Nuklearmedicinske modaliteter såsom positronemissionstomografi (PET) og enkeltfotonemissionscomputertomografi (SPECT) spiller en afgørende rolle inden for mange områder af sundhedsvæsenet, herunder cancerdiagnostik og hjertebilleddannelse, blandt andre. Sideløbende sigter innovative forskningsprojekter på løbende at forbedre disse molekylære billeddannelsesteknikker ved at minimere mængden af radioaktivt sporstof, der er behov for, reducere den nødvendige billeddannelsestid eller forbedre billedkvaliteten. Ved den seneste Årsmøde af Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI), præsenterede forskere de seneste fremskridt inden for PET- og SPECT-instrumentering.
CT-fri PET reducerer stråledosis
Helkropps-PET-scannere med et langt aksialt synsfelt kan muliggøre ekstremt lavdosis PET-scanninger. Men den CT-scanning, der udføres ved siden af for at opnå dæmpningskort, kan levere en betydelig strålingsdosis, hvilket ophæver disse lavdosisfordele. På SNMMIs årsmøde, Mohammadreza Teimoorisichani fra Siemens Medical Imaging præsenterede en fuldt kvantitativ PET-billeddannelsesteknik, der ikke kræver en ledsagende CT-scanning og dramatisk reducerer mængden af stråling, der leveres til patienten. Tilgangen kan vise sig at være særlig gavnlig for pædiatriske patienter og dem, der kræver flere scanninger.
"De fleste moderne PET-scannere bruger lutetium-baserede scintillatorer til at detektere gamma-fotoner" forklarer Teimoorisichani i en pressemeddelelse. "Lutetiumet i scintillatoren indeholder en lille mængde - mindre end 3% - af radioisotopen 176Lu, som udsender baggrundsstråling under scanningen. I vores undersøgelse brugte vi denne baggrundsstråling som en transmissionskilde til samtidig at rekonstruere dæmpningskort og kvantitative PET-billeder uden brug af CT."
Forskerne evaluerede deres foreslåede rekonstruktionsteknik ved hjælp af data fra en klinisk FDG-PET-scanning erhvervet med en Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT-scanner. Patienten blev injiceret med ca. 170 MBq af 18F-FDG og scannet 55 min efter injektion i en varighed på 10 min. Brug af 202 og 307 keV gammafotonerne fra 176Lu for at rekonstruere dæmpningskort genererede de PET-billeder ved hjælp af forskellige CT-fri rekonstruktionsalgoritmer.
Sammenligning af resultaterne med standard PET/CT-billeder viste, at de største kvantificeringsfejl i dæmpningskortene optrådte omkring patientgrænsen. Af de forskellige undersøgte organer havde hjernen den største kvantitative fejl (aktivitetsunderestimering på 15-21%). De CT-fri rekonstruerede PET-billeder viste imidlertid gennemsnitlige organkvantitative fejl på 4.8 % og 10 % for to undersøgte rekonstruktionsteknikker.
Ud over at reducere patientdosis eliminerer den foreslåede metode også potentiel fejlregistrering af dæmpningskort, der kan opstå på grund af patientbevægelser mellem CT- og PET-scanningerne. Tilgangen kunne også give en pålidelig teknik til dæmpningskorrektion i hybride PET/MR-scannere.
"Denne undersøgelse er et vigtigt skridt mod praktisk CT-fri kvantitativ PET-billeddannelse," bemærker Teimoorisichani. "Ud over at reducere patientens strålingseksponering kan en ægte lavdosis kvantitativ PET-scanning have stor indflydelse på forskningsstudier, der sigter mod bedre at forstå menneskets fysiologi på molekylært niveau og på forskning, der involverer udvikling af radiofarmaceutiske midler. Algoritmen bliver i øjeblikket evalueret på et stort antal patienter for at opdage dets fulde potentiale."
Selvkollimerende SPECT tilbyder hurtig hjertebilleddannelse
Et hold fra Tsinghua University i Beijing har designet et hjerte SPECT-system, der udfører scanninger 10 til 100 gange hurtigere end nuværende SPECT-enheder. Det nye system anvender aktive detektorer i en flerlagsarkitektur, der udfører den dobbelte funktionalitet af detektion og kollimering. Dette "selvkollimations"-koncept forbedrer i forhold til konventionelle SPECT-tilgange for at levere dramatisk forkortet scanningstid, bedre billedkvalitet, øget patientgennemstrømning og reduceret strålingseksponering for patienter.
"SPECT er et vigtigt ikke-invasivt billeddannende værktøj til diagnosticering og risikostratificering af patienter med koronar hjertesygdom," siger Debin Zhang i en pressemeddelelse. “Men konventionel SPECT lider af lang scanningstid og dårlig billedkvalitet som følge af at være afhængig af en mekanisk kollimator. Det nye SPECT-system er i stand til at udføre hurtige dynamiske scanninger med høj kvalitet."
Den selvkollimerende hjerte SPECT består af tre identiske trapezformede detektorenheder, der er forbundet til en halv sekskant, der omslutter et sfærisk synsfelt. Hver detektorenhed omfatter en indre wolframplade, der indeholder mange åbninger, efterfulgt af fire stablede detektorlag, hvoraf tre indeholder scintillatorer sparsomt anbragt i et skakbrætmønster, og den ydre indeholder tætpakkede scintillatorer. Disse scintillatorer udfører de dobbelte funktioner fotondetektion og kollimation.
Forskerne sammenlignede tre blændemønstre i metalpladen (som også giver en del af kollimationen) og fandt ud af, at en tilfældig fordeling på 140 blænder gav bedre signal-til-støj ydeevne end 48 eller 140 blænder i et gittermønster. Ved at bruge denne tilfældige konfiguration havde hjerte-SPECT en gennemsnitlig følsomhed på 0.68 i synsfeltet.
Ved scanninger af fantomer kunne systemet adskille 4 mm stænger i et hot-rod fantom og var i stand til at identificere en defekt i et hjertefantom på så lidt som 2 s.
Holdet konkluderer, at det foreslåede detektordesign har potentiale til at udvide kliniske anvendelser af dynamisk hjerte SPECT ved at eliminere påvirkningen af patientens respiratoriske bevægelser, øge patientgennemstrømningen, muliggøre ultra-lavdosis billeddannelse og præcist kvantificere myokardieblodflow og koronar flowreserve.
