Однофотонная эмиссионная компьютерная томография - Single-photon emission computed tomography

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
ОФЭКТ-срез мозга с использованием Tc-99m Ceretec.jpg
Срез SPECT распределения технеций экзаметазим в мозгу пациента
МКБ-9-СМ92.0 -92.1
MeSHD01589
Код ОПС-3013-72
ОФЭКТ-изображение (измеритель костей) мыши MIP
Коллиматор, используемый для коллимации гамма-лучей (красные стрелки) в гамма-камере

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ, или реже, SPET) это ядерная медицина томографический техника визуализации с использованием гамма излучение.[1] Это очень похоже на обычную плоскую визуализацию ядерной медицины с использованием гамма-камера (то есть, сцинтиграфия ),[2] но может предоставить истинное 3D Информация. Эта информация обычно представлена ​​в виде срезов пациента, но может быть свободно переформатирована или изменена при необходимости.

Методика требует доставки гамма-излучения. радиоизотоп (а радионуклид ) пациенту, как правило, путем инъекции в кровоток. Иногда радиоизотоп представляет собой простой растворимый растворенный ион, такой как изотоп галлия (III). Однако в большинстве случаев радиоизотоп-маркер присоединяется к определенному лиганду для создания радиолиганд, свойства которых связывают его с определенными типами тканей. Этот брак позволяет сочетать лиганд и радиофармпрепарат для переноски и привязки к интересующему месту на теле, где концентрация лиганда видна с помощью гамма-камеры.

Принципы

ОФЭКТ-сканер марки Siemens, состоящий из двух гамма-камер.

Вместо того, чтобы просто «сфотографировать анатомические структуры», сканирование SPECT отслеживает уровень биологической активности в каждом месте анализируемой трехмерной области. Выбросы радионуклида показывают количество кровотока в капиллярах визуализируемых областей. Так же, как равнина рентгеновский снимок представляет собой 2-мерный (2-D) вид 3-мерной структуры, изображение, полученное гамма-камера представляет собой двухмерное изображение трехмерного распределения радионуклид.

Визуализация SPECT выполняется с помощью гамма-камеры для получения нескольких двумерных изображений (также называемых прогнозы ), под разными углами. Затем компьютер используется для применения томографическая реконструкция алгоритм для нескольких проекций, что дает набор трехмерных данных. Затем этим набором данных можно манипулировать, чтобы показать тонкие срезы вдоль любой выбранной оси тела, аналогичные тем, которые получены с помощью других томографических методов, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), Рентгеновская компьютерная томография (Рентгеновская компьютерная томография) и позитронно-эмиссионная томография (ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ).

ОФЭКТ похожа на ПЭТ в использовании радиоактивного индикаторного материала и обнаружении гамма-лучей. В отличие от ПЭТ, индикаторы, используемые в ОФЭКТ, испускают гамма-излучение, которое измеряется напрямую, тогда как индикаторы ПЭТ испускают позитроны, которые аннигилируют с электронами на расстоянии до нескольких миллиметров, вызывая испускание двух гамма-фотонов в противоположных направлениях. Сканер ПЭТ обнаруживает эти выбросы «совпадающими» во времени, что дает больше информации о локализации событий излучения и, следовательно, изображения с более высоким пространственным разрешением, чем ОФЭКТ (разрешение около 1 см). ОФЭКТ-сканирование значительно дешевле, чем ПЭТ-сканирование, отчасти потому, что оно позволяет использовать более долгоживущие и более легко получаемые радиоизотопы, чем ПЭТ.

Поскольку получение ОФЭКТ очень похоже на получение изображений с помощью планарной гамма-камеры, то же самое радиофармпрепараты может быть использовано. Если пациент обследуется с помощью другого типа сканирования ядерной медицины, но изображения не являются диагностическими, можно перейти прямо к ОФЭКТ, переместив пациента к прибору ОФЭКТ, или даже просто перенастроив камеру для получения изображения ОФЭКТ. пока пациент остается на столе.

