Однофотонная эмиссионная компьютерная томография - Single-photon emission computed tomography

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
Срез SPECT распределения технеций экзаметазим в мозгу пациента
МКБ-9-СМ	92.0 -92.1
MeSH	D01589
Код ОПС-301	3-72
[редактировать в Викиданных ]

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

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. (Январь 2014) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

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 м}Tc-тетрофосмин (Myoview, GE Healthcare), ^{99 м}Tc-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

Эта секция нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. (Январь 2014) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Обычно гамма-излучающий индикатор, используемый при функциональной визуализации мозга, представляет собой Технеций (99mTc) экзаметазим. ^{99 м}Tc 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 м}Тс-экзаметазим (а также аналогичный ^{99 м}Tc-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 м}Сканирование 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 м}Tc 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

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

• 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

• Бруянт, П. «Аналитические и итерационные алгоритмы реконструкции в ОФЭКТ» Журнал ядерной медицины 43 (10): 1343-1358, 2002
• Герман, Габор Т. (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображения по проекциям (2-е изд.). Springer. ISBN  978-1-85233-617-2..
• Элхенди и другие., Стрессовая визуализация перфузии миокарда с добутамином при ишемической болезни сердца, J Nucl Med 2002 43: 1634–1646
• Фрэнк У. Гордон (2005). «Визуализация нейрорецепторов в психиатрии: теория и применение». Международный обзор нейробиологии. 67: 385–440. Дои:10.1016 / S0074-7742 (05) 67011-0. ISBN  9780123668684. PMID  16291028.
• Практическая ОФЭКТ / КТ в ядерной медицине - Jones / Hogg / Seeram - Дата выпуска: 31 марта 2013 г. ISBN  978-1447147022 Выпуск: 2013 г.
• Willowson K, Bailey DL, Baldock C, 2008. Количественная реконструкция SPECT с использованием поправок, полученных с помощью компьютерной томографии. Phys. Med. Биол. 53 3099–3112.

внешняя ссылка

• Human Health Campus, официальный сайт Международного агентства по атомной энергии, посвященный специалистам в области радиационной медицины. Этот сайт находится под управлением Отдела здоровья человека Департамента ядерных наук и приложений.
• Национальный центр разработки изотопов Справочная информация по радиоизотопам, в том числе для ОФЭКТ; координация и управление производством, доступностью и распределением изотопов
• Разработка и производство изотопов для исследований и приложений (IDPRA) Программа Министерства энергетики США по производству изотопов, исследования и разработки в области производства