Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
Срез ОФЭКТ распределения технеция экземетазима в мозге пациента.
МКБ-9-СМ	92.0 - 92.1
МеШ	D01589
Код ОПС-301	3-72

мыши ОФЭКТ-изображение (костный индикатор) MIP

Коллиматор, используемый для коллимации гамма-лучей (красные стрелки) в гамма-камере.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография ( ОФЭКТ или реже SPET ) — это в ядерной медицине метод томографической визуализации с использованием гамма-лучей . Это очень похоже на традиционную планарную визуализацию в ядерной медицине с использованием гамма-камеры (то есть сцинтиграфию ). но способен предоставить истинную 3D- информацию. Эта информация обычно представляется в виде поперечных срезов пациента, но ее можно свободно переформатировать или манипулировать ею по мере необходимости.

Этот метод требует доставки гамма-излучающего радиоизотопа ( радионуклида ) пациенту, обычно путем инъекции в кровоток. Иногда радиоизотоп представляет собой простой растворимый растворенный ион, такой как изотоп галлия (III). Однако обычно маркерный радиоизотоп присоединяется к определенному лиганду для создания радиолиганда , свойства которого связывают его с определенными типами тканей. Этот союз позволяет переносить комбинацию лиганда и радиофармпрепарата и связывать ее с интересующим местом в организме, где концентрация лиганда видна гамма-камерой.

Принципы

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

Вместо того, чтобы просто «сфотографировать анатомические структуры», ОФЭКТ-сканирование отслеживает уровень биологической активности в каждом месте анализируемой трехмерной области. Выбросы радионуклида указывают на интенсивность кровотока в капиллярах отображаемых областей. Точно так же, как обычный рентгеновский снимок представляет собой двухмерное (2-D) изображение трехмерной структуры, изображение, полученное с помощью гамма-камеры, представляет собой двухмерное изображение трехмерного распределения радионуклида .

ОФЭКТ-изображение выполняется с помощью гамма-камеры для получения нескольких двумерных изображений (также называемых проекциями ) под разными углами. Затем компьютер используется для применения алгоритма томографической реконструкции к множеству проекций, что дает набор трехмерных данных. Затем этим набором данных можно манипулировать, чтобы показать тонкие срезы вдоль любой выбранной оси тела, аналогично тем, которые получаются с помощью других томографических методов, таких как магнитно-резонансная томография (МРТ), рентгеновская компьютерная томография (рентгеновская КТ) и позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ).

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

Поскольку получение ОФЭКТ очень похоже на получение изображения плоской гамма-камерой, те же радиофармпрепараты можно использовать . Если пациент обследуется с помощью другого типа сканирования ядерной медицины, но изображения не являются диагностическими, можно сразу перейти к ОФЭКТ, переместив пациента к инструменту ОФЭКТ или даже просто переконфигурировав камеру для получения изображений ОФЭКТ. пока пациент остается на столе.

Аппарат ОФЭКТ выполняет полное сканирование костей тела. Пациентка лежит на столе, который скользит по аппарату, а вокруг нее вращается пара гамма-камер.

Для получения изображений ОФЭКТ гамма-камеру вращают вокруг пациента. Проекции получаются в определенных точках во время вращения, обычно каждые 3–6 градусов. В большинстве случаев для получения оптимальной реконструкции используется полный поворот на 360 градусов. Время, необходимое для получения каждой проекции, также варьируется, но обычно составляет 15–20 секунд. Это дает общее время сканирования 15–20 минут.

Многоголовочные гамма-камеры могут ускорить съемку. Например, можно использовать двуглавую камеру с головками, расположенными на расстоянии 180 градусов друг от друга, что позволяет одновременно получать две проекции, при этом каждая головка требует поворота на 180 градусов. Также используются тройные камеры с интервалом 120 градусов.

сердца синхронизированные исследования С помощью ОФЭКТ возможны , так же, как и с помощью методов планарной визуализации, таких как сканирование с несколькими воротами (MUGA). Запускаемая электрокардиограммой (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 и также позволяет рассчитать фракцию выброса левого желудочка , ударный объем и сердечный выброс.

Приложение

ОФЭКТ может использоваться в качестве дополнения к любому исследованию с гамма-визуализацией, где может быть полезно истинное трехмерное изображение, например, визуализация опухоли, визуализация инфекции ( лейкоцитов ), 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, например, при функциональной визуализации сердца или мозга.

Визуализация перфузии миокарда

Основная статья: Визуализация перфузии миокарда

Перфузионная визуализация миокарда (MPI) — это форма функциональной визуализации сердца, используемая для диагностики ишемической болезни сердца . Основной принцип заключается в том, что в условиях стресса больной миокард получает меньший приток крови, чем здоровый миокард. MPI является одним из нескольких типов сердечного стресс-теста .

