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"10.29235/1561-8358-2021-66-4-496-504vestift-706Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫINFORMATION TECHNOLOGIES AND SYSTEMSМетодика и аппаратные средства оценки количественных характеристик ПЭТ-изображений при исследовании динамических объектовMethodology and hardware for assessing the quantitative characteristics of pet images in the study of dynamic objectsЕмельяненкоЕ. В.EmelyanenkoE. V.

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

аг. Лесной, 223040, Минский район, Минская область, Республика Беларусь

Evgeniy V. Emelianenko – Postgraduate Student, Engineer of the Positron Emission Tomography Laboratory

23/1, Dolgobrodskaya Str., 220070, Minsk, Republic of Belarus

zheka-ava@mail.ruПеткевичМ. Н.PiatkevichM. N.

Петкевич Максим Николаевич – аспирант

ул. Долгобродская, 23/1, 220070, Минск, Республика Беларусь

Maksim N. Piatkevich – Postgraduate Student

23/1, Dolgobrodskaya Str., 220070, Minsk, Republic of Belarus

MaxPetkevichN@gmail.comТарутинИ. Г.TarutinI. G.

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

аг. Лесной, 223040, Минский район, Минская область, Республика Беларусь

Igor G. Tarutin – D. Sc. (Engineering), Professor, Chief Researcher of the Department of Radiation Therapy

agrotownLesnoy, 223040, Minsk Disrtict, Minsk Region, Republic of Belarus

itarutin@tut.byРеспубликанский научно-практический центр онкологии и медицинской радиологии имени Н. Н. АлександроваN. N. Aleksandrov National Cancer Center, agrotown LesnoyМеждународный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова Белорусского государственного университетаInternational Sakharov Environmental Institute of Belarusian State University202126122021664496504Copyright © Емельяненко Е.В., Петкевич М.Н., Тарутин И.Г., 20212021Емельяненко Е.В., Петкевич М.Н., Тарутин И.Г.Emelyanenko E.V., Piatkevich M.N., Tarutin I.G.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/706

Приведено описание оригинальной конструкции фантома для оценки количественных характеристик ПЭТ-изображений при исследовании динамических объектов. Движение фантома контролируется системой синхронизации дыхания, которая фиксирует амплитуду движения фантома и длительность цикла движения. Получена кривая, имитирующая дыхание человека, параметры которой (амплитуда и период), соответствуют показателям, получаемым при исследовании грудной клетки. Установлены значения коэффициентов восстановления и контраста с учетом размеров сфер, а также статического и динамического типов движения фантомов. Произведена оценка несоответствия коэффициентов восстановления и значений контраста для сфер, установленных внутрь фантома в статическом и динамическом состояниях. С уменьшением диаметра (соответственно, и объема) сферы наблюдается возрастание разницы значений (между статическим и динамическим положениями фантома) коэффициента восстановления. Определены оптимальные значения коэффициентов восстановления, получаемых при использовании реконструкционного алгоритма QClear. Описаны рекомендации по применению разработанного устройства при исследовании динамических объектов. Представленную в данной работе установку целесообразно использовать для контроля качества качественных и количественных характеристик диагностических изображений, получаемых как на ПЭТ/КТ сканерах, так и при проведении исследований с использованием ОФЭКТ/КТ (однофотонный эмиссионный томограф, совмещенный с компьютерным томографом).

The description of the original phantom design for assessing the quantitative characteristics of PET images in the study of dynamic objects is given. The phantom movement is controlled by the breath synchronization system, which records the phantom movement amplitude and the duration of the movement cycle. A curve was obtained that simulates human breathing, the parameters of which (amplitude and period) correspond to those obtained in the study of the chest. The values of the ecovery coefficients and contrast are obtained taking into account the sizes of the spheres, as well as the static and dynamic types of movement of phantoms. An assessment of the discrepancy between the recovery coefficients and the contrast values for the spheres installed inside the phantom in the static and dynamic states has been made. With a decrease in the diameter (respectively, and volume) of the sphere, an increase in the difference in values (between the static and dynamic positions of the phantom) of the recovery coefficient is observed. The optimal values of the recovery coefficients obtained using the QClear reconstruction algorithm have been determined. Recommendations for the use of the developed device in the study of dynamic objects are described. It is advisable to use the installation presented in this work to control the quality of the qualitative and quantitative characteristics of diagnostic images obtained both on PET/CT scanners and during studies using SPECT/CT (single-photon emission tomograph combined with a computed tomograph).

