Enfotonutslipp computertomografi - Single-photon emission computed tomography
Enfotonutslipp computertomografi | |
---|---|
ICD-9-CM | 92,0 - 92,1 |
MeSH | D01589 |
OPS-301-kode | 3-72 |
SPECT ( SPECT , eller mindre vanlig, SPET ) er en nukleær medisin tomografisk avbildning teknikk ved hjelp av gammastråler . Det ligner veldig på konvensjonell nukleærmedisinsk planbehandling ved hjelp av et gammakamera (det vil si scintigrafi ), men er i stand til å gi ekte 3D -informasjon. Denne informasjonen presenteres vanligvis som tverrsnittsskiver gjennom pasienten, men kan fritt formateres eller manipuleres etter behov.
Teknikken krever levering av en gammastråler radioisotop (et radionuklid ) til pasienten, vanligvis gjennom injeksjon i blodet. Noen ganger er radioisotopen et enkelt oppløselig oppløst ion, for eksempel en isotop av gallium (III). Mesteparten av tiden er imidlertid en markørradioisotop festet til en bestemt ligand for å lage en radioligand , hvis egenskaper binder den til visse typer vev. Dette ekteskapet gjør at kombinasjonen av ligand og radiofarmaka kan bæres og bindes til et sted av interesse i kroppen, hvor ligandkonsentrasjonen sees av et gammakamera.
Prinsipper
I stedet for bare å "ta et bilde av anatomiske strukturer", overvåker en SPECT-skanning nivået av biologisk aktivitet på hvert sted i 3D-regionen som er analysert. Utslipp fra radionuklidet indikerer mengder blodstrøm i kapillærene i de avbildede områdene. På samme måte som en vanlig røntgenstråling er et 2-dimensjonalt (2-D) bilde av en tredimensjonal struktur, er bildet oppnådd med et gammakamera et 2-D-bilde av 3D-fordeling av et radionuklid .
SPECT-avbildning utføres ved å bruke et gammakamera for å skaffe flere 2-D-bilder (også kalt projeksjoner ), fra flere vinkler. En datamaskin brukes deretter til å anvende en tomografisk rekonstruksjonsalgoritme på flere projeksjoner, noe som gir et 3D-datasett. Dette datasettet kan deretter manipuleres for å vise tynne skiver langs en hvilken som helst valgt akse i kroppen, lik de som er hentet fra andre tomografiske teknikker, for eksempel magnetisk resonansavbildning (MR), røntgencomputertomografi (røntgen CT) og positronemisjonstomografi (PET).
SPECT ligner på PET ved bruk av radioaktivt sporstoff og påvisning av gammastråler. I motsetning til PET, avgir sporstoffene som brukes i SPECT gammastråling som måles direkte, mens PET -sporere avgir positroner som tilintetgjøres med elektroner opp til noen millimeter unna, noe som får to gammafotoner til å sendes ut i motsatte retninger. En PET -skanner oppdager disse utslippene "sammenfallende" i tide, noe som gir mer informasjon om lokalisering av strålingshendelser og dermed bilder med større romoppløsning enn SPECT (som har en oppløsning på omtrent 1 cm). SPECT-skanninger er betydelig billigere enn PET-skanninger, blant annet fordi de er i stand til å bruke radioisotoper med lengre levetid og lettere oppnåelige enn PET.
Fordi SPECT -oppkjøpet er veldig likt planar gammakameraavbildning, kan de samme radiofarmaka brukes. Hvis en pasient blir undersøkt i en annen type nukleærmedisinskanning, men bildene er ikke-diagnostiske, kan det være mulig å gå direkte til SPECT ved å flytte pasienten til et SPECT-instrument, eller til og med ved å omkonfigurere kameraet for SPECT-bildeopptak mens pasienten blir liggende på bordet.
For å få SPECT -bilder roteres gammakameraet rundt pasienten. Projeksjoner blir anskaffet på definerte punkter under rotasjonen, vanligvis hver 3. - 6. grad. I de fleste tilfeller brukes en full 360-graders rotasjon for å oppnå en optimal rekonstruksjon. Tiden det tar å få hver projeksjon er også variabel, men 15–20 sekunder er typisk. Dette gir en total skannetid på 15–20 minutter.
Gammakameraer med flere hoder kan akselerere opptaket. For eksempel kan et kamera med to hoder brukes med hoder 180 grader fra hverandre, slik at to fremspring kan anskaffes samtidig, med hvert hode som krever 180 grader rotasjon. Kameraer med tre hoder og 120 graders mellomrom brukes også.
