Modaliteiten in de nucleaire geneeskunde zoals positronemissietomografie (PET) en single-photon emissie computertomografie (SPECT) spelen een vitale rol op veel gebieden van de gezondheidszorg, waaronder kankerdiagnostiek en cardiale beeldvorming. Daarnaast hebben innovatieve onderzoeksprojecten tot doel deze moleculaire beeldvormingstechnieken voortdurend te verbeteren door de benodigde hoeveelheid radioactieve tracer te minimaliseren, de vereiste beeldvormingstijd te verkorten of de beeldkwaliteit te verbeteren. Bij de recente Jaarvergadering van de Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI), presenteerden onderzoekers de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van PET- en SPECT-instrumentatie.
CT-vrije PET verlaagt de stralingsdosis
PET-scanners voor het hele lichaam met een lang axiaal gezichtsveld kunnen PET-scans met een extreem lage dosis mogelijk maken. Maar de CT-scan die ernaast wordt uitgevoerd om verzwakkingskaarten te verkrijgen, kan een aanzienlijke stralingsdosis opleveren, waardoor deze lage dosisvoordelen teniet worden gedaan. Tijdens de SNMMI-jaarvergadering, Mohammadreza Teimoorisichani van Siemens Medical Imaging presenteerde een volledig kwantitatieve PET-beeldvormingstechniek die geen begeleidende CT-scan vereist en de hoeveelheid straling die aan de patiënt wordt afgegeven drastisch vermindert. De aanpak zou met name van voordeel kunnen zijn voor pediatrische patiënten en patiënten die meerdere scans nodig hebben.
"De meeste moderne PET-scanners gebruiken op lutetium gebaseerde scintillatoren om gammafotonen te detecteren", legt Teimoorisichani uit in een persverklaring. “Het lutetium in de scintillator bevat een kleine hoeveelheid – minder dan 3% – van de radio-isotoop 176Lu, die tijdens de scan achtergrondstraling uitzendt. In onze studie hebben we deze achtergrondstraling gebruikt als transmissiebron om tegelijkertijd verzwakkingskaarten en kwantitatieve PET-beelden te reconstrueren zonder het gebruik van CT.”
De onderzoekers evalueerden hun voorgestelde reconstructietechniek met behulp van gegevens van een klinische FDG-PET-scan verkregen met een Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT-scanner. De patiënt werd geïnjecteerd met ongeveer 170 MBq 18F-FDG en gescand 55 min na injectie gedurende 10 min. Met behulp van de 202 en 307 keV gammafotonen van 176Lu om verzwakkingskaarten te reconstrueren, genereerden ze PET-beelden met behulp van verschillende CT-vrije reconstructie-algoritmen.
Vergelijking van de resultaten met standaard PET/CT-beelden toonde aan dat de grootste kwantificeringsfouten in de verzwakkingskaarten rond de patiëntgrens verschenen. Van de verschillende onderzochte organen hadden de hersenen de grootste kwantitatieve fout (onderschatting van activiteit van 15-21%). De CT-vrije gereconstrueerde PET-beelden vertoonden echter gemiddelde kwantitatieve orgelfouten van 4.8% en 10% voor twee onderzochte reconstructietechnieken.
Naast het verlagen van de patiëntdosis, elimineert de voorgestelde methode ook mogelijke verkeerde registratie van de verzwakkingskaart die kan optreden als gevolg van beweging van de patiënt tussen de CT- en PET-scans. De aanpak zou ook een betrouwbare techniek kunnen zijn voor verzwakkingscorrectie in hybride PET/MR-scanners.
"Deze studie is een belangrijke stap in de richting van praktische CT-loze kwantitatieve PET-beeldvorming", merkt Teimoorisichani op. “Naast het verminderen van de stralingsblootstelling van de patiënt, kan een echte lage dosis kwantitatieve PET-scan een grote impact hebben op onderzoeksstudies die tot doel hebben de menselijke fysiologie op moleculair niveau beter te begrijpen en op onderzoek met betrekking tot de ontwikkeling van radiofarmaca. Het algoritme wordt momenteel geëvalueerd op een groot aantal patiënten om het volledige potentieel ervan te ontdekken.”
Zelfcollimerende SPECT biedt snelle cardiale beeldvorming
Een team van Tsinghua University in Beijing heeft een cardiaal SPECT-systeem ontworpen dat scans 10 tot 100 keer sneller uitvoert dan de huidige SPECT-apparaten. Het nieuwe systeem maakt gebruik van actieve detectoren in een meerlaagse architectuur die de dubbele functionaliteit van detectie en collimatie uitvoeren. Dit "zelf-collimatie"-concept is een verbetering ten opzichte van conventionele SPECT-benaderingen en levert een drastisch verkorte scantijd, betere beeldkwaliteit, verhoogde patiëntdoorvoer en verminderde stralingsblootstelling voor patiënten.
"SPECT is een belangrijk niet-invasief beeldvormingsinstrument voor de diagnose en risicostratificatie van patiënten met coronaire hartziekten", zegt Debin Zhang in een persverklaring. “Conventionele SPECT lijdt echter aan een lange scantijd en een slechte beeldkwaliteit als gevolg van het vertrouwen op een mechanische collimator. Het nieuwe SPECT-systeem is in staat snelle dynamische scans met hoge kwaliteit uit te voeren.”
De zelfcollimerende cardiale SPECT bestaat uit drie identieke trapeziumvormige detectoreenheden, samengevoegd tot een halve zeshoek die een bolvormig gezichtsveld omsluit. Elke detectoreenheid omvat een binnenste wolfraamplaat met veel openingen, gevolgd door vier gestapelde detectorlagen, drie met scintillatoren die spaarzaam gerangschikt zijn in een schaakbordpatroon en de buitenste met dicht op elkaar gepakte scintillatoren. Deze scintillatoren vervullen de dubbele functies van fotondetectie en collimatie.
De onderzoekers vergeleken drie diafragmapatronen in de metalen plaat (die ook een deel van de collimatie verzorgt) en ontdekten dat een willekeurige verdeling van 140 openingen betere signaal-ruisprestaties opleverde dan 48 of 140 openingen in een rasterpatroon. Met deze willekeurige configuratie had de cardiale SPECT een gemiddelde gevoeligheid van 0.68 in het gezichtsveld.
Bij scans van fantomen kon het systeem staven van 4 mm scheiden in een hot-rod fantoom en kon het een defect in een hartfantoom in slechts 2 seconden identificeren.
Het team concludeert dat het voorgestelde detectorontwerp de potentie heeft om klinische toepassingen van dynamische cardiale SPECT uit te breiden, door de impact van de ademhalingsbeweging van de patiënt te elimineren, de patiëntdoorvoer te vergroten, ultra-lage dosis beeldvorming mogelijk te maken en de myocardiale bloedstroom en coronaire stroomreserve nauwkeurig te kwantificeren.