контрастфантомкоэффициент восстановлениядыхательные движенияреконструкционный алгоритмкачество изображенияcontrastphantomrecovery factorrespiratory movementsreconstruction algorithmimage qualityReferencesDual-modality PET/CT imaging: the effect of respiratory motion on combined image quality in clinical oncology / T. Beyer [et al.] // Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging. – 2003. – Vol. 30, №4. – P. 588–596. https://doi.org/10.1007/s00259-002-1097-6Beyer T., Antoch G., Blodgett T., Freudenberg L. F., Akhurst T., Mueller S. Dual-modality PET/CT imaging: the effect of respiratory motion on combined image quality in clinical oncology. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging, 2003, vol. 30, no. 4, pp. 588–596. https://doi.org/10.1007/s00259-002-1097-6Factors Affecting Quantifcation in PET/CT Imaging / O. Mawlawi [et al.] // Current Med. Imaging Rev. – 2008. – Vol. 4, №1. – P. 34–45. https://doi.org/10.2174/157340508783502778Mawlawi O., Kappadath S. C., Pan Tinsu, Rohren E., Macapinlac H. A. Factors Affecting Quantification in PET/CT Imaging. Current Medical Imaging Reviews, 2008, vol. 4, no. 1, pp. 34–45. https://doi.org/10.2174/157340508783502778Spreadsheet program for estimating recovery coeffcient to get partial volume corrected standardized uptake value in clinical positron emission tomography-computed tomography studies / A.K. Pandey [et al.] // Indian J. Nucl. Med. – 2012. – Vol. 27, № 2. – P. 89–94. https://doi.org/10.4103/0972-3919.110688Pandey A. K., Sharma P., Pandey M., Aswathi K., Malhotra A., Kumar R. 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/10.4103/0972-3919.110688PET/CT imaging: effect of respiratory motion on apparent myocardial uptake / L. L. Meunier [et al.] // J. Nucl. Cardiol. – 2006. – Vol. 13, №6. – P. 821–830. https://doi.org/10.1016/j.nuclcard.2006.09.003Meunier L. L., Maass-Moreno R., Carrasquillo J. A., Dieckmann W., Bacharach S. L. PET/CT Imaging: Effect of Respiratory Motion on Apparent Myocardial Uptake. Journal of Nuclear Cardiology, 2006, vol. 13, no. 6, pp. 821–830. https://doi.org/10.1016/j.nuclcard.2006.09.003Хмелев, А. В. Радионуклидная визуализация в ПЭТ-Центре: учеб. пособие / А. В. Хмелев. – М.: ГБОУ ДПО РМАПО, 2015. – 368 с.Hmelev A. V. Radionuclide Imaging in a PET Center. Moscow, Russian Medical Academy of Postgraduate Education, 2015. 368 p. (in Russian).Impact of moving target on measurement accuracy in 3D and 4D PET imaging – a phantom study / Y. Cui [et al.] // Adv. Radiat. Oncol. – 2017. – Vol. 2, № 1. – P. 94–100. https://dx.doi.org/10.1016 %2Fj.adro.2016.12.002Yunfeng Cui, Bowsher J., Jing Cai, Fang-Fang Yin. Impact of moving target on measurement accuracy in 3D and 4D PET imaging – a phantom study. Advances in Radiation Oncology, 2017, vol. 2, no. 1, pp. 94–100. https://doi.org/10.1016 %2Fj.adro.2016.12.002Контроль качества изображения в позитронно-эмиссионной томографии с помощью фантома Madeira / Л.А. Чипига [и др.] // Медицинская физика. – 2014. – №3 (63). – С. 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).Современные подходы к обеспечению качества диагностики в позитронно-эмиссионной томографии / Л.А. Чипига [и др.] // Медицинская физика. – 2019. – №2 (82). – С. 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. 2 (82), pp. 78–92 (in Russian).Емельяненко, Е. В. Влияние реконструкционных параметров сканирования позитронно-эмиссионного томографа на эффект частичного объема патологического очага / Е. В. Емельяненко, И.Г. Тарутин, П.А. Белобоков // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2021. – Т. 66, № 3. – С. 356–364. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2021-66-3-356-364Emelyanenko E. V., Tarutin I. G., Belobokov P. A. Influence of reconstruction parameters of positron emission tomograph scanning on the effect of partial volume of the pathological lesion. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2021, vol. 66, no. 3, pp. 356–364 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2021-66-3-356-364An assessment of the impact of incorporating time-of-flight information into clinical PET/CT imaging / C. Lois [et al.] // J. Nucl. Med. – 2010. – Vol. 51, № 2. – P. 237–245. https://doi.org/10.2967/jnumed.109.068098Lois C., Jakoby B. W., Long M. J., Hubner K. F., Barker D. W., Casey M. E., Conti M., Panin V. Y, Kadrmas D. J., Townsend D. W. An assessment of the impact of incorporating time-of-flight information into clinical PET/CT imaging. Journal of Nuclear Medicine, 2010, vol. 51, no. 2, pp. 237–245. https://doi.org/10.2967/jnumed.109.068098

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