Hjerteinnhentede anskaffelser er mulig med SPECT, akkurat som med planare bildeteknikker som multi -gated acquisitions scan (MUGA). Utløst av elektrokardiogram (EKG) for å få differensiell informasjon om hjertet i forskjellige deler av syklusen, kan gated myocardial SPECT brukes til å skaffe kvantitativ informasjon om myokardperfusjon, tykkelse og kontraktilitet i myokardiet i forskjellige deler av hjertesyklusen, og også for å tillate beregning av venstre ventrikulær utstøtningsfraksjon , slagvolum og hjerteeffekt.
applikasjon
SPECT kan brukes til å utfylle en hvilken som helst gammabildingsstudie, der en ekte 3D -representasjon kan være nyttig, for eksempel tumoravbildning, infeksjon ( leukocytt ), skjoldbruskkjertel eller benscintigrafi .
Fordi SPECT tillater nøyaktig lokalisering i 3D -rom, kan den brukes til å gi informasjon om lokalisert funksjon i indre organer, for eksempel funksjonell hjerte- eller hjernediagnostikk.
Myokard perfusjon avbildning
Myocardial perfusion imaging (MPI) er en form for funksjonell hjertediagnostikk, som brukes for diagnostisering av iskemisk hjertesykdom . Det underliggende prinsippet er at under stressforhold mottar sykt myokardium mindre blodstrøm enn normalt myokard. MPI er en av flere typer hjertestresstester .
En hjertespesifikke radiofarmasøytisk blir administrert, for eksempel, 99m TC- tetrafosmin (Myoview, GE Healthcare), 99m Tc-sestamibi (Cardiolite, Bristol-Myers Squibb) eller Thallium-201 -klorid. Etter dette økes pulsen for å indusere hjerteinfarkt, enten ved trening på tredemølle eller farmakologisk med adenosin , dobutamin eller dipyridamol ( aminofyllin kan brukes for å reversere effekten av dipyridamol).
SPECT -avbildning utført etter stress avslører fordelingen av det radiofarmaka, og derfor den relative blodstrømmen til de forskjellige områdene i myokardiet. Diagnosen stilles ved å sammenligne stressbilder med et ytterligere sett med bilder oppnådd i hvile som normalt er oppnådd før stressbildene.
MPI har vist seg å ha en generell nøyaktighet på omtrent 83%( sensitivitet : 85%; spesifisitet : 72%) (i en anmeldelse, ikke utelukkende av SPECT MPI), og er sammenlignbar med (eller bedre enn) andre ikke-invasive tester for iskemisk hjertesykdom.
Funksjonell hjernediagnostikk
Vanligvis er gamma-avgivende sporstoff som brukes i funksjonell hjernediagnostisering Technetium (99mTc) exametazime . 99m Tc er en metastabil kjernefysisk isomer som avgir gammastråler som kan påvises av et gammakamera. Ved å feste den til exametazime kan den tas opp av hjernevev på en måte som er proporsjonal med hjernens blodstrøm, noe som igjen gjør det mulig å vurdere cerebral blodstrøm med kjernegammakameraet.
Fordi blodstrømmen i hjernen er tett knyttet til lokal hjernemetabolisme og energibruk, brukes 99m Tc-exametazime-sporeren (så vel som den lignende 99m Tc-EC -sporeren ) for å vurdere hjernemetabolismen regionalt, i et forsøk på å diagnostisere og differensiere de forskjellige årsakspatologiene til demens . Metaanalyse av mange rapporterte studier tyder på at SPECT med dette sporstoffet er omtrent 74% sensitivt for å diagnostisere Alzheimers sykdom mot 81% sensitivitet for klinisk eksamen ( kognitiv testing , etc.). Nyere studier har vist nøyaktigheten av SPECT i Alzheimers diagnose kan være så høy som 88%. I metaanalyse var SPECT overlegen klinisk eksamen og kliniske kriterier (91% mot 70%) for å kunne skille Alzheimers sykdom fra vaskulære demens. Denne sistnevnte evnen gjelder SPECTs avbildning av lokal metabolisme i hjernen, der det usammenhengende tapet av kortikal metabolisme sett ved flere slag skiller seg klart fra det mer jevne eller "jevne" tapet av ikke-occipital kortikal hjernefunksjon som er typisk for Alzheimers sykdom. En annen fersk artikkel viste at flerhode SPECT-kameraer med kvantitativ analyse resulterer i en generell sensitivitet på 84-89% og en total spesifisitet på 83-89% i tverrsnittsstudier og sensitivitet på 82-96% og spesifisitet på 83-89 % for langsgående studier av demens.