Вводят кардиоспецифический радиофармацевтический препарат, например, ^{99 м} Tc- тетрофосмин (Myoview, GE Healthcare), ^{99 м} Tc-сестамиби (Кардиолит, Бристоль-Майерс Сквибб) или хлорид таллия-201 . После этого частота сердечных сокращений увеличивается, чтобы вызвать стресс миокарда, либо с помощью упражнений на беговой дорожке , либо фармакологически с аденозином , добутамином или дипиридамолом ( аминофиллин можно использовать для устранения эффектов дипиридамола).

ОФЭКТ, выполненная после стресса, позволяет выявить распределение радиофармпрепарата и, следовательно, относительный кровоток в различных областях миокарда. Диагноз ставится путем сравнения изображений стресса с дополнительным набором изображений, полученных в состоянии покоя, которые обычно получаются до изображений стресса.

Было продемонстрировано, что MPI имеет общую точность около 83% ( чувствительность : 85%; специфичность : 72%) (в обзоре не только ОФЭКТ MPI), 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 экземетазим технеция (99mTc) . ^{99 м} Tc представляет собой метастабильный ядерный изомер , испускающий гамма-лучи, обнаруживаемые гамма-камерой. Присоединение его к экметазиму позволяет ему усваиваться тканями головного мозга пропорционально мозговому кровотоку, что, в свою очередь, позволяет мозговой кровоток оценить с помощью ядерной гамма-камеры.

Поскольку мозговой кровоток тесно связан с местным метаболизмом мозга и использованием энергии, ^{99 м} Tc-эксаметазим-трейсер (а также аналогичный ^{99 м} Tc-EC-трейсер) используется для региональной оценки метаболизма мозга в попытке диагностировать и дифференцировать различные причинные патологии деменции . 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 и т. д.). Более поздние исследования показали, что точность ОФЭКТ в диагностике болезни Альцгеймера может достигать 88%. По данным метаанализа, ОФЭКТ превосходила клиническое обследование и клинические критерии (91% против 70%) в способности дифференцировать болезнь Альцгеймера от сосудистой деменции. Эта последняя способность связана с визуализацией локального метаболизма головного мозга с помощью ОЭКТ, при которой очаговая потеря коркового метаболизма, наблюдаемая при множественных инсультах, четко отличается от более равномерной или «плавной» потери незатылочной функции коры головного мозга, типичной для болезни Альцгеймера. Другая недавняя обзорная статья показала, что многоголовочные камеры ОФЭКТ с количественным анализом обеспечивают общую чувствительность 84–89% и общую специфичность 83–89% в поперечных исследованиях, чувствительность 82–96% и специфичность 83–89. % для продольных исследований деменции.

^{99 м} ОФЭКТ-сканирование с Тс-экзаметазимом конкурирует с с флюдезоксиглюкозой (ФДГ) ПЭТ- сканированием головного мозга , которое позволяет оценить региональный метаболизм глюкозы в мозге и предоставить очень похожую информацию о локальном повреждении головного мозга в результате многих процессов. ОФЭКТ более широко доступна, поскольку используемый при ОФЭКТ радиоизотоп более долговечен и гораздо дешевле, а оборудование для гамма-сканирования также дешевле. Пока ^{99 м} Tc извлекается из относительно простых генераторов технеция-99m , которые еженедельно доставляются в больницы и сканирующие центры для снабжения свежим радиоизотопом. ФДГ ПЭТ опирается на ФДГ, который производится в дорогом медицинском циклотроне и «горячей лаборатории» (автоматизированной химической лаборатории для радиофармацевтическое производство), а затем немедленно доставляется на места сканирования из-за естественного короткого периода полураспада фтора-18, составляющего 110 минут .

Применение в ядерных технологиях

В ядерной энергетике метод ОФЭКТ может применяться для получения изображений распределения радиоизотопов в облученном ядерном топливе. В результате 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 визуализировать с помощью ОФЭКТ, чтобы проверить наличие топливных стержней в хранящейся тепловыделяющей сборке для целей гарантий МАГАТЭ . для проверки прогнозов основных кодов моделирования, или изучить поведение ядерного топлива при нормальной эксплуатации, или в сценариях аварий.

Реконструкция

ОФЭКТ- синограмма

Реконструированные изображения обычно имеют разрешение 64×64 или 128×128 пикселей с размером пикселей 3–6 мм. Количество получаемых проекций выбирается примерно равным ширине получаемых изображений. Как правило, полученные реконструированные изображения будут иметь более низкое разрешение, повышенный уровень шума, чем плоские изображения, и будут подвержены артефактам .

Сканирование занимает много времени, и очень важно, чтобы во время сканирования пациент не двигался. Движение может привести к значительному ухудшению реконструированных изображений, хотя в этом могут помочь методы реконструкции с компенсацией движения. Крайне неравномерное распределение радиофармпрепаратов также может вызывать артефакты. Очень интенсивная область активности (например, мочевой пузырь) может вызвать обширные полосы на изображениях и затемнить соседние области активности. Это ограничение алгоритма восстановления фильтрованной обратной проекции . Итеративная реконструкция — это альтернативный алгоритм, важность которого растет, поскольку он менее чувствителен к артефактам, а также может корректировать затухание и размытие, зависящее от глубины. Кроме того, итеративные алгоритмы можно сделать более эффективными, используя методологию превосходства .

