Οι μέθοδοι της πυρηνικής ιατρικής όπως η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET) και η υπολογιστική τομογραφία εκπομπής ενός φωτονίου (SPECT) διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο σε πολλούς τομείς της υγειονομικής περίθαλψης, συμπεριλαμβανομένης της διάγνωσης του καρκίνου και της καρδιακής απεικόνισης, μεταξύ άλλων. Παράλληλα, καινοτόμα ερευνητικά έργα στοχεύουν στη συνεχή βελτίωση αυτών των τεχνικών μοριακής απεικόνισης, ελαχιστοποιώντας την ποσότητα ραδιενεργού ιχνηθέτη που απαιτείται, μειώνοντας τον απαιτούμενο χρόνο απεικόνισης ή βελτιώνοντας την ποιότητα της εικόνας. Στο πρόσφατο Ετήσια Συνάντηση της Εταιρείας Πυρηνικής Ιατρικής και Μοριακής Απεικόνισης (SNMMI), οι ερευνητές παρουσίασαν τις τελευταίες εξελίξεις στα όργανα PET και SPECT.
Το PET χωρίς CT μειώνει τη δόση ακτινοβολίας
Οι σαρωτές PET ολικού σώματος με μακρύ αξονικό οπτικό πεδίο μπορούν να ενεργοποιήσουν σαρώσεις PET εξαιρετικά χαμηλής δόσης. Αλλά η αξονική τομογραφία που εκτελείται παράλληλα με τη λήψη χαρτών εξασθένησης μπορεί να προσφέρει μια σημαντική δόση ακτινοβολίας, αναιρώντας αυτά τα οφέλη χαμηλής δόσης. Στην Ετήσια Συνέλευση του SNMMI, Mohammadreza Teimorisichan από τη Siemens Medical Imaging παρουσίασε μια πλήρως ποσοτική τεχνική απεικόνισης PET που δεν απαιτεί συνοδευτική αξονική τομογραφία και μειώνει δραματικά την ποσότητα ακτινοβολίας που παρέχεται στον ασθενή. Η προσέγγιση θα μπορούσε να αποδειχθεί ιδιαίτερα ωφέλιμη για παιδιατρικούς ασθενείς και όσους χρειάζονται πολλαπλές σαρώσεις.
«Οι περισσότεροι σύγχρονοι σαρωτές PET χρησιμοποιούν σπινθηριστές με βάση το λουτέτιο για την ανίχνευση φωτονίων γάμμα» εξηγεί η Teimorisichan σε δήλωση τύπου. «Το λουτέτιο στον σπινθηριστή περιέχει μια μικρή ποσότητα - λιγότερο από 3% - του ραδιοϊσοτόπου 176Lu, το οποίο εκπέμπει ακτινοβολία φόντου κατά τη σάρωση. Στη μελέτη μας, χρησιμοποιήσαμε αυτήν την ακτινοβολία υποβάθρου ως πηγή μετάδοσης για την ταυτόχρονη ανακατασκευή χαρτών εξασθένησης και ποσοτικών εικόνων PET χωρίς τη χρήση CT».
Οι ερευνητές αξιολόγησαν την προτεινόμενη τεχνική ανακατασκευής τους χρησιμοποιώντας δεδομένα από μια κλινική σάρωση FDG-PET που αποκτήθηκε με σαρωτή Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT. Στον ασθενή έγινε ένεση με περίπου 170 MBq 18F-FDG και σαρώθηκε 55 λεπτά μετά την ένεση για διάρκεια 10 λεπτών. Χρησιμοποιώντας τα φωτόνια γάμμα 202 και 307 keV από 176Lu για την ανακατασκευή των χαρτών εξασθένησης, δημιούργησαν εικόνες PET χρησιμοποιώντας διάφορους αλγόριθμους ανακατασκευής χωρίς CT.
Η σύγκριση των αποτελεσμάτων με τυπικές εικόνες PET/CT έδειξε ότι τα μεγαλύτερα ποσοτικά σφάλματα στους χάρτες εξασθένησης εμφανίστηκαν γύρω από τα όρια του ασθενούς. Από τα διάφορα όργανα που εξετάστηκαν, ο εγκέφαλος είχε το μεγαλύτερο ποσοτικό σφάλμα (υποεκτίμηση δραστηριότητας 15-21%). Ωστόσο, οι ανακατασκευασμένες εικόνες PET χωρίς CT έδειξαν μέσα ποσοτικά σφάλματα οργάνου 4.8% και 10% για δύο τεχνικές ανακατασκευής που εξετάστηκαν.
Εκτός από τη μείωση της δόσης του ασθενούς, η προτεινόμενη μέθοδος εξαλείφει επίσης την εσφαλμένη καταχώριση του χάρτη εξασθένησης που μπορεί να προκύψει λόγω της κίνησης του ασθενούς μεταξύ των σαρώσεων CT και PET. Η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να παρέχει μια αξιόπιστη τεχνική για τη διόρθωση της εξασθένησης σε υβριδικούς σαρωτές PET/MR.
