Modalitas kedokteran nuklir seperti tomografi emisi positron (PET) dan tomografi terkomputasi emisi foton tunggal (SPECT) memainkan peran penting dalam banyak bidang perawatan kesehatan, antara lain diagnostik kanker dan pencitraan jantung. Di samping itu, proyek penelitian inovatif bertujuan untuk terus meningkatkan teknik pencitraan molekuler ini, dengan meminimalkan jumlah pelacak radioaktif yang diperlukan, mengurangi waktu pencitraan yang diperlukan, atau meningkatkan kualitas gambar. Baru-baru ini Pertemuan Tahunan dari Masyarakat Kedokteran Nuklir dan Pencitraan Molekuler (SNMMI), peneliti mempresentasikan kemajuan terbaru dalam instrumentasi PET dan SPECT.
PET bebas CT mengurangi dosis radiasi
Pemindai PET seluruh tubuh dengan bidang pandang aksial yang panjang dapat memungkinkan pemindaian PET dosis sangat rendah. Tetapi CT scan yang dilakukan bersamaan untuk mendapatkan peta atenuasi dapat memberikan dosis radiasi yang besar, meniadakan manfaat dosis rendah ini. Pada Pertemuan Tahunan SNMMI, Mohammadreza Teimoorisichani dari Siemens Medical Imaging menyajikan teknik pencitraan PET kuantitatif penuh yang tidak memerlukan CT scan dan secara dramatis mengurangi jumlah radiasi yang diberikan kepada pasien. Pendekatan ini dapat membuktikan manfaat khusus bagi pasien anak dan mereka yang membutuhkan banyak pemindaian.
“Sebagian besar pemindai PET modern menggunakan sintilator berbasis lutetium untuk mendeteksi foton gamma,” jelas Teimoorisichani dalam pernyataan pers. Lutetium dalam sintilator mengandung sejumlah kecil – kurang dari 3% – radioisotop 176Lu, yang memancarkan radiasi latar selama pemindaian. Dalam penelitian kami, kami menggunakan radiasi latar ini sebagai sumber transmisi untuk secara bersamaan merekonstruksi peta atenuasi dan gambar PET kuantitatif tanpa menggunakan CT.”
Para peneliti mengevaluasi teknik rekonstruksi yang diusulkan menggunakan data dari pemindaian FDG-PET klinis yang diperoleh dengan pemindai PET/CT Siemens Biograph Vision Quadra. Pasien disuntik dengan sekitar 170 MBq 18F-FDG dan dipindai 55 menit pasca injeksi selama 10 menit. Menggunakan foton gamma 202 dan 307 keV dari 176Lu untuk merekonstruksi peta atenuasi, mereka menghasilkan gambar PET menggunakan berbagai algoritme rekonstruksi bebas CT.
Membandingkan hasil dengan gambar PET/CT standar menunjukkan bahwa kesalahan kuantifikasi terbesar pada peta atenuasi muncul di sekitar batas pasien. Dari berbagai organ yang diperiksa, otak memiliki kesalahan kuantitatif terbesar (meremehkan aktivitas 15-21%). Namun, gambar PET yang direkonstruksi tanpa CT menunjukkan rata-rata kesalahan kuantitatif organ sebesar 4.8% dan 10% untuk dua teknik rekonstruksi yang diperiksa.
Selain mengurangi dosis pasien, metode yang diusulkan juga mengeliminasi potensi kesalahan registrasi peta pelemahan yang dapat timbul karena pergerakan pasien antara pemindaian CT dan PET. Pendekatan ini juga dapat memberikan teknik yang andal untuk koreksi pelemahan pada pemindai PET/MR hibrid.
“Studi ini merupakan langkah penting menuju pencitraan PET kuantitatif tanpa CT yang praktis,” catat Teimoorisichani. “Selain mengurangi paparan radiasi pasien, pemindaian PET kuantitatif dosis rendah yang sesungguhnya dapat berdampak besar pada studi penelitian yang bertujuan untuk lebih memahami fisiologi manusia pada tingkat molekuler dan pada penelitian yang melibatkan pengembangan radiofarmasi. Algoritme saat ini sedang dievaluasi pada sejumlah besar pasien untuk menemukan potensi penuhnya.”
SPECT self-collimating menawarkan pencitraan jantung yang cepat
Sebuah tim dari Tsinghua University di Beijing telah merancang sistem SPECT jantung yang melakukan pemindaian 10 hingga 100 kali lebih cepat daripada perangkat SPECT saat ini. Sistem baru menggunakan detektor aktif dalam arsitektur multi-lapisan yang menjalankan fungsi ganda deteksi dan kolimasi. Konsep "self-collimation" ini meningkatkan pendekatan SPECT konvensional untuk menghasilkan waktu pemindaian yang dipersingkat secara dramatis, kualitas gambar yang lebih baik, peningkatan throughput pasien, dan pengurangan paparan radiasi kepada pasien.
“SPECT adalah alat pencitraan non-invasif yang penting untuk diagnosis dan stratifikasi risiko pasien dengan penyakit jantung koroner,” kata Debin Zhang dalam pernyataan pers. “Namun, SPECT konvensional mengalami waktu pemindaian yang lama dan kualitas gambar yang buruk akibat mengandalkan kolimator mekanis. Sistem SPECT yang baru mampu melakukan pemindaian dinamis berbingkai cepat dengan kualitas tinggi.”
SPECT jantung yang terkolimasi sendiri terdiri dari tiga unit detektor trapesium yang identik, digabungkan untuk membentuk setengah segi enam yang melingkupi bidang pandang bola. Setiap unit detektor terdiri dari pelat tungsten bagian dalam yang berisi banyak lubang, diikuti oleh empat lapisan detektor yang ditumpuk, tiga berisi sintilator yang tersusun jarang dalam pola papan catur dan bagian luar berisi sintilator yang tersusun rapat. Scintillator ini melakukan fungsi ganda deteksi dan kolimasi foton.
Para peneliti membandingkan tiga pola apertur pada pelat logam (yang juga menyediakan bagian dari kolimasi) dan menemukan bahwa distribusi acak 140 apertur memberikan kinerja signal-to-noise yang lebih baik daripada 48 atau 140 apertur dalam pola kisi. Menggunakan konfigurasi acak ini, SPECT jantung memiliki sensitivitas rata-rata 0.68 di bidang pandang.
Dalam pemindaian phantom, sistem dapat memisahkan batang 4 mm dalam phantom hot-rod, dan mampu mengidentifikasi cacat pada phantom jantung hanya dalam waktu 2 detik.
Tim menyimpulkan bahwa desain detektor yang diusulkan memiliki potensi untuk memperluas aplikasi klinis SPECT jantung dinamis, dengan menghilangkan dampak gerakan pernapasan pasien, meningkatkan throughput pasien, memungkinkan pencitraan dosis sangat rendah dan secara tepat mengukur aliran darah miokard dan cadangan aliran koroner.
