Probing Dose Limits in Cardiac SPECT with Reconstruction and Personalized Imaging

通过重建和个性化成像探测心脏 SPECT 的剂量限制

基本信息

  • 批准号:
    8674683
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 78.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-05-01 至 2019-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): Radiation exposure of patients during medical imaging has become a major concern, with computed tomography (CT) and cardiac single-photon emission computed tomography (SPECT) myocardial perfusion imaging (MPI) being the biggest contributors. In this project our aim will be to dramatically reduce radiation dose in cardiac SPECT MPI based on inexpensive software techniques that can be translated readily to clinical practice. Our initial results suggest that at least an eightfold reduction in radiation doe might be possible, which could lead to an estimated reduction of 6500 cancer deaths per year in the U.S. alone. In lay terms, cardiac SPECT MPI is used routinely to evaluate heart disease, allowing the physician to assess blood flow reaching the heart wall, the motion of the heart, and whether the heart wall's tissue is viable. This form of imaging involves administration of a radioactive pharmaceutical (tracer) to the patient, which exposes the patient to radiation; thus, i would be desirable to minimize tracer dose used during imaging. Image quality is determined by the amount of tracer used, and these levels were chosen prior to recent technological improvements that can produce high-quality images at lower dose; therefore, there is clear evidence that doses can be lowered, and indeed there is considerable current interest in doing so. We are proposing a translational research project to thoroughly and quantitatively study the extent to which administered dose might be reduced without sacrificing image quality. This work will build, in particular, on new four-dimensional (4D) image reconstruction techniques and respiratory motion compensation approaches we have developed. Furthermore, we propose a new dosing approach we call "personalized imaging", in which a computer algorithm will be trained to predict, for a given patient, the minimum dose required to obtain the current level of image quality, so that the administered dose is no more than necessary. In 4D reconstruction, a computer algorithm tracks the heart's beating motion, and uses this information to improve image quality by smoothing image noise in a way that preserves image details. In respiratory motion compensation, the patient's breathing and body motions are tracked by external sensors, and this information is used to reduce the appearance of motion blur in the images, and thereby improve diagnostic accuracy. The proposed "personalized imaging" approach builds on our group's extensive experience in machine learning. We expect that the combination of these various strategies will greatly reduce radiation dose, and because the improvements are based on software, the cost of these enhancements is very low. The project will result in recommendations for image reconstruction algorithms and parameters to be used in the clinic, along with corresponding tracer dose recommendations. The "personalized imaging" method will be implemented as a user-friendly computer program that customizes the dose for each given patient.
描述(由申请人提供):医学成像期间患者的辐射暴露已成为主要问题,计算机断层扫描(CT)和心脏单光子发射计算机断层扫描(SPECT)心肌灌注成像(MPI)是最大的贡献者。在这个项目中,我们的目标是基于廉价的软件技术大大减少心脏SPECT MPI的辐射剂量,这些技术可以轻松地转化为临床实践。我们的最初结果表明,可能至少可以降低辐射能源部的八倍,这可能会导致仅在美国,每年估计每年6500例癌症死亡人数减少。 简而言之,心脏SPECT MPI通常用于评估心脏病,使医生可以评估到达心脏壁,心脏运动以及心脏壁组织是否可行的血液流动。这种成像形式涉及给患者的放射性药物(示踪剂),这使患者暴露于辐射。因此,我希望最大程度地减少成像过程中使用的示踪剂剂量。图像质量取决于所使用的示踪剂的量,并且在最近的技术改进之前选择了这些水平,这些水平可以在较低剂量下产生高质量的图像。因此,有明确的证据表明剂量可以降低,实际上当前有很大的兴趣这样做。 我们提出了一个转化研究项目,以彻底和定量地研究可以在不牺牲图像质量的情况下降低剂量的程度。这项工作将特别是在我们开发的新的四维(4D)图像重建技术和呼吸运动补偿方法上建立。此外,我们提出了一种新的给药方法,我们称为“个性化成像”,其中将对计算机算法进行培训,以预测给定患者获得当前图像质量水平所需的最低剂量,因此管理剂量的剂量无需超过必要。 在4D重建中,计算机算法跟踪心脏的跳动运动,并使用此信息通过以保留图像详细信息的方式平滑图像噪声来改善图像质量。在呼吸运动补偿中,通过外部传感器跟踪患者的呼吸和身体运动,并且该信息用于减少图像中运动模糊的出现,从而提高诊断精度。拟议的“个性化成像”方法基于我们小组在机器学习方面的丰富经验。 我们希望这些各种策略的组合将大大减少辐射剂量,并且由于改进是基于软件,因此这些增强功能的成本非常低。该项目将为诊所中使用图像重建算法和参数以及相应的示踪剂剂量建议提出建议。 “个性化成像”方法将作为用户友好的计算机程序实现,可自定义每个给定患者的剂量。

项目成果

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