Аппарат ОФЭКТ выполняет сканирование костей всего тела. Пациент лежит на столе, который скользит через аппарат, а пара гамма-камер вращается вокруг нее.

Для получения изображений SPECT гамма-камера вращается вокруг пациента. Прогнозы снимаются в определенных точках во время вращения, обычно каждые 3–6 градусов. В большинстве случаев для получения оптимальной реконструкции используется полное вращение на 360 градусов. Время, необходимое для получения каждого прогноза, также варьируется, но обычно составляет 15–20 секунд. Это дает общее время сканирования 15–20 минут.

Гамма-камеры с несколькими головками могут ускорить получение. Например, двухголовая камера может использоваться с головками, разнесенными на 180 градусов друг от друга, что позволяет снимать две проекции одновременно, причем каждая головка требует поворота на 180 градусов. Также используются тройные камеры с шагом 120 градусов.

Сердечный закрытые приобретения возможны с помощью ОФЭКТ, как и с помощью методов плоской визуализации, таких как сканирование с несколькими стробами (МУГА). Вызваны ЭКГ (ЭКГ) для получения дифференциальной информации о сердце в различных частях его цикла, закрытая ОФЭКТ миокарда может использоваться для получения количественной информации о перфузии миокарда, толщине и сократимости миокарда во время различных частей сердечного цикла, а также для разрешения расчет фракция выброса левого желудочка, ударный объем и сердечный выброс.

Заявление

ОФЭКТ можно использовать в качестве дополнения к любому исследованию гамма-визуализации, где может оказаться полезным истинное трехмерное представление, например, визуализация опухоли, инфекции (лейкоциты ) визуализация, визуализация щитовидной железы или сцинтиграфия костей.

Поскольку ОФЭКТ обеспечивает точную локализацию в трехмерном пространстве, ее можно использовать для получения информации о локализованных функциях внутренних органов, таких как функциональная визуализация сердца или мозга.

Визуализация перфузии миокарда

Основная статья: Визуализация перфузии миокарда

Визуализация перфузии миокарда (MPI) - это форма функциональной визуализации сердца, используемая для диагностики ишемическая болезнь сердца. Основной принцип заключается в том, что в условиях стресса больные миокард получает меньше кровотока, чем нормальный миокард. MPI - один из нескольких типов сердечный стресс-тест.

Вводят специфический для сердца радиофармпрепарат, например, 99 мTc-тетрофосмин (Myoview, GE Healthcare), 99 мTc-сестамиби (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) или Таллий-201 хлористый. После этого частота сердечных сокращений увеличивается, чтобы вызвать нагрузку на миокард, либо за счет упражнений на беговая дорожка или фармакологически с аденозин, добутамин, или же дипиридамол (аминофиллин может использоваться для отмены эффектов дипиридамола).

ОФЭКТ-визуализация, выполненная после стресса, показывает распределение радиофармпрепарата и, следовательно, относительный кровоток в различных областях миокарда. Диагностика проводится путем сравнения стрессовых изображений с дополнительным набором изображений, полученных в состоянии покоя, которые обычно получают до стрессовых изображений.

Было продемонстрировано, что общая точность MPI составляет около 83% (чувствительность: 85%; специфичность: 72%) (в обзоре не только SPECT MPI),[3] и сопоставим (или лучше) с другими неинвазивными тестами на ишемическую болезнь сердца.

Функциональная визуализация мозга

Основная статья: Нейровизуализация

Обычно гамма-излучающий индикатор, используемый при функциональной визуализации мозга, представляет собой Технеций (99mTc) экзаметазим. 99 мTc метастабильный ядерный изомер который излучает гамма-лучи, обнаруживаемые гамма-камерой. Присоединение его к экзаметазиму позволяет ему поглощаться тканями головного мозга пропорционально кровотоку в головном мозге, что, в свою очередь, позволяет мозговой кровоток для оценки с помощью ядерной гамма-камеры.

