Nukleärmedicinska modaliteter som positronemissionstomografi (PET) och enkelfotonemissionsdatortomografi (SPECT) spelar en viktig roll inom många områden av vården, inklusive cancerdiagnostik och hjärtavbildning, bland annat. Dessutom syftar innovativa forskningsprojekt till att kontinuerligt förbättra dessa molekylära avbildningstekniker, genom att minimera mängden radioaktivt spårämne som behövs, minska den erforderliga avbildningstiden eller förbättra bildkvaliteten. På den senaste Årligt möte av Society of Nuclear Medicine and Molecular Imaging (SNMMI), presenterade forskare de senaste framstegen inom PET- och SPECT-instrumentering.
CT-fri PET minskar stråldosen
PET-skannrar för hela kroppen med ett långt axiellt synfält kan möjliggöra PET-skanningar med extremt låga doser. Men CT-skanningen som utförs tillsammans för att erhålla dämpningskartor kan ge en betydande stråldos, vilket förnekar dessa lågdosfördelar. På SNMMI:s årsmöte, Mohammadreza Teimoorisichani från Siemens Medical Imaging presenterade en helt kvantitativ PET-bildteknik som inte kräver en åtföljande datortomografi och dramatiskt minskar mängden strålning som levereras till patienten. Tillvägagångssättet kan visa sig vara särskilt fördelaktigt för pediatriska patienter och de som kräver flera skanningar.
"De flesta moderna PET-skannrar använder lutetiumbaserade scintillatorer för att detektera gammafotoner", förklarar Teimoorisichani i ett pressmeddelande. "Lutetiumet i scintillatorn innehåller en liten mängd - mindre än 3% - av radioisotopen 176Lu, som avger bakgrundsstrålning under skanningen. I vår studie använde vi denna bakgrundsstrålning som en transmissionskälla för att samtidigt rekonstruera dämpningskartor och kvantitativa PET-bilder utan användning av CT."
Forskarna utvärderade sin föreslagna rekonstruktionsteknik med hjälp av data från en klinisk FDG-PET-skanning som förvärvats med en Siemens Biograph Vision Quadra PET/CT-skanner. Patienten injicerades med ungefär 170 MBq av 18F-FDG och skannade 55 minuter efter injektion under en varaktighet av 10 minuter. Använder 202 och 307 keV gammafotoner från 176Lu för att rekonstruera dämpningskartor genererade de PET-bilder med hjälp av olika CT-fria rekonstruktionsalgoritmer.
Att jämföra resultaten med vanliga PET/CT-bilder visade att de största kvantifieringsfelen i dämpningskartorna uppträdde runt patientgränsen. Av de olika undersökta organen hade hjärnan det största kvantitativa felet (aktivitetsunderskattning på 15–21 %). De CT-fria rekonstruerade PET-bilderna visade dock genomsnittliga organkvantitativa fel på 4.8 % och 10 % för två undersökta rekonstruktionstekniker.
Förutom att minska patientdosen, eliminerar den föreslagna metoden även potentiell felregistrering av dämpningskartan som kan uppstå på grund av patientrörelser mellan CT- och PET-skanningarna. Tillvägagångssättet skulle också kunna tillhandahålla en tillförlitlig teknik för dämpningskorrigering i hybrid PET/MR-skannrar.
"Denna studie är ett viktigt steg mot praktisk CT-fri kvantitativ PET-avbildning", konstaterar Teimoorisichani. "Förutom att minska patientens exponering för strålning kan en verklig kvantitativ PET-skanning i låg dos ha stor inverkan på forskningsstudier som syftar till att bättre förstå mänsklig fysiologi på molekylär nivå och på forskning som involverar utveckling av radiofarmaka. Algoritmen utvärderas för närvarande på ett stort antal patienter för att upptäcka dess fulla potential."
Självkollimerande SPECT erbjuder snabb hjärtavbildning
Ett team från Tsinghuauniversitetet i Peking har designat ett hjärt-SPECT-system som utför skanningar 10 till 100 gånger snabbare än nuvarande SPECT-enheter. Det nya systemet använder aktiva detektorer i en flerskiktsarkitektur som utför den dubbla funktionaliteten detektering och kollimering. Detta "självkollimations"-koncept förbättrar konventionella SPECT-metoder för att ge dramatiskt förkortad skanningstid, bättre bildkvalitet, ökad patientgenomströmning och minskad strålningsexponering för patienter.
"SPECT är ett viktigt icke-invasivt avbildningsverktyg för diagnos och riskstratifiering av patienter med kranskärlssjukdom", säger Debin Zhang i ett pressmeddelande. "Men konventionell SPECT lider av lång skanningstid och dålig bildkvalitet som ett resultat av att förlita sig på en mekanisk kollimator. Det nya SPECT-systemet kan utföra snabba dynamiska skanningar med hög kvalitet."
Den självkollimerande hjärt-SPECT består av tre identiska trapetsformade detektorenheter, sammanfogade för att bilda en halvhexagon som omsluter ett sfäriskt synfält. Varje detektorenhet innefattar en inre volframplatta som innehåller många öppningar, följt av fyra staplade detektorlager, tre som innehåller scintillatorer sparsamt anordnade i ett schackbrädemönster och den yttre innehåller tätt packade scintillatorer. Dessa scintillatorer utför de dubbla funktionerna fotondetektion och kollimering.
Forskarna jämförde tre bländarmönster i metallplattan (som också ger en del av kollimeringen) och fann att en slumpmässig fördelning av 140 bländare gav bättre signal-brus-prestanda än 48 eller 140 bländare i ett rutmönster. Med denna slumpmässiga konfiguration hade hjärt-SPECT en genomsnittlig känslighet på 0.68 i synfältet.
Vid skanningar av fantomer kunde systemet separera 4 mm stavar i en hot-rod-fantom och kunde identifiera en defekt i en hjärtfantom på så lite som 2 sekunder.
Teamet drar slutsatsen att den föreslagna detektordesignen har potential att utöka kliniska tillämpningar av dynamisk hjärt-SPECT, genom att eliminera påverkan av patientens andningsrörelser, öka patientens genomströmning, möjliggöra ultralågdosavbildning och exakt kvantifiera myokardiellt blodflöde och koronarflödesreserv.