99m Tc-exametazime SPECT-skanning konkurrerer med fludeoxyglucose (FDG) PET- skanning av hjernen, som arbeider for å vurdere regional hjerneglukosemetabolisme , for å gi svært lignende informasjon om lokal hjerneskade fra mange prosesser. SPECT er mer tilgjengelig, fordi radioisotopen som brukes er lengre og langt billigere i SPECT, og gammaskanningsutstyret er også billigere. Mens 99m Tc utvinnes fra relativt enkle technetium-99m generatorer , som leveres til sykehus og skannesentre ukentlig for å levere fersk radioisotop, er FDG PET avhengig av FDG, som er laget i et dyrt medisinsk syklotron og "hot-lab" (automatisert kjemi) laboratorium for radiofarmaka), og deretter levert umiddelbart til skannesteder på grunn av den naturlige korte 110-minutters halveringstiden til Fluor-18 .
Søknader innen atomteknologi
I atomkraftsektoren kan SPECT -teknikken brukes på bilde -radioisotopfordelinger i bestrålt atombrensel. På grunn av bestråling av kjernebrensel (f.eks. Uran) med nøytroner i en atomreaktor, produseres naturligvis et stort utvalg av gamma-avgivende radionuklider i drivstoffet, for eksempel fisjonprodukter ( cesium-137 , barium-140 og europium-154 ) og aktiveringsprodukter ( krom-51 og kobolt-58 ). Disse kan avbildes ved hjelp av SPECT for å verifisere tilstedeværelsen av drivstoffstenger i en lagret drivstoffsamling for IAEAs sikkerhetsformål , for å validere spådommer om kjernesimuleringskoder, eller for å studere kjernebrenselets oppførsel ved normal drift eller i ulykkesscenarier .
Gjenoppbygging
Rekonstruerte bilder har vanligvis oppløsninger på 64 × 64 eller 128 × 128 piksler, med pikselstørrelsene fra 3–6 mm. Antall anskaffede projeksjoner er valgt til å være omtrent lik bredden på de resulterende bildene. Generelt vil de resulterende rekonstruerte bildene ha lavere oppløsning, ha større støy enn plane bilder og være utsatt for gjenstander .
Skanning er tidkrevende, og det er viktig at pasienten ikke beveger seg i løpet av skanningstiden. Bevegelse kan forårsake betydelig nedbrytning av de rekonstruerte bildene, selv om rekonstruksjonsteknikker for bevegelseskompensasjon kan hjelpe med dette. En svært ujevn fordeling av radiofarmaka har også potensial til å forårsake artefakter. Et svært intensivt aktivitetsområde (f.eks. Blæren) kan forårsake omfattende striper av bildene og skjule nærliggende aktivitetsområder. Dette er en begrensning av den filtrerte algoritmen for rekonstruksjon av tilbake -projeksjon . Iterativ rekonstruksjon er en alternativ algoritme som vokser i betydning, ettersom den er mindre følsom for artefakter og også kan korrigere for demping og dybdeavhengig uskarphet. Videre kan iterative algoritmer gjøres mer effektive ved hjelp av Superiorization -metodikken.
Demping av gammastråler i pasienten kan føre til betydelig undervurdering av aktivitet i dype vev, sammenlignet med overfladiske vev. Omtrentlig korreksjon er mulig, basert på aktivitetens relative posisjon, og optimal korreksjon oppnås med målte dempningsverdier. Moderne SPECT-utstyr er tilgjengelig med en integrert røntgen-CT-skanner. Siden røntgen CT-bilder er et dempningskart av vevet, kan disse dataene inkorporeres i SPECT-rekonstruksjonen for å korrigere dempningen. Det gir også et nøyaktig registrert CT -bilde, som kan gi ytterligere anatomisk informasjon.
Spredning av gammastråler så vel som tilfeldig natur av gammastråler kan også føre til forringelse av kvaliteten på SPECT -bilder og føre til tap av oppløsning. Scatter -korreksjon og gjenoppretting av oppløsninger brukes også for å forbedre oppløsningen av SPECT -bilder.