Поскольку кровоток в головном мозге тесно связан с местным метаболизмом мозга и потреблением энергии, 99 мТс-экзаметазим (а также аналогичный 99 мTc-EC tracer) используется для региональной оценки метаболизма мозга в попытке диагностировать и дифференцировать различные причинные патологии слабоумие. Метаанализ многих опубликованных исследований показывает, что чувствительность ОФЭКТ с этим индикатором составляет около 74% при диагностике болезни Альцгеймера по сравнению с чувствительностью 81% при клиническом обследовании (когнитивное тестирование, так далее.). Более поздние исследования показали, что точность ОФЭКТ в диагностике болезни Альцгеймера может достигать 88%.[4] В метаанализе ОФЭКТ превзошла клиническое обследование и клинические критерии (91% против 70%) в способности дифференцировать болезнь Альцгеймера от сосудистой деменции.[5] Эта последняя способность связана с визуализацией локального метаболизма головного мозга с помощью ОФЭКТ, при которой точечная потеря коркового метаболизма, наблюдаемая при множественных инсультах, явно отличается от более равномерной или «плавной» потери не затылочной корковой функции мозга, типичной для болезни Альцгеймера. Другая недавняя обзорная статья показала, что многоголовые ОФЭКТ-камеры с количественным анализом дают общую чувствительность 84-89% и общую специфичность 83-89% в поперечных исследованиях, чувствительность 82-96% и специфичность 83-89 % для продольных исследований деменции.[6]

99 мСканирование Tc-exametazime SPECT конкурирует с флудезоксиглюкоза (ФДГ) ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ сканирование мозга, которое позволяет оценить региональный метаболизм глюкозы в головном мозге, чтобы получить очень похожую информацию о локальном повреждении мозга в результате многих процессов. ОФЭКТ более широко доступна, потому что используемый радиоизотоп более долговечен и намного дешевле в ОФЭКТ, а также менее дорогое оборудование для гамма-сканирования. Пока 99 мTc извлекается из относительно простых генераторы технеция-99м, которые еженедельно доставляются в больницы и центры сканирования для доставки свежего радиоизотопа, FDG PET полагается на FDG, который производится в дорогостоящих медицинских циклотрон и «горячая лаборатория» (автоматизированная химическая лаборатория для производства радиофармпрепаратов), а затем немедленно доставляется в места сканирования из-за естественного короткого периода полураспада - 110 минут. Фтор-18.

Применения в ядерной технологии

В ядерной энергетике метод SPECT может быть применен для визуализации распределения радиоизотопов в облученном ядерном топливе.[7] Из-за облучения ядерного топлива (например, урана) нейтронами в ядерном реакторе в топливе естественным образом образуется широкий спектр гамма-излучающих радионуклидов, таких как продукты деления (цезий-137, барий-140 и европий-154 ) и продукты активации (хром-51 и кобальт-58 ). Их можно получить с помощью ОФЭКТ, чтобы проверить наличие топливных стержней в хранимой топливной сборке для Гарантии МАГАТЭ цели,[8] для проверки прогнозов кодов моделирования керна,[9] или для изучения поведения ядерного топлива при нормальной эксплуатации,[10] или в сценариях аварии.[11]

Реконструкция

ОФЭКТ синограмма

Восстановленные изображения обычно имеют разрешение 64 × 64 или 128 × 128 пикселей с размерами пикселей в диапазоне 3–6 мм. Количество получаемых проекций выбирается приблизительно равным ширине получаемых изображений. В общем, полученные восстановленные изображения будут иметь более низкое разрешение, будут иметь больший шум, чем плоские изображения, и будут подвержены артефакты.