«Αυτή η μελέτη είναι ένα σημαντικό βήμα προς την πρακτική ποσοτική απεικόνιση PET χωρίς CT», σημειώνει η Teimorisichan. «Εκτός από τη μείωση της έκθεσης των ασθενών σε ακτινοβολία, μια πραγματική χαμηλής δόσης ποσοτική σάρωση PET μπορεί να έχει μεγάλο αντίκτυπο σε ερευνητικές μελέτες που στοχεύουν στην καλύτερη κατανόηση της ανθρώπινης φυσιολογίας σε μοριακό επίπεδο και στην έρευνα που περιλαμβάνει την ανάπτυξη ραδιοφαρμάκων. Ο αλγόριθμος αξιολογείται επί του παρόντος σε μεγάλο αριθμό ασθενών για να ανακαλύψει το πλήρες δυναμικό του».
Το Self-collimating SPECT προσφέρει ταχεία καρδιακή απεικόνιση
Μια ομάδα από Πανεπιστήμιο Tsinghua στο Πεκίνο έχει σχεδιάσει ένα καρδιακό σύστημα SPECT που εκτελεί σαρώσεις 10 έως 100 φορές πιο γρήγορα από τις τρέχουσες συσκευές SPECT. Το νέο σύστημα χρησιμοποιεί ενεργούς ανιχνευτές σε αρχιτεκτονική πολλαπλών επιπέδων που εκτελούν τη διπλή λειτουργία ανίχνευσης και ευθυγράμμισης. Αυτή η ιδέα «αυτοδιόρθωσης» βελτιώνεται με τις συμβατικές προσεγγίσεις SPECT για να προσφέρει δραματικά συντομευμένο χρόνο σάρωσης, καλύτερη ποιότητα εικόνας, αυξημένη απόδοση του ασθενούς και μειωμένη έκθεση σε ακτινοβολία στους ασθενείς.
«Το SPECT είναι ένα σημαντικό μη επεμβατικό απεικονιστικό εργαλείο για τη διάγνωση και τη διαστρωμάτωση κινδύνου ασθενών με στεφανιαία νόσο», λέει. Ντεμπίν Ζανγκ σε δήλωση τύπου. «Ωστόσο, το συμβατικό SPECT πάσχει από μεγάλο χρόνο σάρωσης και κακή ποιότητα εικόνας ως αποτέλεσμα της εξάρτησης από έναν μηχανικό ρυθμιστή. Το νέο σύστημα SPECT είναι σε θέση να εκτελεί δυναμικές σαρώσεις με γρήγορο πλαίσιο με υψηλή ποιότητα.”
Το αυτοσυναρμολογούμενο καρδιακό SPECT αποτελείται από τρεις πανομοιότυπες τραπεζοειδείς μονάδες ανιχνευτή, που ενώνονται για να σχηματίσουν ένα μισό εξάγωνο που περικλείει ένα σφαιρικό οπτικό πεδίο. Κάθε μονάδα ανιχνευτή περιλαμβάνει μια εσωτερική πλάκα βολφραμίου που περιέχει πολλά ανοίγματα, ακολουθούμενη από τέσσερα στοιβαγμένα στρώματα ανιχνευτή, τρία που περιέχουν σπινθηριστές αραιά διατεταγμένους σε μοτίβο σκακιέρας και το εξωτερικό περιέχει στενά συσκευασμένους σπινθηριστές. Αυτοί οι σπινθηριστές εκτελούν τις διπλές λειτουργίες της ανίχνευσης και της ευθυγράμμισης φωτονίων.
Οι ερευνητές συνέκριναν τρία μοτίβα διαφράγματος στη μεταλλική πλάκα (η οποία παρέχει επίσης μέρος της ευθυγράμμισης) και διαπίστωσαν ότι μια τυχαία κατανομή 140 ανοιγμάτων παρείχε καλύτερη απόδοση σήματος προς θόρυβο από 48 ή 140 ανοίγματα σε ένα μοτίβο πλέγματος. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τυχαία διαμόρφωση, το καρδιακό SPECT είχε μέση ευαισθησία 0.68 στο οπτικό πεδίο.
Σε σαρώσεις φάντασμα, το σύστημα μπορούσε να διαχωρίσει ράβδους 4 mm σε ένα φάντασμα θερμής ράβδου και ήταν σε θέση να αναγνωρίσει ένα ελάττωμα σε ένα καρδιακό φάντασμα σε μόλις 2 δευτερόλεπτα.
Η ομάδα καταλήγει στο συμπέρασμα ότι ο προτεινόμενος σχεδιασμός ανιχνευτή έχει τη δυνατότητα να επεκτείνει τις κλινικές εφαρμογές του δυναμικού καρδιακού SPECT, εξαλείφοντας τον αντίκτυπο της αναπνευστικής κίνησης του ασθενούς, αυξάνοντας την απόδοση του ασθενούς, επιτρέποντας απεικόνιση εξαιρετικά χαμηλής δόσης και ποσοτικοποιώντας με ακρίβεια τη ροή αίματος του μυοκαρδίου και το αποθεματικό στεφανιαίας ροής.
