vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2021-66-3-356-364vestift-688Research ArticleДИАГНОСТИКА И БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРИРОДНЫХ СИСТЕМDIAGNOSTICS AND SAFETY OF TECHNICAL AND ENVIRONMENT SYSTEMSВлияние реконструкционных параметров сканирования позитронно-эмиссионного томографа на эффект частичного объема патологического очагаInfluence of reconstruction parameters of positron emission tomograph scanning on the effect of partial volume of the pathological lesionЕмельяненкоЕ. В.EmelyanenkoE. V.

Емельяненко Евгений Владимирович – аспирант, инженер лаборатории позитронно-эмиссионной томографии

аг. Лесной, 223040, Минский р-н, Минская обл.

zheka-ava@mail.ruТарутинИ. Г.TarutinI. G.

Тарутин Игорь Германович – доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории лучевой терапии

аг. Лесной, 223040, Минский р-н, Минская обл.

itarutin@tut.byБелобоковП. А.BelobokovP. A.

Белобоков Павел Андреевич – инженер лаборатории позитронно-эмиссионной томографии

аг. Лесной, 223040, Минский р-н, Минская обл.

pashkabely@mail.ruРеспубликанский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии им. Н. Н. АлександроваN. N. Aleksandrov National Cancer Center202112102021663356364Copyright © Емельяненко Е.В., Тарутин И.Г., Белобоков П.А., 20212021Емельяненко Е.В., Тарутин И.Г., Белобоков П.А.Emelyanenko E.V., Tarutin I.G., Belobokov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/688

Выполнен сравнительный анализ методов обработки данных при расчете коэффициентов восстановления. Оценено влияние времяпролетной технологии и PSF-функции на коэффициент восстановления и прогноз девиации коэффициента восстановления для потенциальных патологических очагов диаметром 6–8 мм, а также параметров итерационных реконструкционных алгоритмов, фильтра Гаусса и аксиальных фильтров – на коэффициент восстановления. Расчет коэффициентов восстановления выполнен на основе количественных характеристик, полученных при анализе реконструкций изображений фантома IEC c шестью сферами, инсталлированными внутрь и заполненными радиофармацевтическим препаратом. Проведено восемь серий экспериментов с соотношениями активности фон/сфера 1/3, 1/4, 1/6, 1/8, 1/12, 1/14, 1/16, 1/20 при одинаковой концентрации активности в сферах во время каждого отдельного эксперимента. Выполнен прогноз влияния эффекта частичного объема на очаги диаметром от 6 до 8 мм с учетом используемых реконструкционных алгоритмов. Полученные результаты целесообразно использовать для гармонизации диагностических протоколов сканирования на позитронно-эмиссионных томографах за счет входных параметров реконструкционных алгоритмов и фильтров, что позволит минимизировать ошибку при количественной оценке радиофармацевтического препарата при анализе динамики развития патологического процесса, а также отклика патологии на терапию.

In this work, the following tasks were solved: to perform a comparative analysis of data processing methods when calculating recovery factors; to evaluate the influence of time-of-flight technology and PSF function on the recovery factor and the forecast of recovery factor deviation for potential pathological foci with a diameter of 6–8 mm; to evaluate the influence of parameters of iterative reconstruction algorithms, Gaussian filter and axial filters on the recovery factor. The calculation of the recovery factors was carried out on the basis of quantitative characteristics obtained in the analysis of reconstructions of images of the IEC phantom with six spheres installed inside and filled with a radiopharmaceutical. Eight series of experiments with background / sphere activity ratios 1/3, 1/4, 1/6, 1/8, 1/12, 1/14, 1/16, 1/20 were carried out with the same concentration of activity in the spheres during each separate experiment. The forecast of the effect of the partial volume effect on lesions with a diameter of 6 to 8 mm was carried out, taking into account the used reconstruction algorithms. It is advisable to use the results obtained to harmonize diagnostic protocols for scanning with positron emission tomographs using the input parameters of reconstruction algorithms and filters, which will minimize the error in the quantitative assessment of a radiopharmaceutical when analyzing the dynamics of the development of a pathological process, as well as the response of pathology to therapy.

