополнительной гибридной визуализации. Однако вопрос диагностического применения ПЭТ/МРТ-визуализации и в дальнейшем требует исследований относительно других возможных способов внедрения ПЭТ/МРТ для новых доклинических и клинических испытаний.
Ключевые слова: позитронно-эмиссионная томография; магнитно-резонансная томография; радиофармпрепарат; гибридная визуализация; обзор
P.O. Korol12, M.M. Tkachenko1
1Bogomolets National Medical University, Kyiv, Ukraine 2Kyiv Clinical City Hospital 12, Kyiv, Ukraine
Positron emission tomography/magnetic resonance imaging — a new era of hybrid imaging
(literature review)
Abstract. The review of the literature examines the historical aspects and key issues of the clinical use of positron emission tomography (PET)/computed tomography as a new hybrid imaging method. This review deals with problems associated with the process of PET merging with magnetic resonance imaging (MRI) and the development of these systems for many years. The paper discusses the diagnostic aspects of a multimodal image with attenuation correction and reconstruction methods for the purpose of obtaining a quantita-
tive image. The development of PET/MRI plays an important role in the field of neurosurgery, oncology, the musculoskeletal system, etc., thus, can be considered as a modern multimodal diagnostic method of additional hybrid imaging. However, the issue of the diagnostic use of PET/MRI will require further researches on other possible ways of introducing PET/MRI for new preclinical and clinical trials. Keywords: positron emission tomography; magnetic resonance imaging; radiopharmaceutical; hybrid imaging; review