Сканирование занимает много времени, и очень важно, чтобы во время сканирования пациент не двигался. Движение может вызвать значительное ухудшение восстановленных изображений, хотя методы восстановления с компенсацией движения могут помочь в этом. Крайне неравномерное распределение радиофармпрепарата также может вызвать артефакты. Область очень интенсивной активности (например, мочевой пузырь) может вызвать появление обширных полос на изображениях и затемнить соседние области активности. Это ограничение обратная проекция с фильтром алгоритм реконструкции. Итерационная реконструкция - это альтернативный алгоритм, важность которого растет, поскольку он менее чувствителен к артефактам и может также корректировать затухание и размытие, зависящее от глубины. Кроме того, итерационные алгоритмы можно сделать более эффективными с помощью Превосходство методология.[12]

Ослабление гамма-лучей внутри пациента может привести к значительной недооценке активности глубоких тканей по сравнению с поверхностными тканями. Возможна приблизительная коррекция, основанная на относительном расположении активности, а оптимальная коррекция достигается с помощью измеренных значений затухания. Доступно современное оборудование для ОФЭКТ со встроенным рентгеновским компьютерным томографом. Поскольку рентгеновские КТ-изображения представляют собой карту ослабления тканей, эти данные могут быть включены в реконструкцию ОФЭКТ для корректировки ослабления. Он также обеспечивает точное зарегистрированный КТ-изображение, которое может предоставить дополнительную анатомическую информацию.

Рассеяние гамма-лучей, а также случайный характер гамма-лучей также могут привести к ухудшению качества изображений SPECT и вызвать потерю разрешения. Для улучшения разрешения изображений SPECT также применяются коррекция рассеяния и восстановление разрешения.[13]

Типичные протоколы получения ОФЭКТ

ИзучатьРадиоизотопЭнергия излучения (кэВ)Период полураспадаРадиофармпрепаратыМероприятия (МБк )Вращение (градусы)ПрогнозыРазрешение изображенияВремя на проекцию (с)
Рентгентехнеций-99m1406 часовФосфонаты / бисфосфонаты800360120128 х 12830
Сканирование перфузии миокардатехнеций-99m1406 часовтетрофосмин; Сестамиби7001806064 х 6425
Сканирование паращитовидных желез Sestamibiтехнеций-99m1406 часовСестамиби
Сканирование мозгатехнеций-99m1406 часовTc exametazime; ECD555-111036064128 х 12830
Нейроэндокринное или неврологическое сканирование опухолеййод-123 или же йод-13115913 часов или 8 днейMIBG4003606064 х 6430
Сканирование белых клетокиндий-111 & технеций-99m171 & 24567 часовin vitro меченые лейкоциты183606064 х 6430

ОФЭКТ / КТ

В некоторых случаях гамма-сканер SPECT может быть построен для работы с обычный компьютерный томограф, с регистрацией изображений. Как в ПЭТ / КТ, это позволяет определять местонахождение опухолей или тканей, которые можно увидеть на сцинтиграфии ОФЭКТ, но которые трудно точно определить относительно других анатомических структур. Такое сканирование наиболее полезно для тканей за пределами мозга, где расположение тканей может быть гораздо более разнообразным. Например, ОФЭКТ / КТ может использоваться в sestamibi паращитовидная железа сканирование приложения, в которых метод полезен при обнаружении эктопических аденом паращитовидной железы, которые могут находиться не на своих обычных местах в щитовидной железе.[14]