коэффициент восстановлениястандартизированный показатель накопленияконтроль качествапозитронно-эмиссионный томографитерациикачество изображениядиагностическое изображениеrecovery factorstandardized accumulation indexquality controlpositron emission tomographiterationsimage qualitydiagnostic imageReferencesVaquero, J. J. Positron Emission Tomography: Current Challenges and Opportunities for Technological Advances in Clinical and Preclinical Imaging Systems / J. J. Vaquero, P. Kinahan // Annu. Rev. Biomed. Eng. – 2015. – Vol. 17, № 1. – P. 385–414. https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071114-040723Vaquero J. J., Kinahan P. Positron Emission Tomography: Current Challenges and Opportunities for Technological Advances in Clinical and Preclinical Imaging Systems. Annual Review of Biomedical Engineering, 2015, vol. 17, no. 1, pp. 385–414. https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071114-040723Soret, M. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging / M. Soret, S. L. Bacharach, I. Buvat // J. Nucl. Med. – 2007. – Vol. 48, № 6. – P. 932–945. https://doi.org/10.2967/jnumed.106.035774Soret M., Bacharach S. L., Buvat I. Partial-Volume Effect in PET Tumor Imaging. Journal of Nuclear Medicine, 2007, vol. 48, no. 6, pp. 932–945. https://doi.org/10.2967/jnumed.106.035774Moses, W. W. Fundamental Limits of Spatial Resolution in PET / W. W. Moses // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. – 2011. – Vol. 648, Suppl. 1. – P. S236–S240. https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.11.092Moses W. W. Fundamental Limits of Spatial Resolution in PET. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2011, vol. 648, supplement 1, pp. S236–S240. https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.11.092A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images / S. M. Srinivas [et al.] // Ann. Nucl. Med. – 2009. – Vol. 23, № 4. – P. 341–348. https://doi.org/10.1007/s12149-009-0241-9Srinivas S. M., Dhurairaj T., Basu S., Bural G., Surti S., Alavi A. A recovery coefficient method for partial volume correction of PET images. Annals of Nuclear Medicine, 2009, vol. 23, no. 4, pp. 341–348. https://doi.org/10.1007/s12149-009-0241-9Современные подходы к обеспечению качества диагностики в позитронно-эмиссионной томографии / Л. А. Чипига [и др.] // Мед. физика. – 2019. – № 2 (82). – C. 78–92.Chipiga L., Vodovatov A., Kataeva G. et al. Proposals of quality assurance in positron emission tomography in Russia. Meditsinskaya fizika = Medical Physics, 2019, no. 82 (2), рр. 78–92 (in Russian).Spreadsheet program for estimating recovery coefficient to get partial volume corrected standardized uptake value in clinical positron emission tomography-computed tomography studies / R. Kumar [et al.] // Indian J. Nucl. Med. – 2012. – Vol. 27, № 2. – P. 89–94. https://doi.org/10.4103/0972-3919.110688Kumar R., Pandey A., Sharma P., Pandey M., Aswathi K., Malhotra A. Spreadsheet program for estimating recovery coefficient to get partial volume corrected standardized uptake value in clinical positron emission tomography-computed tomography studies. Indian Journal of Nuclear Medicine, 2012, vol. 27, no. 2, pp. 89–94. https://doi.org/10.4103/0972-3919.110688Partial volume correction strategies for quantitative FDG PET in oncology / N. Hoetjes [etal.] // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. – 2010. – Vol. 37, № 9. – P. 179–187. https://doi.org/10.1007/s00259-010-1472-7Hoetjes N. J., Velden F. H. P. van, Hoekstra O. S., Hoekstra C. J., Krak N. C., Lammertsma A. A., Boellaard R. Partial volume correction strategies for quantitative FDG PET in oncology. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2010, vol. 37, no. 9, pp. 179–187. https://doi.org/10.1007/s00259-010-1472-7Meechai, 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, № 1046. – P. 20140119. https://doi.org/10.1259/bjr.20140119Meechai T., Tepmongkol S., Pluempitiwiriyawej C. Partial-volume effect correction in positron emission tomography brain scan image using super-resolution image reconstruction. The British Journal of Radiology, 2015, vol. 88, no. 1046, p. 20140119. https://doi.org/10.1259/bjr.20140119Контроль качества изображения в позитронно-эмиссионной томографии с помощью фантома madeira / Л. А. Чипига [и др.] // Мед. физика. – 2014. – № 3 (63). – C. 48–56.Chipiga L. A., Zvonova I. A., Kataeva G. V., Kostenikov N. A. Image quality control in positron emission tomography using the madeira phantom. Medicinskaya fizika =Medical Physics, 2014, no. 3 (63), pp. 48–56 (in Russian).PET Performance Measurements Using the NEMA NU 2-2001 Standard / M. E. Daube-Witherspoon [et al.] // J. Nucl. Med. – 2002. – Vol. 43, № 10. – P. 1398–1409.Daube-Witherspoon M. E., Karp J. S., Casey M. E., DiFilippo F. P., Hines H., Muehllehner G., Simcic V., Stearns C. W., Adam L.-E., Kohlmyer S., Sossi V. PET Performance Measurements Using the NEMA NU 2-2001 Standard. Journal of Nuclear Medicine, 2002, vol. 43, no. 10, pp. 1398–1409.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.