Ослабление гамма-лучей внутри пациента может привести к существенному недооценке активности глубоких тканей по сравнению с поверхностными тканями. Возможна приблизительная коррекция на основе относительного положения активности, а оптимальная коррекция достигается с помощью измеренных значений затухания. Современное оборудование ОФЭКТ доступно со встроенным рентгеновским компьютерным томографом. Поскольку рентгеновские КТ-изображения представляют собой карту затухания тканей, эти данные могут быть включены в реконструкцию ОФЭКТ для коррекции затухания. Он также обеспечивает точно зарегистрированное КТ-изображение, которое может предоставить дополнительную анатомическую информацию.

Рассеяние гамма-лучей, а также случайный характер гамма-лучей также могут привести к ухудшению качества ОФЭКТ-изображений и вызвать потерю разрешения. Коррекция рассеяния и восстановление разрешения также применяются для улучшения разрешения изображений ОФЭКТ.

Типичные протоколы получения ОФЭКТ

Изучать	Радиоизотоп	Энергия излучения (кэВ)	Период полураспада	Радиофармацевтический	Активность ( МБк )	Вращение (градусы)	Прогнозы	Разрешение изображения	Время на проекцию (с)
Сканирование костей	технеций-99м	140	6 часов	Фосфонаты/бисфосфонаты	800	360	120	128 х 128	30
Перфузионное сканирование миокарда	технеций-99м	140	6 часов	тетрофосмин; Сестамиби	700	180	60	64 х 64	25
Сканирование паращитовидной железы сестамиби	технеций-99м	140	6 часов	Сестамиби
Сканирование мозга	технеций-99м	140	6 часов	Тс экзаменазиме? РДРВ	555-1110	360	64	128 х 128	30
Нейроэндокринное или неврологическое сканирование опухолей	йод-123 или йод-131	159	13 часов или 8 дней	МИБГ	400	360	60	64 х 64	30
Сканирование лейкоцитов	индий-111 и технеций-99м	171 и 245	67 часов	in vitro лейкоциты, меченные	18	360	60	64 х 64	30

ОФЭКТ/КТ

В некоторых случаях гамма-сканер ОФЭКТ может быть сконструирован для работы с обычным компьютерным томографом с совместной регистрацией изображений. Как и при ПЭТ/КТ , это позволяет локализовать опухоли или ткани, которые можно увидеть при сцинтиграфии ОФЭКТ, но которые трудно точно определить по отношению к другим анатомическим структурам. Такое сканирование наиболее полезно для тканей за пределами мозга, где расположение тканей может быть гораздо более изменчивым. Например, ОФЭКТ/КТ можно использовать при сканировании паращитовидной железы сестамиби , где этот метод полезен для обнаружения эктопических аденом паращитовидной железы, которые могут находиться не в своих обычных местах в щитовидной железе.

Контроль качества

Общую производительность систем ОФЭКТ можно оценить с помощью инструментов контроля качества, таких как фантом Ящака .

См. также

• Дэниел Амен , психиатр, использующий ОФЭКТ для диагностики
• Функциональная нейровизуализация
• Гамма-камера
• Магнитно-резонансная томография
• Нейровизуализация
• Позитронно-эмиссионная томография
• ISAS (иктально-интериктальный ОФЭКТ-анализ с помощью СЗМ)

Ссылки

• Серкейра, доктор медицинских наук, Джейкобсон 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 . ПМИД   2669461 .

Дальнейшее чтение

• Брюянт, ПП (2002). «Алгоритмы аналитической и итеративной реконструкции в ОФЭКТ» . Журнал ядерной медицины 43(10):1343-1358.
• Элхенди и др., «Визуализация перфузии миокарда при стрессе с добутамином при ишемической болезни сердца» , J Nucl Med 2002 43: 1634–1646.
• Франкл В. Гордон (2005). «Нейрорецепторная визуализация в психиатрии: теория и приложения». Международное обозрение нейробиологии . 67 : 385–440. дои : 10.1016/S0074-7742(05)67011-0 . ISBN  9780123668684 . ПМИД   16291028 .
• Герман, Габор Т. (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображений по проекциям (2-е изд.). Спрингер. ISBN  978-1-85233-617-2 .
• Джонс / Хогг / Сирам (2013). Практическая ОФЭКТ/КТ в ядерной медицине . ISBN   978-1447147022 .
• Уиллоусон К., Бэйли Д.Л., Бэлдок С., 2008. «Количественная ОФЭКТ-реконструкция с использованием поправок, полученных на основе КТ». Физ. Мед. Биол. 53 3099–3112.

Внешние ссылки

• Кампус здоровья человека, 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, наличием и распространением изотопов
• Разработка и производство изотопов для исследований и применений (IDPRA) Программа Министерства энергетики США по производству изотопов, а также производственным исследованиям и разработкам.