Контроль качества

Общая производительность систем ОФЭКТ может быть выполнена с помощью инструментов контроля качества, таких как Призрак Ящака.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ОФЭКТ в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
  2. ^ Скаффхэм Дж. В (2012). «Детектор CdTe для гиперспектральной ОФЭКТ-визуализации». Журнал приборостроения. IOP Journal of Instrumentation. 7 (8): P08027. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 7/08 / P08027.
  3. ^ Элхенди, А; Bax, JJ; Полдерманс, Д. (2002). «Добутамин стрессовая визуализация перфузии миокарда при ишемической болезни сердца». Журнал ядерной медицины. 43 (12): 1634–46. PMID  12468513.
  4. ^ Бонте Ф.Дж., Харрис Т.С., Хайнан Л.С., Бигио Э.Х., Белый CL (2006). «Tc-99m exametazime SPECT в дифференциальной диагностике деменции с гистопатологическим подтверждением». Clin Nucl Med. 31 (7): 376–8. Дои:10.1097 / 01.rlu.0000222736.81365.63. PMID  16785801. S2CID  39518497.
  5. ^ Дугалл Нью-Джерси, Брюггинк С., Эбмайер КП (2004). «Систематический обзор диагностической точности 99mTc-HMPAO-SPECT при деменции». Am J Гериатр Психиатрия. 12 (6): 554–70. Дои:10.1176 / appi.ajgp.12.6.554. PMID  15545324.
  6. ^ Хендерсон, Теодор (декабрь 2012 г.). «Диагностика и оценка деменции и легких когнитивных нарушений с упором на нейровизуализацию перфузии ОФЭКТ». Спектры ЦНС. 17 (4): 188–89. Дои:10.1017 / S1092852912000636. PMID  22929226.
  7. ^ http://uu.diva-portal.org/smash/get/diva2:164459/FULLTEXT01.pdf
  8. ^ http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/25/037/25037535.pdf
  9. ^ Якобссон Свэрд Стаффан, Хоканссон Ане, Беклин Андерс, Осифо Отасови, Уиллман Кристофер, Янссон Петер (2005). «Неразрушающее экспериментальное определение распределения мощности в ядерных топливных сборках». Ядерные технологии. 151: 70–76. Дои:10.13182 / NT05-A3632. S2CID  98426662.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  10. ^ Андерссон П. (2017). «Компьютеризированный метод (UPPREC) количественного анализа облученных тепловыделяющих сборок с гамма-эмиссионной томографией на реакторе Халдена». Анналы атомной энергетики. 110: 88–97. Дои:10.1016 / j.anucene.2017.06.025.
  11. ^ Биард Б. (2013). «Количественный анализ распределения продуктов деления в поврежденной топливной сборке с использованием гамма-спектрометрии и компьютерной томографии для теста Phébus FPT3». Ядерная инженерия и дизайн. 262: 469–483. Дои:10.1016 / j.nucengdes.2013.05.019.
  12. ^ Ло, С., Чжоу, Т. (2014). «Превосходство алгоритма ЭМ и его применение в однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ)». Обратные задачи и визуализация. 8: 88–97. arXiv:1209.6116. Дои:10.3934 / ipi.2014.8.223. S2CID  119657086.
  13. ^ "Д. Булфельфель, Р. М. Рангайян, Л. Дж. Хан, Р. Клойбер, Восстановление изображений компьютерной томографии с эмиссией одиночных фотонов". Получено 10 января 2016.
  14. ^ Нойман Д.Р., Обуховский Н.А., Дифилиппо Ф.П. (2008). «Предоперационная ОФЭКТ и ОФЭКТ / КТ с вычитанием 123I / 99mTc-сестамиби при первичном гиперпаратиреозе». J Nucl Med. 49 (12): 2012–7. Дои:10.2967 / jnumed.108.054858. PMID  18997051.
  15. ^ Дженнифер Прекегес. Аппаратура ядерной медицины. Издательство "Джонс и Бартлетт". 2012 г. ISBN  1449645372 стр.189
  • Серкейра М. Д., Якобсон А. Ф. (1989). «Оценка жизнеспособности миокарда с помощью ОФЭКТ и ПЭТ». Американский журнал рентгенологии. 153 (3): 477–483. Дои:10.2214 / ajr.153.3.477. PMID  2669461.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка

Библиотечные ресурсы о
ОФЭКТ