Ydinlääketieteen menetelmillä, kuten positroniemissiotomografialla (PET) ja yhden fotonin emissiotietokonetomografialla (SPECT), on tärkeä rooli monilla terveydenhuollon aloilla, mukaan lukien muun muassa syöpädiagnostiikassa ja sydämen kuvantamisessa. Samanaikaisesti innovatiivisilla tutkimusprojekteilla pyritään jatkuvasti parantamaan näitä molekyylikuvaustekniikoita minimoimalla tarvittavan radioaktiivisen merkkiaineen määrää, lyhentämällä tarvittavaa kuvantamisaikaa tai parantamalla kuvan laatua. Viime aikoina Vuosikokous Ydinlääketieteen ja molekyylikuvantamisen yhdistyksen jäsen (SNMMI), tutkijat esittelivät PET- ja SPECT-instrumentoinnin viimeisimmät edistysaskeleet.
CT-vapaa PET vähentää säteilyannosta
Koko kehon PET-skannerit, joissa on pitkä aksiaalinen näkökenttä, voivat mahdollistaa erittäin pieniannoksiset PET-skannaukset. Mutta CT-skannaus, joka suoritetaan samanaikaisesti vaimennuskarttojen saamiseksi, voi tuottaa huomattavan säteilyannoksen, mikä tekee tyhjäksi nämä pieniannoksista edut. SNMMI:n vuosikokouksessa Mohammadreza Teimoorisichani Siemens Medical Imaging esitteli täysin kvantitatiivisen PET-kuvaustekniikan, joka ei vaadi mukana olevaa CT-skannausta ja vähentää dramaattisesti potilaaseen tulevan säteilyn määrää. Lähestymistapa voisi osoittautua erityisen hyödylliseksi lapsipotilaille ja niille, jotka tarvitsevat useita skannauksia.
"Useimmat nykyaikaiset PET-skannerit käyttävät lutetiumpohjaisia tuikelaitteita gammafotonien havaitsemiseen", Teimoorisichani selittää lehdistötiedotteessa. ”Tuikeessa oleva lutetium sisältää pienen määrän – alle 3 % – radioisotooppia 176Lu, joka lähettää taustasäteilyä skannauksen aikana. Tutkimuksessamme käytimme tätä taustasäteilyä lähetyslähteenä rekonstruoidaksemme samanaikaisesti vaimennuskarttoja ja kvantitatiivisia PET-kuvia ilman TT:tä.
Tutkijat arvioivat ehdotettua rekonstruktiotekniikkaansa käyttämällä kliinisen FDG-PET-skannauksen tietoja, jotka saatiin Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT-skannerilla. Potilaalle injektoitiin noin 170 MBq 18F-FDG ja skannattu 55 minuuttia injektion jälkeen 10 minuutin ajan. Käyttämällä 202 ja 307 keV gammafotoneja alkaen 176Lu rekonstruoida vaimennuskartat, he loivat PET-kuvia käyttämällä erilaisia CT-vapaita rekonstruktioalgoritmeja.
Tulosten vertailu tavallisiin PET/CT-kuviin osoitti, että suurimmat kvantifiointivirheet vaimennuskartoissa ilmenivät potilaan rajalla. Tutkituista eri elimistä aivoissa oli suurin määrällinen virhe (toiminnan aliarviointi 15–21 %). Kuitenkin CT-vapaat rekonstruoidut PET-kuvat osoittivat elinten keskimääräiset kvantitatiiviset virheet 4.8 % ja 10 % kahdella tutkitulla rekonstruktiotekniikalla.
Potilasannoksen pienentämisen lisäksi ehdotettu menetelmä eliminoi myös mahdollisen vaimennuskartan virheellisen rekisteröinnin, joka voi johtua potilaan liikkeestä CT- ja PET-skannausten välillä. Lähestymistapa voisi myös tarjota luotettavan tekniikan vaimennuksen korjaamiseen hybridi-PET/MR-skannereissa.
