Gama scintilaciona kamera (GSK) je medicinski uređaj koji prikazuje raspodelu
g-fotona emitovanih iz radiofarmaka unetog u organizam intravenski, oralno ili
inhalacijom. Razvoj tehnologije integrisanih kola je imao uticaja na konstrukciju glave
GSK i na fleksibilnost, brzinu, cenu i povećanu funkcionalnost kompjuterskih sistema
za akviziciju, arhiviranje i analizu slike sa GSK. Iako je era digitalnih kamera počela još
80-tih godina 20. veka, mnogi nuklearno-medicinski centri u svetu (posebno u
zemljama u razvoju) i dalje imaju analogne ili polu-analogne GSK u kojima i mehanika
i scintilacioni kristal, tj. “srce” glave GSK, pravilno funkcionišu. Optimalno rešenje je
digitalizacija GSK i integracija sa modernim računarskim sistemima. Digitalizacija
analognih i polu-analognih GSK obezbeđuje: 1) produžetak korišćenja starih GSK i
odlaganje finansijskih ulaganja u novu instrumentaciju; 2) primenu najboljih postojećih
metoda analize nuklearno-medicinskih studija (u skladu sa aktuelnim princi...pima
medicine zasnovane na dokazima, MZD); 3) ispitivanje i razvoj novih metoda analize
radi poboljšanja tretmana pacijenata, pod uslovom da je arhitektura sistema “otvorena”.
Cilj istraživanja koje je prikazano u ovoj doktorskoj tezi je razvoj računarskog
sistema (GammaKey sistem) koji daje funkcionalnost (akvizicija, arhiviranje i analiza
slika) polu-analognim GSK, kompatibilan je i može se koristiti i sa savremenim
digitalnim GSK, a koji svojom otvorenom arhitekturom omogućava razvoj i kliničku
primenu novih dijagnostičkih tehnika. GammaKey sistem zadovoljava sledeće zahteve:
1) jednostavnu zamenu originalnog računarskog sistema (npr. MicroDELTA, Siemens
Gammasonics Inc., Ilinois, SAD) novim sistemom - jednostavno priključenje na GSK
pri čemu obuka korisnika minimalno traje zahvaljujući intuitivnom Windows grafičkom
interfejsu; 2) pouzdanost sistema - zadovoljava standarde kvaliteta nuklearno
medicinske instrumentacije definisanih od strane udruženja National Electrical
Manufacturers Association (NEMA) i testiran je u paraleli sa pređašnjim računarskim
sistemom (MicroDELTA, Siemens Gammasonics Inc., Ilinois, SAD); 3) kompatibilnost
vi
sa drugim (ne)medicinskim sistemima korišćenjem standardnih formata podataka
(JPEG, BITMAP, ASCII, DICOM), i sinhronizacija podataka između dve radne stanice
(jedna radna stanica je za akviziciju, arhiviranje i obradu studija dobijenih sa GSK, a
druga je samo za obradu podataka); 4) brza, jednostavna i jeftina nadgradnja za nove
generacije računara i analogno-digitalnih konvertora (ADK) – omogućena izborom
LabVIEW softverskog okruženja (National Instruments, Teksas, SAD) i komercijalnog
National Instruments ADK; 5) razvoj i dodavanje novih nestandardnih akvizicionih
protokola i alatki za obradu studija.
U osnovnoj konfiguraciji GammaKey sistema uključene su: 1) standardne
funkcije za obradu slika (resemplovanje na dimenziju 1024x1024 piksela bilinearnom
interpolacijom, nine-point smoothing, Batervortov i Vinerov filter); 2) alatke za
manipulaciju slikom (zumiranje, podešavanje kontrasta, brisanje dela slike koji nije od
interesa); 3) standardne funkcije za obradu scintigrafskih studija (crtanje do 10 regiona
od interesa (ROI), generisanje dinamskih krivih nad ROI, aritmetičke operacije nad
slikama i dinamskim krivama, N-point median i cubic spline filtriranje dinamskih
krivih, automatska segmentacija ROI na statičkim studijama, korekcija radioaktivnosti
ROI).
U proširenoj varijanti, GammaKey sistem uključuje i tri nestandardne analize:
1) EffSpleen akvizicija i analiza za predviđanje efikasnosti splenektomije u bolesnika sa
hroničnom trombocitopenijskom purpurom; 2) Submarine analiza za lokalizaciju
paratiroidnih tumora; 3) SalivaryScan analiza za kompletnu kvantifikaciju funkcije
pljuvačnih žlezda. EffSpleen rutina omogućava kompletnu akviziciju i analizu in vivo
ispitivanja kinetike trombocita radi procene efikasnosti splenektomije u bolesnika sa
hroničnom imunom trombocitopenijskom purpurom prema metodi razvijenoj u Centru
za nuklearnu medicinu Kliničkog centra u Beogradu. Razvijena rutina je omogućila
automatizaciju u procesu zahtevne obrade serije statičkih studija i proračuna indeksa
sekvestracije trombocita. Submarine rutina predstavlja implementaciju originalne
metode za lokalizaciju paratiroidnih tumora na osnovu dinamskih paratiroidnih
scintigrama i razvijena je u saradnji sa lekarima iz Instituta za onkologiju i radiologiju
Srbije u Beogradu. U tezi je prikazana evaluacija Submarine metode na grupi pacijenata
sa histopatološki dokazanim paratiroidnim tumorima i ukazano je na njenu efikasnost
pri lokalizaciji hiperplazija i paratiroidnih lezija zaklonjenih tiroidnim nodusima,
vii
rešavajući time tipične promašaje standardnog subtrakcionog protokola. Predloženi su i
algoritmi za vizuelizaciju i automatsko izdvajanje regije paratiroidnih lezija.
