Tobias Johansson, kursdeltagare Medicinska bilder (HL1002 ), KTH STH

1. SPECT(single photon emission computed tomography)+BildrekonstruktionförSPECT(Filtered Back Projection, iterativametoder) Tobias Johansson, kursdeltagare Medicinska bilder (HL1002), KTH STH

2. Överblick, enfotonstomografi (SPECT) • Radioaktivt läkemedel injiceras innan undersökning • Emitterar gammastrålning • Registrerade gammafotoner indikerar biologisk aktivitet • Insamlad data  tomografiska skikt • Låg spatial upplösning, upp till 256 × 256 pixlar • Prioriterad förmåga att upptäcka kontrastskillnader Blodflödesmätning. SPECT-system från GE Healtcare.

3. Radionuklider (SPECT) • Läkemedel: Radionuklid bunden till en förening • Organ vi vill avbilda upptar föreningen •  Lägre stråldos behövs • Vanligast nukliden: teknetium-99m (99mTc) • 99mTc  99Tc + γ [141 keV] • Halveringstid 6 timmar • Anses ge en låg stråldos • Stråldos vid undersökning av sköldkörtel c:a 10 mGy • Strålningen från läkemedlen anses säkra för alla utom kvinnor som är gravida eller ammar

4. Teknetiumgenerator (SPECT) • Läkemedlet aktiveras omedelbart före användning • Den fysiologiska koksaltlösningen drivs genom en jonbytarkolon med molybden-99 (99Mo)  avlägsnar 99mTc Teknetiumgenerator.

5. Klinisk tillämpning (SPECT) • Parametrar som påverkar bildkvaliteten och anpassas till olika undersökningar är stråldos och antalet projektioner • Högre stråldos och fler projektioner ger bättre bildkvalitet • Radionukliderna binds till en förening  läkemedlet främjas att binda i kroppen till vad som är utav intresse vid undersökningen, till exempel tumörer • Mäter nivån av biologisk aktivitet •  Tumöravbildning, se infektion (vita blodkroppar), sköldkörtelavbildning, skelettscintigrafi, diagnostisera hjärtproblem och utföra funktionell hjärnavbildning

6. Bilder (SPECT) SPECT/CT ryggradsmetastaser. Hjärtinfarkt.

7. Gammakameran (SPECT) • Består av • Kollimator • Scintillationskristall • Fotomultiplikator • Positioneringskretsar • Pulshöjdsanalysator • Dator • Kollimatorn är en 25 till 50 cmtjock blyplatta med tusentals hål • Pulshöjdsanalysatorn stänger ut pulser som inte motsvarar emitterad fotonenergi (99mTc 140 keV) •  Störning från comptonspridning elimineras Gammakamera.

8. Datainsamling (SPECT) • Gammakamerasystem roterar runt patienten • 180° eller 360° • Tar 20 – 60 minuter • Projektioner erhålls från 60 – 120 vinklar • System med dubblakameror erhållerbilder 50 % snabbareoch med högrebildkvalitet Geometri för SPECT-system.

9. Bildrekonstruktion (SPECT) • När rotationen är klaråterskapas skikten separat,skikt för skikt • Figur • skikt av kroppen • och gammstrålning • projektionens amplitud • Kollimator med parallella håloch bortseende av dämpning • Enhetsimpulsfunktionen betecknad • Vi vill lösa ut Projektion utav skikt.

10. Återprojektion (SPECT) • Återprojekterade bilden förvarje kameravinkel ges av • Bilder från 180° rotationger skikt-rekonstruktionen • Men Projektion utav skikt. Återprojektion.

11. Filtrerad återprojektion (SPECT) • återprojicerad bild för varje kameravinkel • 𝑓(𝑥,𝑦) skikt av kroppen • rampfilter (högpassfilter) • Exakt avbildning kräver att filtreras med ett rampfilter före återprojektion Filtrerad återprojektion.

12. Jämförelse (SPECT) • Suddig avbildning: • Exakt avbildning: Återprojektion. Filtrerad återprojektion.

13. Verkligheten (SPECT) • I praktiken har vi dämpning, störningar och ett begränsat antal projektioner (inte integrering, summering) •  Anpassade filter och bildkorrigering Anpassade filter.

14. Iterativa metoder (SPECT) • Förenklad princip: Hitta värden i figuren för bilden med de fyra pixlarna , , och som överensstämmer med uppmätta projektioner • Metoder för attförbättra denuppskattadebilden (F) • Jämföra när-liggande pixlari samma och när-liggande skikt • Jämföra medfiltrerad åter-projektion Iterativa algoritmer.

15. Iterativa metoder, fördelar (SPECT) • Kan kompensera för • Den slumpmässiga naturen av radioaktivt sönderfall • Vävnadsdämpning • Andra störningar •  Bättre bildkvalitet än filtrerad återprojektion • På utvecklingssidan förväntas kraftfullare algoritmer i framtiden kunna förbättra bildrekonstruktionen ännu mer

16. Bildkvalitet, faktorer (SPECT) • Spatial (rumslig) upplösning • Beror på kollimatornsoch gammakamerans upplösning • Avvägning mellan upplösning och sensitivitet • Sensitivitet prioriteras • Dämpning • Iterativa metoder kan här bättre än för filtrerad bakåtprojektion korrigera för dämpningen • Signal-brusförhållandet (SNR) ökar med intensiteten av gammafotoner d.v.s. med ökad radioaktivitet • Brus uppkommer från den slumpmässiga naturen av radioaktivt sönderfall • Detta kan bara korrigeras med iterativa metoder

17. Ekonomiska aspekter (SPECT) • Identifierade ekonomiska övervägningar som bör göras vid inköp • Inköpskostnad, tidsåtgång per patient, bildkvalitet och jämförelse med konkurerande tekniker • Anskaffningskostnad c:a 5 – 6 mnkr • Främsta konkurerande tekniker • Positronemissiontomografi(PET) samthybridteknikerna PET/CT och SPECT/CT

18. Diskussion, enfotonstomografi (SPECT) • Radioaktivt läkemedel injiceras innan undersökning • Emitterar gammastrålning • Registrerade gammafotoner indikerar biologisk aktivitet • Insamlad data  tomografiska skikt • Låg spatial upplösning, upp till 256 × 256 pixlar • Prioriterad förmåga att upptäcka kontrastskillnader Blodflödesmätning. SPECT-system från GE Healtcare.