Typiske SPECT -oppkjøpsprotokoller
Studere | Radioisotop | Utslippsenergi (keV) | Halvt liv | Radiofarmaka | Aktivitet ( MBq ) | Rotasjon (grader) | Anslag | Bildeoppløsning | Tid per projeksjon (er) |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Benskanning | technetium-99m | 140 | 6 timer | Fosfonater / bisfosfonater | 800 | 360 | 120 | 128 x 128 | 30 |
Hjerteperfusjonsskanning | technetium-99m | 140 | 6 timer | tetrofosmin; Sestamibi | 700 | 180 | 60 | 64 x 64 | 25 |
Sestamibi parathyroid skanning | technetium-99m | 140 | 6 timer | Sestamibi | |||||
Hjerneskanning | technetium-99m | 140 | 6 timer | Tc exametazime; ECD | 555-1110 | 360 | 64 | 128 x 128 | 30 |
Nevroendokrin eller nevrologisk svulstskanning | jod-123 eller jod-131 | 159 | 13 timer eller 8 dager | MIBG | 400 | 360 | 60 | 64 x 64 | 30 |
Skanning av hvite celler | indium-111 & technetium-99m | 171 og 245 | 67 timer | in vitro -merkede leukocytter | 18 | 360 | 60 | 64 x 64 | 30 |
SPECT/CT
I noen tilfeller kan det bygges en SPECT gamma -skanner for bruk med en vanlig CT -skanner , med registrering av bilder. Som med PET/CT tillater dette lokalisering av svulster eller vev som kan sees på SPECT -scintigrafi, men som er vanskelig å finne nøyaktig med hensyn til andre anatomiske strukturer. Slike skanninger er mest nyttige for vev utenfor hjernen, hvor plassering av vev kan være langt mer variabel. For eksempel kan SPECT/CT brukes i sestamibi parathyroid -skanneapplikasjoner , der teknikken er nyttig for å lokalisere ektopiske parathyroideadenomer som kanskje ikke er på deres vanlige steder i skjoldbruskkjertelen.
Kvalitetskontroll
Den generelle ytelsen til SPECT -systemer kan utføres av kvalitetskontrollverktøy som Jaszczak -fantomet .
Se også
- Daniel Amen , psykiater som bruker SPECT for diagnoser
- Funksjonell neuroimaging
- Gammakamera
- Magnetisk resonansavbildning
- Neuroimaging
- Positronemisjonstomografi
- ISAS (Ictal-Interictal SPECT Analysis by SPM)
Referanser
- Cerqueira MD, Jacobson AF (1989). "Vurdering av myokardial levedyktighet med SPECT- og PET -avbildning". American Journal of Roentgenology . 153 (3): 477–483. doi : 10.2214/ajr.153.3.477 . PMID 2669461 .
Videre lesning
- Bruyant, PP (2002). "Analytiske og iterative rekonstruksjonsalgoritmer i SPECT" . Journal of Nuclear Medicine 43 (10): 1343-1358.
- Elhendy et al., "Dobutamine Stress Myocardial Perfusion Imaging in Coronary Artery Disease" , J Nucl Med 2002 43: 1634–1646.
- Frankle W. Gordon (2005). "Neuroreceptor Imaging in Psychiatry: Theory and Applications". Internasjonal gjennomgang av nevrobiologi . 67 : 385–440. doi : 10.1016/S0074-7742 (05) 67011-0 . ISBN 9780123668684. PMID 16291028 .
- Herman, Gabor T. (2009). Fundamentals of Computerized Tomography: Image Reconstruction from Projections (2. utg.). Springer. ISBN 978-1-85233-617-2.
- Jones / Hogg / Seeram (2013). Praktisk SPECT/CT i nukleærmedisin . ISBN 978-1447147022 .
- Willowson K, Bailey DL, Baldock C, 2008. "Kvantitativ SPECT-rekonstruksjon ved bruk av CT-avledede korreksjoner". Fys. Med. Biol. 53 3099–3112.
Eksterne linker
Bibliotekressurser om SPECT |
- Human Health Campus, Det offisielle nettstedet til International Atomic Energy Agency dedikert til fagfolk innen strålingsmedisin. Dette nettstedet administreres av Division of Human Health, Department of Nuclear Sciences and Applications
- Nasjonalt isotoputviklingssenter Referanseinformasjon om radioisotoper inkludert de for SPECT; koordinering og styring av isotopproduksjon, tilgjengelighet og distribusjon
- Isotoputvikling og produksjon for forskning og applikasjoner (IDPRA) US Department of Energy program for isotopproduksjon og produksjonsforskning og utvikling