"Tämä tutkimus on tärkeä askel kohti käytännön CT-vapaata kvantitatiivista PET-kuvausta", Teimoorisichani toteaa. ”Potilaan säteilyaltistuksen vähentämisen lisäksi aidolla pieniannoksisella kvantitatiivisella PET-skannauksella voi olla suuri vaikutus tutkimuksiin, joilla pyritään ymmärtämään paremmin ihmisen fysiologiaa molekyylitasolla, sekä radiofarmaseuttisten lääkkeiden kehittämistä koskevaan tutkimukseen. Algoritmia arvioidaan parhaillaan suurella määrällä potilaita sen täyden potentiaalin löytämiseksi.
Itsestään kollimoituva SPECT tarjoaa nopean sydämen kuvantamisen
Joukkue kaupungista Tsinghuan yliopisto Pekingissä on suunnitellut sydämen SPECT-järjestelmän, joka suorittaa skannaukset 10-100 kertaa nopeammin kuin nykyiset SPECT-laitteet. Uusi järjestelmä käyttää aktiivisia ilmaisimia monikerroksisessa arkkitehtuurissa, jotka suorittavat ilmaisun ja kollimoinnin kaksoistoiminnon. Tämä "self-collimation" -konsepti parantaa perinteisiä SPECT-lähestymistapoja ja tarjoaa dramaattisesti lyhennetyn skannausajan, paremman kuvanlaadun, suuremman potilaan suorituskyvyn ja pienemmän potilaiden säteilyaltistuksen.
"SPECT on tärkeä ei-invasiivinen kuvantamistyökalu sepelvaltimotautipotilaiden diagnosointiin ja riskien jakamiseen", sanoo Debin Zhang lehdistötiedotteessa. "Perinteinen SPECT kärsii kuitenkin pitkästä skannausajasta ja huonosta kuvanlaadusta, koska se luottaa mekaaniseen kollimaattoriin. Uusi SPECT-järjestelmä pystyy suorittamaan laadukkaita nopeita dynaamisia skannauksia."
Itsekollimoituva sydämen SPECT koostuu kolmesta identtisestä puolisuunnikkaan muotoisesta ilmaisinyksiköstä, jotka on yhdistetty muodostamaan puolikuusikulmio, joka sulkee sisäänsä pallomaisen näkökentän. Kukin ilmaisinyksikkö käsittää sisemmän volframilevyn, joka sisältää monia aukkoja, jota seuraa neljä pinottua ilmaisinkerrosta, joista kolme sisältää harvakseltaan shakkilaudan kuvioon järjestettyjä tuikekerrosta ja ulompi sisältää tiiviisti pakattuja tuikekerrosta. Nämä tuikelaitteet suorittavat fotonien havaitsemisen ja kollimoinnin kaksoistoimintoja.
Tutkijat vertasivat kolmea metallilevyssä olevaa aukkomallia (joka myös muodostaa osan kollimaatiosta) ja havaitsivat, että 140 aukon satunnainen jakautuminen tarjosi paremman signaali-kohinasuhteen kuin 48 tai 140 aukkoa ruudukkokuviossa. Tätä satunnaista konfiguraatiota käyttämällä sydämen SPECT:n keskimääräinen herkkyys oli 0.68 näkökentässä.
Fantomien skannauksissa järjestelmä pystyi erottamaan 4 mm:n sauvat hot-rod-fantomissa ja pystyi tunnistamaan sydänfantomissa olevan vian vain 2 sekunnissa.
Tiimi päättelee, että ehdotetulla ilmaisinsuunnittelulla on potentiaalia laajentaa dynaamisen sydämen SPECT:n kliinisiä sovelluksia eliminoimalla potilaan hengitysliikkeen vaikutukset, lisäämällä potilaan suorituskykyä, mahdollistamalla erittäin pieniannoksisen kuvantamisen ja mittaamalla tarkasti sydänlihaksen verenvirtauksen ja sepelvaltimovirtausreservin.
