Metody medycyny nuklearnej, takie jak pozytonowa tomografia emisyjna (PET) i tomografia emisyjna pojedynczych fotonów (SPECT), odgrywają istotną rolę w wielu obszarach opieki zdrowotnej, w tym między innymi w diagnostyce raka i obrazowaniu serca. Równocześnie innowacyjne projekty badawcze mają na celu ciągłe doskonalenie tych technik obrazowania molekularnego poprzez minimalizację potrzebnej ilości znacznika radioaktywnego, skrócenie wymaganego czasu obrazowania lub poprawę jakości obrazu. Na ostatnim Doroczne spotkanie Towarzystwa Medycyny Nuklearnej i Obrazowania Molekularnego (SNMMI), badacze zaprezentowali najnowsze osiągnięcia w zakresie oprzyrządowania PET i SPECT.
PET bez CT zmniejsza dawkę promieniowania
Skanery PET całego ciała z długim osiowym polem widzenia umożliwiają skanowanie PET z bardzo niskimi dawkami. Jednak tomografia komputerowa przeprowadzona równolegle w celu uzyskania map tłumienia może dostarczyć znaczną dawkę promieniowania, negując te korzyści wynikające z niskiej dawki. Na dorocznym spotkaniu SNMMI, Mohammadrezy Teimoorisichaniego z Siemens Medical Imaging przedstawił w pełni ilościową technikę obrazowania PET, która nie wymaga towarzyszącego tomografii komputerowej i radykalnie zmniejsza ilość promieniowania dostarczanego pacjentowi. Podejście to może okazać się szczególnie korzystne dla pacjentów pediatrycznych i tych wymagających wielu skanów.
„Większość nowoczesnych skanerów PET wykorzystuje scyntylatory na bazie lutetu do wykrywania fotonów gamma”, wyjaśnia Teimoorisichani w oświadczeniu prasowym. „Lutet w scyntylatorze zawiera niewielką ilość – mniej niż 3% – radioizotopu 176Lu, który emituje promieniowanie tła podczas skanowania. W naszym badaniu wykorzystaliśmy to promieniowanie tła jako źródło transmisji do jednoczesnej rekonstrukcji map tłumienia i ilościowych obrazów PET bez użycia tomografii komputerowej”.
Naukowcy ocenili proponowaną przez siebie technikę rekonstrukcji, korzystając z danych z klinicznego skanu FDG-PET uzyskanego za pomocą skanera Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT. Pacjentowi wstrzyknięto około 170 MBq 18F-FDG i skanowano 55 minut po wstrzyknięciu przez 10 minut. Wykorzystując fotony gamma 202 i 307 keV z 176Lu, aby zrekonstruować mapy tłumienia, wygenerowali obrazy PET przy użyciu różnych algorytmów rekonstrukcji bez tomografii komputerowej.
Porównanie wyników ze standardowymi obrazami PET/CT wykazało, że największe błędy kwantyfikacji na mapach atenuacji pojawiły się wokół granicy pacjenta. Spośród różnych zbadanych narządów mózg miał największy błąd ilościowy (niedoszacowanie aktywności o 15–21%). Jednak zrekonstruowane obrazy PET bez CT wykazały średnie błędy ilościowe narządów wynoszące 4.8% i 10% dla dwóch zbadanych technik rekonstrukcji.
Oprócz zmniejszenia dawki dla pacjenta, proponowana metoda eliminuje również potencjalną błędną rejestrację mapy tłumienia, która może powstać w wyniku ruchu pacjenta między skanami CT i PET. Podejście to może również zapewnić niezawodną technikę korekcji tłumienia w hybrydowych skanerach PET/MR.
„Badanie to jest ważnym krokiem w kierunku praktycznego ilościowego obrazowania PET bez CT”, zauważa Teimoorisichani. „Oprócz zmniejszenia narażenia pacjenta na promieniowanie, prawdziwy ilościowy skan PET z niską dawką może mieć ogromny wpływ na badania naukowe, których celem jest lepsze zrozumienie fizjologii człowieka na poziomie molekularnym oraz na badania obejmujące rozwój radiofarmaceutyków. Algorytm jest obecnie oceniany na dużej liczbie pacjentów, aby odkryć jego pełny potencjał”.
Samokolimacyjny SPECT umożliwia szybkie obrazowanie serca
Zespół z Tsinghua University w Pekinie zaprojektował kardiologiczny system SPECT, który wykonuje skany od 10 do 100 razy szybciej niż obecne urządzenia SPECT. Nowy system wykorzystuje aktywne detektory w architekturze wielowarstwowej, które realizują podwójną funkcjonalność detekcji i kolimacji. Ta koncepcja „samokolimacji” stanowi ulepszenie konwencjonalnych metod SPECT, zapewniając radykalnie skrócony czas skanowania, lepszą jakość obrazu, zwiększoną przepustowość pacjentów i zmniejszoną ekspozycję pacjentów na promieniowanie.
„SPECT jest ważnym nieinwazyjnym narzędziem obrazowania do diagnozowania i stratyfikacji ryzyka pacjentów z chorobą niedokrwienną serca”, mówi Debina Zhanga w komunikacie prasowym. „Jednak konwencjonalny SPECT cierpi z powodu długiego czasu skanowania i niskiej jakości obrazu w wyniku polegania na mechanicznym kolimatorze. Nowy system SPECT jest w stanie wykonywać szybkie, dynamiczne skany o wysokiej jakości”.
Samokolimujący kardiologiczny SPECT składa się z trzech identycznych trapezoidalnych jednostek detektora, połączonych w półsześciokąt, który obejmuje sferyczne pole widzenia. Każda jednostka detektora składa się z wewnętrznej płytki wolframowej zawierającej wiele otworów, po której następują cztery ułożone w stos warstwy detektorów, z których trzy zawierają scyntylatory rzadko rozmieszczone na wzór szachownicy, a zewnętrzna zawiera ściśle upakowane scyntylatory. Te scyntylatory wykonują podwójną funkcję wykrywania fotonów i kolimacji.
Naukowcy porównali trzy układy apertur w metalowej płytce (która również zapewnia część kolimacji) i stwierdzili, że losowe rozmieszczenie 140 apertur zapewnia lepszy stosunek sygnału do szumu niż 48 lub 140 apertur we wzorze siatki. Wykorzystując tę losową konfigurację, kardiologiczny SPECT miał średnią czułość 0.68 w polu widzenia.
W skanach fantomów system był w stanie rozdzielić pręty o średnicy 4 mm w fantomie typu hot-rod i był w stanie zidentyfikować defekt w fantomie sercowym w zaledwie 2 sekundy.
Zespół doszedł do wniosku, że proponowany projekt detektora może rozszerzyć zastosowania kliniczne dynamicznego SPECT serca poprzez wyeliminowanie wpływu ruchu oddechowego pacjenta, zwiększenie przepustowości pacjentów, umożliwienie obrazowania ultraniskimi dawkami oraz precyzyjne ilościowe określenie przepływu krwi w mięśniu sercowym i rezerwy przepływu wieńcowego.
