Nukleærmedisinske modaliteter som positronemisjonstomografi (PET) og enkeltfotonutslippsdatatomografi (SPECT) spiller en viktig rolle i mange områder av helsevesenet, inkludert kreftdiagnostikk og hjerteavbildning, blant andre. I tillegg har innovative forskningsprosjekter som mål å kontinuerlig forbedre disse molekylære avbildningsteknikkene, ved å minimere mengden radioaktivt sporstoff som trengs, redusere den nødvendige avbildningstiden eller forbedre bildekvaliteten. På det siste Årlig møte fra Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI), presenterte forskere de siste fremskrittene innen PET- og SPECT-instrumentering.
CT-fri PET reduserer stråledose
PET-skannere for hele kroppen med et langt aksialt synsfelt kan muliggjøre ekstremt lavdose PET-skanning. Men CT-skanningen som utføres ved siden av for å få dempningskart kan gi en betydelig stråledose, noe som opphever disse lavdosefordelene. På SNMMIs årsmøte, Mohammadreza Teimoorisichani fra Siemens Medical Imaging presenterte en fullt kvantitativ PET-bildeteknikk som ikke krever en medfølgende CT-skanning og dramatisk reduserer mengden stråling som leveres til pasienten. Tilnærmingen kan vise seg å være spesielt fordelaktig for pediatriske pasienter og de som trenger flere skanninger.
"De fleste moderne PET-skannere bruker lutetiumbaserte scintillatorer for å oppdage gammafotoner," forklarer Teimoorisichani i en pressemelding. "Lutetiumet i scintillatoren inneholder en liten mengde - mindre enn 3% - av radioisotopen 176Lu, som sender ut bakgrunnsstråling under skanningen. I vår studie brukte vi denne bakgrunnsstrålingen som en overføringskilde for samtidig å rekonstruere dempningskart og kvantitative PET-bilder uten bruk av CT.
Forskerne evaluerte deres foreslåtte rekonstruksjonsteknikk ved å bruke data fra en klinisk FDG-PET-skanning innhentet med en Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT-skanner. Pasienten ble injisert med omtrent 170 MBq av 18F-FDG og skannet 55 minutter etter injeksjon i en varighet på 10 minutter. Ved å bruke 202 og 307 keV gammafotonene fra 176Lu for å rekonstruere dempningskart genererte de PET-bilder ved å bruke forskjellige CT-frie rekonstruksjonsalgoritmer.
Sammenligning av resultatene med standard PET/CT-bilder viste at de største kvantifiseringsfeilene i dempningskartene dukket opp rundt pasientgrensen. Av de ulike undersøkte organene hadde hjernen den største kvantitative feilen (aktivitetsunderestimering på 15–21 %). Imidlertid viste de CT-frie rekonstruerte PET-bildene gjennomsnittlige organkvantitative feil på 4.8 % og 10 % for to undersøkte rekonstruksjonsteknikker.
I tillegg til å redusere pasientdosen, eliminerer den foreslåtte metoden også potensiell feilregistrering av dempningskart som kan oppstå på grunn av pasientbevegelse mellom CT- og PET-skanning. Tilnærmingen kan også gi en pålitelig teknikk for dempningskorreksjon i hybrid PET/MR-skannere.
"Denne studien er et viktig skritt mot praktisk CT-fri kvantitativ PET-avbildning," bemerker Teimoorisichani. "I tillegg til å redusere pasientens strålingseksponering, kan en ekte lavdose kvantitativ PET-skanning ha stor innvirkning på forskningsstudier som tar sikte på å bedre forstå menneskelig fysiologi på molekylært nivå og på forskning som involverer utvikling av radiofarmasøytiske midler. Algoritmen blir for tiden evaluert på et stort antall pasienter for å oppdage dets fulle potensial."
Selvkollimerende SPECT tilbyr rask hjerteavbildning
Et lag fra Tsinghua University i Beijing har designet et hjerte SPECT-system som utfører skanninger 10 til 100 ganger raskere enn nåværende SPECT-enheter. Det nye systemet bruker aktive detektorer i en flerlagsarkitektur som utfører den doble funksjonaliteten deteksjon og kollimering. Dette "selvkollimeringskonseptet" forbedrer konvensjonelle SPECT-tilnærminger for å gi dramatisk forkortet skannetid, bedre bildekvalitet, økt pasientgjennomstrømning og redusert strålingseksponering for pasienter.
"SPECT er et viktig ikke-invasivt bildebehandlingsverktøy for diagnostisering og risikostratifisering av pasienter med koronar hjertesykdom," sier Debin Zhang i en pressemelding. "Men konvensjonell SPECT lider av lang skannetid og dårlig bildekvalitet som et resultat av å stole på en mekanisk kollimator. Det nye SPECT-systemet er i stand til å utføre raske dynamiske skanninger med høy kvalitet."
Den selvkollimerende hjerte SPECT består av tre identiske trapesformede detektorenheter, sammenføyd for å danne en halv sekskant som omslutter et sfærisk synsfelt. Hver detektorenhet omfatter en indre wolframplate som inneholder mange åpninger, etterfulgt av fire stablede detektorlag, tre som inneholder scintillatorer sparsomt anordnet i et sjakkbrettmønster og den ytre inneholder tettpakkede scintillatorer. Disse scintillatorene utfører de doble funksjonene fotondeteksjon og kollimering.
Forskerne sammenlignet tre blenderåpningsmønstre i metallplaten (som også gir en del av kollimasjonen) og fant at en tilfeldig fordeling på 140 blenderåpninger ga bedre signal-til-støy-ytelse enn 48 eller 140 blenderåpninger i et rutemønster. Ved å bruke denne tilfeldige konfigurasjonen hadde hjerte-SPECT en gjennomsnittlig følsomhet på 0.68 i synsfeltet.
Ved skanninger av fantomer kunne systemet skille 4 mm stenger i et hot-rod fantom, og var i stand til å identifisere en defekt i et hjertefantom på så lite som 2 s.
Teamet konkluderer med at det foreslåtte detektordesignet har potensial til å utvide kliniske anvendelser av dynamisk hjerte-SPECT, ved å eliminere virkningen av pasientens respirasjonsbevegelser, øke pasientgjennomstrømningen, muliggjøre ultralavdose-avbildning og nøyaktig kvantifisere myokardblodstrøm og koronarstrømreserve.