SalivaryScan rutina omogućava automatski proračun 11 kvantitativnih indeksa koji
opisuju funkciju pljuvačnih žlezda, za razliku od komercijalnih softvera koji obično
daju samo jedan parameter (ejekcionu frakciju). Uvedena je i značajna modifikacija
indeksa koji opisuje brzinu sekrecije. Razvijena alatka je bazični instrument za dalja
multidisciplinarna istraživanja u domenu scintigrafije pljuvačnih žlezda...
Gamma scintillation cameras (GSC) are medical devices for the analysis of the
distribution intravenously injected, inhaled or ingested radiopharmaceuticals. The
development of integrated circuit technology had influence on construction of GSC’s
head and on flexibility, speed, cost and expandability of GSC’s supported systems for
image acquisition, storage and analysis. Although the era of digital GSCs began long
ago (1980s), many nuclear medical centres still have analogue or semi-analogue GSCs
with fully operational mechanics and scintillation crystals, which are the core of nuclear
imaging. Optimal solution is digitizing GSC and integration with modern computer
systems. Digitizing of analogue and semi-analogue GSCs ensures: 1) continuity of using
old GSCs and the postponement of buying new instrumentation; 2) application of best
available analysis of nuclear-medical studies (in accordance with the principles of
Evidence Based Medicine, EBM); 3) testing and development of new analysis...
techniques to improve the treatment of patients, if the system architecture is “opened”.
The aim of the research presented in this doctoral thesis is the development of a
computer system (GammaKey system) that gives the functionality (acquisition, storage
and image processing) to semi-analogue GSCs, compatible and also can be used with
modern digital systems, has an open architecture enabling the development and clinical
application of new diagnostic techniques. GammaKey system meets the following
requirements: 1) simple replacement of the original computer system (e.g.
MicroDELTA, Siemens Gammasonics Inc., Ilinois, USA) to the new configuration – a
simple connection to GSC and minimal training thanks to the intuitive Windows
graphical interface; 2) reliability – meets the quality standards of nuclear medical
instrumentation defined by National Electrical Manufacturers Association (NEMA), no
loss of information about patients and studies, accurate and precise production of
results; 3) compatibility with other (non)medical systems by using standard data formats
(JPEG, BITMAP, ASCII, DICOM) and data synchronization between two workstations
ix
(the first one for acquisition, storage and processing, the second one only for image
processing); 4) fast, simple and cheap upgrade to new generations of computers and
analog-to-digital convertors (ADC) – enabled by using LabVIEW software environment
(National Instruments, Teksas, SAD) and commercial National Instruments ADC;
5) development and implementing novel non-standard acquisition protocols and tools
for study processing.
Basic configuration of GammaKey system includes: 1) standard functions for
image processing (resampling to the matrix 1024x1024 pixels by bilinear interpolation,
nine-point smoothing, Butterworth and Winer filter); 2) tools for image manipulation
(zoom, contrast adjustment, deleting parts of the image that are not of interest);
3) standard functions for scintigraphic study processing (up to 10 regions of interest
(ROI), calculating time-activity-curves (TAC), frame and TAC arithmetic opearations,
N-point median and cubic spline TAC filtering, automatic ROI segmentation of static
studies, ROI radioactivity correction).
Advanced configuration of GammaKey system includes three non-standard
features: 1) EffSpleen acquisition and analysis for efficacy of the splenectomy prediction
in patients with chronic immune thrombocytopenic purpura; 2) Submarine analysis for
localization of parathyroid tumors; 3) SalivaryScan analysis for complete quantitative
investigation of salivary glands function. EffSpleen routine enables complete acquisition
and analysis of in vivo examination of platelet kinetics in order to estimate splenectomy
efficacy according to the method developed in the Center for Nuclear Medicine, Clinical
Center of Serbia, Belgrade. Developed routine allows the automation of timeconsuming
processing of sequential static studies and calculation of platelet
sequestration index. Submarine routine is the implementation of the original method for
the localization of parathyroid tumors based on dynamic parathyroid scintigrams,
developed in collaboration with physicians from the National Cancer Research Center
of Serbia, Belgrade. Evaluation of Submarine method is presented in the group of
patients with histopathologically proven parathyroid tumors and its efficacy has been
demonstrated for localization of hyperplasia and parathyroid lesions covered by thyroid
nodules, solving typical pitfalls of standard subtraction protocol. Algorithms for
visualization and automatic extraction of regions with parathyroid lesions are suggested.
SalivaryScan routine enables automatic calculation of 11 quantitative indices that
describe the function of salivary glands, unlike commercial software that usually gives
only one parameter (ejection fraction). A significant modification of secretion velocity
index is introduced. Developed tool is a basic instrument for further multidisciplinary
research in the field of salivary scintigraphy...
